[發明專利]基于激光追蹤儀多站位測量系統的激光追蹤儀站位方法

有效

• 申請號: 201910160827.1
• 申請日: 2019-03-04
• 公開（公告）號: CN109884658B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發明（設計）人: 陳洪芳;姜博;石照耀;湯亮;張爽;孫衍強
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01S17/66
• 分類號: G01S17/66;G01S7/481;G01S7/497
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了基于激光追蹤儀多站位測量系統的激光追蹤儀站位方法，該方法的實現過程如下，搭建激光追蹤儀多站位測量系統；基于Levenberg?Marquardt算法的激光追蹤儀站位自標定；參數μ_i選擇。激光追蹤儀站位坐標優化；利用Levenberg?Marquardt算法及協方差矩陣的奇異值分解變換方法優化激光追蹤儀站位坐標。本方法能夠提高激光追蹤儀站位坐標精度，更精準的修正多軸機床坐標誤差，從而使修正結果達到更高的精度。

技術領域

本發明涉及一種激光追蹤儀站位優化方法，特別是基于激光追蹤儀多站位測量系統的激光追蹤儀站位優化方法，屬于精密測試技術領域。

背景技術

隨著現代精密制造和測量技術水平的不斷發展，現代工業在加大多軸機床需求的同時，對其精度也提出了更高的要求。誤差修正技術只對測量結果進行修正，成本低、效率高、能夠大規模應用。而傳統的誤差修正方法多數無法修正測量結果中的隨機成分，具有一定的局限性。激光追蹤儀具有測量速度快、精度高等優點，易于實現空間坐標的跟蹤測量。因此應用激光追蹤儀實現多軸機床的誤差修正成為有重要意義的研究。

搭建激光追蹤儀多站位測量系統需要多軸機床和激光追蹤儀。采用基于激光追蹤儀多站位測量方法，利用高精度干涉測長值作為約束條件，能夠實時快速標定多軸機床的坐標誤差，提高多軸機床空間測量點的定位精度。而在標定過程中，激光追蹤儀站位坐標精度影響標定結果的精度，需要對激光追蹤儀的站位坐標進行優化。

為此有必要發明一種基于激光追蹤儀多站位測量系統的激光追蹤儀站位優化方法，提高激光追蹤儀站位坐標精度，更精準的修正多軸機床坐標誤差，從而使修正結果達到更高的精度。

發明內容

技術的激光追蹤儀站位優化方法，目的是提供一種基于激光追蹤儀多站位測量系統的激光追蹤儀站位優化方法，提高激光追蹤儀站位坐標精度，使多軸機床的修正結果達到更高的精度。本方法具有全面合理以及準確等特點。

為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的：

基于激光追蹤儀多站位測量系統的激光追蹤儀站位方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：搭建激光追蹤儀多站位測量系統。本系統搭建需要一臺三坐標測量機CMM、轉臺以及一臺激光追蹤儀。激光追蹤儀的貓眼反射鏡固定在三坐標測量機的測頭上，并作為待測點。貓眼反射鏡與三坐標測量機的測頭運動軌跡相同。當三坐標測量機控制測頭在測量空間范圍內移動時，貓眼反射鏡也能夠同時跟隨多軸機床的測頭移動。激光追蹤儀發出的激光束入射到貓眼反射鏡上，并反射回激光追蹤儀的跟蹤頭。激光追蹤儀接收到貓眼反射鏡的反射光束后，實現貓眼反射鏡即待測點與激光追蹤儀之間相對位移的測量。

激光追蹤儀多站位測量模型如圖1所示。在CMM坐標系下，令CMM測量空間內待測點的坐標為A_i(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1,2,3,…,n，n為待測點個數；激光追蹤儀的站位坐標為P_j(X_j,Y_j,Z_j)，其中j＝1,2,3,…,m，m為激光追蹤儀站位個數；激光追蹤儀內部標準球的球心為O；激光追蹤儀在每個站位P_j到初始待測點A₁點的距離為d_j；激光追蹤儀測量得到的高精度干涉測長值為l_ij。根據三維空間中兩點距離公式建立下列關系式，得到激光追蹤儀在每個站位對應到待測點的距離d_ji：

步驟二：基于Levenberg-Marquardt算法的激光追蹤儀站位自標定。根據式 (1)，令