飞机装配中激光跟踪仪转站精度热补偿方法研究

激光跟踪仪转站精度是影响飞机装配质量的重要因素。装配现场温度变化导致ERS点位置产生偏移,已经成为影响激光跟踪仪转站精度的最大误差源。为了提高转站精度,本文提出一种基于精密热变形理论的激光跟踪仪转站精度补偿方法,该方法通过比较ERS点的实际测量值和转站参数计算值,来估计ERS点在X, Y, Z方向上的形体热变形系数。利用迭代的方法对ERS点的实际位置进行修正,并逐步逼近真实的转站参数。工程实例证明本文所提出的补偿方法具有很好的补偿精度,其中最大转站误差最大降低38.6%,平均转站误差下降38.7%。

全站仪构建全局测量空间的转站精度仿真分析

针对大尺寸工业测量范围大、精度要求高,通常需要进行转站测量来实现对全局测量空间的控制,而转站测量中的转站精度也是影响整体测量精度的关键。该文利用徕卡TM30全站仪测量系统作为测量手段,获取公共点坐标信息,采用Matlab软件编程,构建了转站精度分布模型,并对转站精度受公共点测量误差变化及待测点分布的影响进行了仿真分析。结果表明,在实际工程测量中构建全局测量空间时,通过对转站精度进行仿真分析,可实现对待测点布设方案的优化设计,提高整体的测量精度。

潜艇建造中的全站仪高精度转站方法

[目的]应用全站仪对潜艇总段耐压壳体进行测量时,由于壳体分层、结构物遮挡等原因,需在多个不同位置架设全站仪才能完成整个舱段的测量,而全站仪自身转站功能限制条件大,无法满足潜艇内部测量的复杂环境要求,也难以保证较好的总体测量精度,因此提出一种新的高精度转站方法。[方法]该方法是在不同站位下均测量设定的几个相同公共点,利用各站位下的公共点坐标设计算法,自动建立多级转站关系,[结果]有效提高了转站精度和测量效率。[结论]实验表明,所提方法在多级转站条件下仍能保证总体测量达到亚毫米精度,可以满足潜艇建造的高精度测量要求。

加权整体最小二乘在激光跟踪仪转站中的应用

由于利用经典最小二乘原则对激光跟踪仪进行坐标转换时,系数矩阵中携带的随机测量误差会影响转站精度,故对激光跟踪仪的转站算法进行了研究。提出了基于线性EIV模型(Errors-in-Variables)和加权整体最小二乘法(WTLS)并利用间接平差形式迭代求解转站参数的方法;利用Matlab进行仿真分析并用API公司生产的激光跟踪仪进行实验。仿真结果显示WTLS法的单位权中误差的平均值和标准差分别为经典加权最小二乘法(WLS)的4/5和1/5;实验结果显示WTLS和WLS两种方法的单位权中误差分别为2.003 5mm和2.225 3mm;这些数据证明采用WTLS法的转站结果比WLS的精度更高且更稳定。该方法可为组建激光跟踪仪测量网络,优化网络布局奠定基础。

基于多基站激光跟踪仪的机器人位姿精度测试方法

针对机器人末端位姿精度测试的需求,提出了基于多基站激光跟踪仪的测试方法。该方法采用三靶球测量方案,通过非线性最小二乘法求解转站参数,并融合多基站测量数据实现机器人末端位姿精度的测试。通过直线导轨和转台标准器对该方法的测试效果进行实验验证,结果显示相对于单基站激光跟踪仪的测试方法,三基站测量的定位精度提升了38.5%,定点重复精度提升了42.2%。将该多基站测试方案在型号为IRB14000的工业机器人上进行了试验,根据工业机器人性能规范及其试验方法国标(GB/T 12642)要求进行操作,得到了机器人位姿精度的测试结果,证明了该多基站测试方案的可行性。

适用于激光跟踪仪转站的改进平差方法

激光跟踪仪的转站误差直接影响数据质量。最小二乘(LS)方法只考虑观测向量误差,加权总体最小二乘(WTLS)方法忽略转站模型的特点,两种算法均存在一些不足。针对激光跟踪仪坐标转换模型的特点,提出了结构约束总体最小二乘(SCTLS)方法。该方法能够顾及坐标观测值的相关性,提取误差矩阵的特殊结构,从而保证相同元素的改正数是一致的。同时对待估参数附加限制条件,保证旋转矩阵具有正交性。使用拉格朗日乘数法严密推导算法的求解步骤,给出了精度评定的公式。仿真结果显示SCTLS法的估计参数偏差小于WTLS法,准确性更高;采用合肥光源控制网中的实测数据计算,验证SCTLS法的精度更高。与LS和WTLS算法相比,所提算法更加严密,能够有效减小转站中的误差积累。

变曲率构件转站测量热变形误差的补偿方法

温度变化引起的测量误差会严重影响飞行器、船舶等大型先进装备的尺寸,为了保证大型变曲率构件的制造装配精度,缩短大尺寸装备的测量周期,提出了一种新的大尺寸转站测量热变形误差补偿方法。首先,通过光纤布拉格光栅及激光跟踪仪获得温度和基准点的三维位置信息,并建立了对应的数学模型,以解算全局坐标系下的热变形系数矩阵。然后,用ANSYS软件在相同温度载荷下对实验构件的物理模型进行热变形仿真,并对比分析了基准点偏移量的实测数据与仿真数据。最后,用本方法对大型变曲率构件转站测量过程中热变形引起的转站误差进行补偿。实验结果表明,在均匀温度场和非均匀温度场环境下,用本方法补偿后的大型变曲率构件转站测量精度比未补偿时分别提高了81.28%和76.26%。

全局测量空间转站测量数据整体平差方法

针对大型结构件全局测量中多测站测量统一坐标系时的误差积累问题,该文以徕卡TM30全站仪测量系统作为测量手段,模拟实施测量方案获取点位坐标信息。基于七参数转换模型,利用Matlab编程,比较分析了作为初步转换法的四元数法、奇异值分解法和罗德里格矩阵法,对比其进行初步转换的精度差异,从而优选坐标转换方法。在初步转换的基础上,分别基于原始观测值和公共点坐标观测值进行整体平差解算,编程实现了全局测量中各公共点误差及各站坐标转换总误差的计算与分析。最后,对两种整体平差方法的优缺点进行了讨论分析,指出在实际工程中可综合应用两类整体平差方法的技术优势,以最大限度地减少误差积累,提高整体测量精度。