采用光平面交汇的大尺寸坐标测量方法

工业大尺寸测量中常用的经纬仪、跟踪仪等多站式测量系统大多使用基于空间球坐标系的角度交汇测量方式。由于这种测量方法对测站轴系结构有严格的要求,导致现有的测量设备制造成本高、组装困难,并使最终测量结果受轴系误差影响较大。介绍了一种基于光平面交汇的多站式大尺寸测量方法。采用分布于工作空间内的多台激光发射站及接收器测量待测点坐标。建立了基于双旋转激光平面的单发射站数学模型,推导了接收器三维坐标计算公式并对基于光束平差原理的测站定向方法进行了讨论。新方法降低了对测站轴系精度的要求,提高了可靠性。实验结果证明:新方法的测量精度优于0.2mm。

光学大尺寸坐标测量方法的分析

高效率、高精度地测量大型尺寸以及复杂物体是三维测量领域中的重要科学问题。本文分析和阐述了多种大型工业产品进行三维测量的特点以及面临的挑战,然后,围绕近期出现的光学大尺寸三坐标测量方法进行综述和分析。在对各种技术进行分类的基础上,对基于多站距离交汇的坐标测量、距离与角度测量的坐标测量和基于角度交汇的坐标测量三类方法进行了原理介绍,对每类方法中的具体技术进行了分析,了解并综述了国内外研究进展,明确指出了各自优势和不足。最后在综合分析的基础上以大型民用客机为例指出:现场大尺度空间坐标测量已经成为当前大型装备制造业的核心技术之一。

经纬仪大尺寸柔性三坐标测量系统的开发与应用

介绍了自主开发的基于多台(两台以上)电子经纬仪/全站仪组成的大尺寸柔性三坐标测量系统Metroln的系统设计思想、数学原理以及系统的构成与功能。测试表明:该系统点位测量不确定度可达0.05mm,并概略介绍了系统在某航天器推进舱检测中的应用。

基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量

提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成,它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度,两个相机交汇,即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机,内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85″和2.16″。另外,双相机的外参标定也被介绍,外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明:所提出的三维坐标测量方法有效,具有良好的测量精度。

经纬仪大尺寸三坐标测量系统Metroln用于长河闸门的安装与检测

介绍了电子经纬仪大尺寸三坐标测量系统MetroIn的配置、软件功能和长河闸安装检测方案。实际的安装检测结果表明 ,经纬仪三坐标测量系统用于大型闸门的高精度安装是成功可行的。

利用iGPS进行大尺寸空间坐标测量的不确定度评估

iGPS是一种基于激光旋转扫描定位的网络式大尺寸空间坐标测量系统。为分析系统的空间坐标测量不确定度,建立空间坐标测量模型,分析影响系统测量精度的误差源,利用蒙特卡罗法进行了仿真。针对其典型的四站网络测量系统,对系统的测量不确定度进行评估,获得系统的误差分布规律,为iGPS现场大尺寸精密测量系统的具体应用提供有利的支撑。

采用标准尺的工作空间测量定位系统定向方法

现有工作空间测量定位系统发射站定向方法依赖辅助测量设备,容易产生操作失误,效率较低.利用发射站工作时水平安置的特点,通过引入距离约束结合空间角度测量模型,提出一种采用标准尺的发射站快速定向方法.建立了基于光平面方程描述的发射站数学模型,推导了角度测量公式及坐标测量方程,并在此基础上建立了基于几何约束的平差模型,给出了优化解算方法.实验表明,采用该方法完成双站系统定向后,标准尺长度的解算误差小于0.25mm,在保证定向精度的前提下使测量效率得到显著提高.

工作空间测量定位系统定向参数修正方法

为保证工作空间测量定位系统的现场测量精度,需要在发射站姿态受到温度、震动等环境因素影响时对其定向参数进行修正。提出了一种以固定接收器为基准的定向参数修正方法,通过在工作空间内稳定参考点处安装的冗余接收器监控发射站工作状态并对定向参数进行实时在线修正,采用光平面参数描述的发射站几何模型推导了接收器坐标测量方程。在此基础上,以参考点坐标为已知条件,建立了基于共面约束的定向参数修正量优化方程,给出了平差解算方法。实验结果表明,当采用6个接收器进行修正时,系统坐标测量偏差在0.15 mm以内,满足现场大尺寸坐标测量的精度要求,有效提高了系统的可靠性、实用性。

基于测距传感器的WMPS非接触测量方法

为了解决现有的工作空间测量定位系统(WMPS)中柔性待测物表面形变及大尺寸测量空间内遮挡等问题,提出了一种基于测距传感器的非接触测量方法,并设计了基于该方法的测量靶。首先建立了该方法的测量模型,将测量靶抽象为若干个控制点和一个矢量;然后通过发射站的数学模型推导出了测量靶姿态迭代解算方法,并通过单位四元数估计法给出了该迭代算法的初值生成方法;最后采用自标定方法对测量靶进行了参量标定,并依托天津大学研制的WMPS系统进行了精度验证实验。结果表明,该测量靶的重复性测量精度为1mm,距离测量精度为2.5mm。该方法使得WMPS系统的测量范围扩大并保持了较高的空间3维坐标测量精度。

船舶数字化制造的测量技术创新

大型高性能船舶及其先进制造技术发展迅速,传统船舶分散制造模式的制造质量、效率、能耗得不到有效控制。随着数字化制造技术在船舶制造领域逐步推广,精度造船理念成为主流和方向,由此对贯穿于整个造船工艺流程的测量技术尤其是空间坐标测量定位技术提出迫切需求。面对超大空间船舶数字化制造的精密测量难题,基于理论研究和设备研制,该文提出采用网络多站模式的非正交控制网,构造大空间整体结构化三维测量场的精密测量定位新方法,分析整体结构化测量场的关键技术,为数字化造船的高精度、高效率测量问题提供新思路。

工业测量系统测量误差分析

用工业大尺寸三坐标测量系统(Metroln)对大型石化产品进行检测,作为主要的测量仪器,它的测量精度至关重要。通过对工业大尺寸三坐标测量系统进行测量误差分析,其测量误差小于0.5 mm,完全能满足生产需求,现已广泛应用于实际生产中。

一种基于多距离约束的高精度组网方法

大型装备制造业中,自动化程度的提高为数字化测量提出了新的要求。同时,测量对象的多样化和测量技术更新使得传统的单一参量测量技术难以满足制造业需求,大尺寸坐标测量技术成为大尺寸测量的主要手段及重要发展方向,并得以广泛应用。大尺寸的一维位移测量可以通过溯源手段达到很高的精度,研究一种基于多个距离约束的坐标测量方法。首先介绍了组网算法的数学模型,然后给出了最优化的求解方法,为完成求解还设计了合理的迭代初值获取方法,最终可通过迭代解算出多个测量站位的位姿和多个控制点的坐标,达到高精度组网的目的。最后,设计精度验证实验,结果表明该组网方法与一维标准器比对的距离测量精度优于±3um,与正四面体标准器比对的坐标测量精度优于6um。

基于光电扫描的工作空间测量定位系统误差分析

为研究工作空间测量定位系统的误差传递特性,建立了单发射站方位角/俯仰角测量模型及双发射站单元坐标测量模型。提出了以扫描角测量误差为基础的精度评价方法,通过分析扫描角与方位角/俯仰角之间的测量误差传递关系优化了激光发射站的几何结构。推导了双发射站单元坐标测量误差传递函数,并通过对坐标测量误差空间分布规律的分析求出了双发射站单元的最佳测量位置。使用两台发射站测量了某大型夹具顶端平台的位移,并通过与激光跟踪仪进行数据对比验证了所得结构。实验结果表明,当扫描角测量误差控制在5″以内时,双发射站系统可在5m×5m×3m的空间内实现优于0.25mm的精度。