[發明專利]基于高精度虛擬標準器的多站轉換精度提高方法

有效

• 申請號: 202010882351.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112050733B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 張洋;逯永康;李俊卿;劉巍;程習康;譚子亮;司立坤
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明基于高精度虛擬標準器的多站轉換精度提高方法，屬于數字化測量領域，涉及一種基于高精度虛擬標準器的多站轉換精度提高方法。該方法首先通過激光跟蹤儀的多站測量獲取公共點的原始三維坐標；然后基于激光追蹤儀和多邊測量法構建大尺寸虛擬標準器，獲得虛擬計量器公共點間的高精幾何長度，并以此為約束對公共點坐標進行誤差修正。最后，基于修正后的公共點坐標完成測量站位間坐標系的轉換，并計算出坐標轉換誤差。該方法基于虛擬標準器公共點間的長度約束和Levenberg?Marquardt非線性優化方法實現公共點坐標優化修正，降低了坐標系間的數據轉換的誤差，提高了各站位公共點坐標的測量精度。該方法具有操作簡便，精度高，魯棒性強的特點。

技術領域

本發明屬于數字化測量領域，涉及一種基于高精度虛擬標準器的多站轉換精度提高方法。

背景技術

隨著航空航天、能源交通領域內高端重大工程裝備制造精度和裝配性能要求的不斷提高，以多源高精數字化測量驅動飛機制造、裝配的新技術已成為當前數字化制造領域的熱點。大型構件作為高端重大裝配的核心構件，其制造精度是制約裝備整體制造精度和裝配性能的關鍵因素之一。因此，研究面向大型構件的數字化測量方法非常重要。然而，大型構件結構復雜且尺寸之大，可達十米，乃至數十米，而激光跟蹤儀測量誤差，隨測量范圍的增加而顯著增大，導致激光跟蹤儀測量精度難以滿足大型工件制造及裝配的精度要求，因此測量范圍和測量精度之間的矛盾異常突出。為了克服這一困難，基于激光追蹤儀的多站測量方法逐漸成為大尺寸測量技術的重要方法。多站位坐標系之間的數據傳遞依靠多個公共點來實現。因此，公共點的測量精度是制約多站之間數據精準傳遞的關鍵因素之一。然而，公共點測量誤差存在于每個測量站位，提高每個站位下公共點的測量精度是解決多站數據轉站精度差的關鍵核心方法。

激光跟蹤儀多站之間數據傳遞的研究熱點主要聚焦于多站轉換方法、站位空間布局方法、公共點布局方法、誤差分析方法等等，鮮有研究聚焦于通過公共點測量精度的提升，來提高多站之間數據轉換的精度。2017年2月，清華大學Wan等在《IEEE Transactionson Instrumentation and Measurement》的第66卷，第2期的《An Accurate Point-BasedRigid Registration Method for Laser Tracker Relocation》上，提出了以高精標定的重定位標準器(邊長僅為500mm)上的點、邊先驗測量值為約束來提高激光跟蹤儀重定位精度的方法。該方法慮及了激光跟蹤儀測量不確定度矩陣，通過建立拉格朗日方程，來修正被測點的測量誤差。該方法為公共點測量精度的提高，提供了良好的思路借鑒，但是對于大尺寸現場測量，由于標準器尺寸有限，造價昂貴，難以滿足現場大尺寸測量的需求。2015年，浙江大學Jin等在《Sensors》上發表《Configuration Analysis of the ERS Points inLarge-Volume Metrology System》，該文提出了一種通過優化增強參考點(ERS點)的空間布局形式來減小轉換矩陣誤差的新方法。為了評價ERS點布局形式的好壞，提出了一系列敏感度系數，最終定性地給出了一些ERS點推薦布局。該文為公共點的空間布局提供了很好的思路借鑒，但是公共點之間缺少先驗距離約束，無法通過先驗距離來提高精度。綜上分析，迫切需要研究面向大尺寸測量的高魯棒性、高精度、高穩定性的大型標準器來提高多站轉換精度。

發明內容

本發明針對激光跟蹤儀多站之間公共點測量誤差大，導致多站數據傳遞誤差大、穩定性差等問題，發明了一種基于高精度虛擬標準器的多站轉換精度提高方法。該方法首先利用激光跟蹤儀在兩個站位分別采集公共點坐標；然后基于多邊測量方法，利用四站位激光追蹤儀建立多邊測量坐標系并完成標定工作；利用四站位激光追蹤儀在多邊測量坐標系下獲取每個公共點的坐標，建立大尺寸虛擬標準器；以虛擬標準器的公共點距離測量值為約束，修正公共點原始測量誤差，以修正后的公共點坐標值進行坐標轉換。該方法在工程應用中具有較好的實用性，具有操作簡便、精度高、魯棒性強的特點。