[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910790028.2
• 申請(qǐng)日: 2019-08-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110487182B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巍;羅唯奇;劉思彤;程習(xí)康;逯永康;張洋;邸宏圖;賈振元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01B11/00
• 分類(lèi)號(hào): G01B11/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種基于多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法，屬于精密測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種基于多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。該方法首先利用裝有ERS點(diǎn)靶球的多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器及激光跟蹤儀構(gòu)建大尺寸測(cè)量場(chǎng)；然后利用標(biāo)準(zhǔn)器調(diào)整ERS點(diǎn)的位置，用激光跟蹤儀測(cè)量，并在每次調(diào)整后讀取標(biāo)準(zhǔn)器的讀數(shù)；最后以多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)系為全局坐標(biāo)系，計(jì)算將各激光跟蹤儀坐標(biāo)配準(zhǔn)至全局坐標(biāo)系的平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣，將各站位激光跟蹤儀坐標(biāo)配準(zhǔn)至全局坐標(biāo)系。該方法可有效降低傳統(tǒng)的固定公共ERS點(diǎn)轉(zhuǎn)站配準(zhǔn)來(lái)的非均勻系統(tǒng)誤差，極大的抑制了激光跟蹤儀測(cè)量長(zhǎng)度方向上的非均勻系統(tǒng)誤差的影響，具有高精度、高可靠性的優(yōu)點(diǎn)，在精密測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中具有較好的實(shí)用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密測(cè)量領(lǐng)域，涉及一種基于多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。

背景技術(shù)

高精高效的數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，其中，大尺寸精密測(cè)量技術(shù)為航空航天領(lǐng)域重大裝備高精裝配提供了重要數(shù)據(jù)支撐。該技術(shù)利用多臺(tái)激光跟蹤儀對(duì)安裝有ERS點(diǎn)(Enhance Reference System)靶球的大型零部件的位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。為了融合多臺(tái)激光跟蹤儀的數(shù)據(jù)，常在測(cè)量場(chǎng)內(nèi)額外布置多個(gè)固定的公共ERS點(diǎn)靶球，作為不同激光跟蹤儀測(cè)量點(diǎn)的局部坐標(biāo)與全局坐標(biāo)間相互轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)。然而，激光跟蹤儀的測(cè)量誤差隨其與ERS點(diǎn)靶球的距離變化而改變，使得不同激光跟蹤儀對(duì)固定的公共ERS點(diǎn)靶球的測(cè)量值存在各向異性的非均勻誤差；此外，公共ERS點(diǎn)靶球的測(cè)量誤差還會(huì)隨全局坐標(biāo)系選擇的不同、外界環(huán)境的改變等因素產(chǎn)生非均勻變化。公共ERS點(diǎn)靶球的非均勻誤差嚴(yán)重影響著零部件位姿測(cè)量數(shù)據(jù)的精度，最終影響裝備的高精裝配。因此，抑制公共ERS點(diǎn)靶球的非均勻誤差，實(shí)現(xiàn)局部坐標(biāo)系與全局坐標(biāo)系間的高精坐標(biāo)轉(zhuǎn)換十分必要。

針對(duì)公共ERS點(diǎn)靶球坐標(biāo)轉(zhuǎn)換問(wèn)題，上海交通大學(xué)的常晏寧等人于2018年在《機(jī)械設(shè)計(jì)與研究》第34卷第3期發(fā)表了文章《大尺寸測(cè)量場(chǎng)轉(zhuǎn)站的參數(shù)勘定方法》，分析了不同激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站過(guò)程中局部坐標(biāo)變換的Jacobi矩陣的條件數(shù)，建立了轉(zhuǎn)站參數(shù)求解模型的量化指標(biāo)，同時(shí)，計(jì)算了不同ERS點(diǎn)靶球布局的情況下坐標(biāo)變換Jacobi矩陣的條件數(shù)，進(jìn)而得到ERS布局的量化評(píng)估方法。成都飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司的陳雪梅，在專(zhuān)利號(hào)：201510680999.3，專(zhuān)利《激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站方法》中提出了一種激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站方法，該方法將ERS點(diǎn)靶球固定于三棱錐的4個(gè)頂點(diǎn)上，以激光跟蹤儀測(cè)得的棱錐的邊長(zhǎng)為基準(zhǔn)，通過(guò)平差優(yōu)化對(duì)激光跟蹤儀各站位測(cè)量值進(jìn)行優(yōu)化，并對(duì)優(yōu)化后的測(cè)量值進(jìn)行配準(zhǔn)。現(xiàn)有方法多將公共ERS點(diǎn)靶球固定，以固定后的ERS點(diǎn)靶球?yàn)榛鶞?zhǔn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)站配準(zhǔn)，然而激光跟蹤儀的測(cè)量誤差隨其與ERS點(diǎn)靶球的距離增大而增大，不同站位對(duì)固定的公共ERS點(diǎn)靶球的測(cè)量誤差具有各向異性及不均勻性，此外，全局坐標(biāo)系選擇的不同、外界環(huán)境的改變等因素亦會(huì)影響固定的公共ERS點(diǎn)靶球的測(cè)量誤差。因此，發(fā)明一種可有效降低傳統(tǒng)固定公共ERS點(diǎn)靶球轉(zhuǎn)站系統(tǒng)誤差的高精高可靠的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)固定公共ERS點(diǎn)靶球存在的各向異性的非均勻轉(zhuǎn)站誤差，發(fā)明了一種基于多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。該方法以多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)系作為全局坐標(biāo)系，通過(guò)精確控制標(biāo)準(zhǔn)器上的ERS點(diǎn)靶球的位置，實(shí)現(xiàn)局部坐標(biāo)向全局坐標(biāo)系的高精轉(zhuǎn)換。該方法首先利用裝有ERS點(diǎn)靶球的多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器及激光跟蹤儀構(gòu)建大尺寸測(cè)量場(chǎng)；然后利用標(biāo)準(zhǔn)器調(diào)整ERS點(diǎn)靶球的位置，用激光跟蹤儀測(cè)量，并在每次調(diào)整后讀取標(biāo)準(zhǔn)器的讀數(shù)；最后以多維動(dòng)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)器的坐標(biāo)系為全局坐標(biāo)系，計(jì)算將各激光跟蹤儀坐標(biāo)配準(zhǔn)至全局坐標(biāo)系的平移矩陣和旋轉(zhuǎn)矩陣，將各站位激光跟蹤儀坐標(biāo)配準(zhǔn)至全局坐標(biāo)系。該方法可有效降低傳統(tǒng)的固定公共ERS點(diǎn)靶球轉(zhuǎn)站配準(zhǔn)來(lái)的非均勻系統(tǒng)誤差，極大的抑制了激光跟蹤儀測(cè)量長(zhǎng)度方向上的非均勻系統(tǒng)誤差的影響，具有高精度、高可靠性的特點(diǎn)，在大尺寸精密測(cè)量技術(shù)應(yīng)用中具有較好的實(shí)用性。