【摘要】：大尺寸測量儀主要包括激光跟蹤儀、電子經緯儀和激光雷達。在航天航空、船舶制造、車輛工程等領域經常將這些儀器進行組合測量。各臺大尺寸測量儀的測量數(shù)據都是在其自身坐標系下得到的,彼此之間互無關聯(lián),這就需要將各個坐標系之間建立起一一對應關系,即坐標統(tǒng)一化。這種對應關系是通過各臺儀器分別測量空間位置不變的公共點而建立的,所以公共點測量的準確性和坐標統(tǒng)一化算法的有效性對組合測量中數(shù)據融合起著至關重要的作用。本文針對提高大尺寸測量儀坐標統(tǒng)一化精度的問題,展開以下幾個方面的研究工作:針對在坐標統(tǒng)一化過程中公共點的測量誤差未知、且不可控制的問題,提出利用空間幾何關系已知的標準器上各目標點取代傳統(tǒng)的隨機布置公共點實現(xiàn)坐標統(tǒng)一化的方法。研制一種標準器,用高精度等級的三坐標測量機標定出標準器上各目標點之間的幾何關系,將其與現(xiàn)場測量的目標點坐標經計算得到的幾何關系進行比較,間接得到各目標點坐標的測量誤差。通過設定允許誤差限對目標點坐標的測量誤差進行約束和控制,將滿足誤差約束的標準器上的目標點作為公共點。分析幾種主要大尺寸測量儀的允許誤差限設定方法。使用標準器能夠提高坐標統(tǒng)一化中公共點坐標的測量精度,實現(xiàn)公共點測量結果的現(xiàn)場溯源。為了充分利用標準器上目標點之間已知的幾何信息,提出基于角度約束的坐標值平差方法。將通過標定的標準器上各目標點所構成的空間角度作為約束條件,構建角度平差模型,對現(xiàn)場測量標準器上目標點的坐標值進行平差,求出目標點坐標測量值的改正數(shù)。在平差過程中,利用嶺估計算法對法方程條件數(shù)較大的病態(tài)方程進行求解。該平差方法以標準器上所有經過標定的向量之間所構成的角度值作為基準,對現(xiàn)場測量標準器上各目標點的坐標值進行修正和補償,可進一步提高公共點坐標的測量精度。為了獲得最優(yōu)化的坐標統(tǒng)一化配準參數(shù),對坐標統(tǒng)一化算法進行深入的研究。提出7參數(shù)Procrustes算法求解不同種類大尺寸測量儀坐標統(tǒng)一化的配準參數(shù)�？紤]到大尺寸測量儀移站屬于方差同分布模型,提出用總體最小二乘法求解移站過程中坐標統(tǒng)一化配準參數(shù)。這兩種算法都屬于數(shù)值解法,避免了迭代方法中容易陷入局部最優(yōu)的問題,能夠充分利用各自測量數(shù)據的原始信息,進而得到更為準確的坐標統(tǒng)一化配準參數(shù)。為了保證坐標統(tǒng)一化后大尺寸測量儀組合測量數(shù)據的有效融合,對激光跟蹤儀、電子經緯儀和激光雷達測量空間點的誤差橢球分布規(guī)律進行研究。根據各臺大尺寸測量儀對同一點測量時各自誤差橢球的形狀分布,利用每臺儀器的各測量單元精度信息確定在三個坐標軸方向上的權值,實現(xiàn)多臺大尺寸測量儀的測量數(shù)據融合。該方法可以提高組合測量的精度。最后對本文提出的基于標準器的坐標統(tǒng)一化方法進行了實驗驗證,搭建綜合實驗平臺,編寫基于標準器的坐標統(tǒng)一化系統(tǒng)軟件,并研究了大尺寸測量坐標統(tǒng)一化精度的評定方法。通過與傳統(tǒng)方法及國際上通用的測量軟件測量結果進行對比,驗證本文所提出的方法能夠提高大尺寸測量儀坐標統(tǒng)一化精度。
【圖文】：

c) 運載火箭安裝現(xiàn)場 d) 大飛機安裝現(xiàn)場c) Launch vehicles installation site d) Large aircraft installation site圖 1-1 結構復雜的大型產品測量Fig.1-1 Measurement of large scale product with complex structure綜上所述，坐標統(tǒng)一化技術在大尺寸測量儀組合測量中起著重要的作用

合技術及軟件研制”，(項目編號：JC162012C001)。課題研站大尺寸測量儀坐標統(tǒng)一化測量精度，主要研究內容為：(1用其已知幾何信息實現(xiàn)對公共點測量誤差的控制。(2) 研究方法，，提高現(xiàn)場環(huán)境下公共點的測量精度。(3) 研究坐標統(tǒng)寸測量中坐標統(tǒng)一化的精確配準問題。(4) 研究數(shù)據融合算寸測量儀組合測量的精度。尺寸測量坐標統(tǒng)一化國內外現(xiàn)狀尺寸測量系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀寸工業(yè)測量系統(tǒng)與傳統(tǒng)的三坐標測量機(CMMs)相比具有靈、測量范圍大，易于實現(xiàn)柔性測量等特點。各種大尺寸測量原理不同，其測量精度也不同。2008 年，比利時學者 W. C統(tǒng)的三坐標測量機與激光跟蹤儀、三角原理測量(如電子經緯業(yè)攝影方法的準確性和測量范圍及適用對象進行了闡述[18]范圍和準確度如圖 1-2 所示。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH721

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本文編號：2705475