本發(fā)明屬于數(shù)字化測量與裝配領(lǐng)域，涉及一種長時域裝配過程中測量控制場的高精度校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

1、數(shù)字化測量驅(qū)動的原位裝配已成為大型航空航天部件的主流制造模式之一，其中幾何信息的精準(zhǔn)測量與傳遞是實現(xiàn)航空航天裝備高精度裝配的核心。目前，航空航天裝配現(xiàn)場內(nèi)各局部測量系統(tǒng)的觀測數(shù)據(jù)、執(zhí)行工裝/設(shè)備的位姿數(shù)據(jù)等均需以“測量控制場”為橋梁，將上述數(shù)據(jù)傳遞至全局坐標(biāo)系，因此測量控制場的精度及可靠性直接影響最終產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。然而，航空航天裝配車間地面受載荷作用及地基自然沉降等因素，易發(fā)生非均勻變形，進(jìn)而導(dǎo)致測量控制場內(nèi)原標(biāo)定信息失準(zhǔn)，且長時域跨季節(jié)裝配過程中溫差導(dǎo)致地面熱脹冷縮。上述因素共同導(dǎo)致測量控制場內(nèi)各控制點(亦稱ers點)發(fā)生明顯偏移，隨之其攜帶的全局信息(名義坐標(biāo)值)失效。此時，若仍以上述測量控制場內(nèi)控制點名義坐標(biāo)求解不同基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，則易引起較大基準(zhǔn)統(tǒng)一誤差，致使裝配過程中質(zhì)量數(shù)據(jù)傳遞精度嚴(yán)重下降。綜上，針對測量控制場因地基沉降、溫差、大載荷等因素導(dǎo)致測量控制場的精度可靠性差的問題，提出長時域裝配過程中測量控制場的高精度校準(zhǔn)方法，保證裝配過程中質(zhì)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)傳遞。

2、專利《一種飛機(jī)裝配測量場點位校準(zhǔn)方法》、專利號cn20201?0353894.8中，公開了一種飛機(jī)裝配測量場點位校準(zhǔn)方法，該方法先通過激光跟蹤儀采集定向點和測站點的數(shù)據(jù)，之后根據(jù)定向點坐標(biāo)和測站點坐標(biāo)通過平差算法計算ers點和tb點坐標(biāo)并轉(zhuǎn)換到測量場的坐標(biāo)系下，完成點位校準(zhǔn)；專利《一種測量基準(zhǔn)網(wǎng)的自動校準(zhǔn)方法、裝置、設(shè)備及介質(zhì)》、專利號cn202410080738.7中，該發(fā)明通過獲取ers點坐標(biāo)，采用轉(zhuǎn)站綜合誤差評定方法對激光跟蹤儀進(jìn)行轉(zhuǎn)站；應(yīng)用統(tǒng)一空間測量網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將ers點坐標(biāo)值轉(zhuǎn)化為測量基準(zhǔn)網(wǎng)內(nèi)ers點理論坐標(biāo)。

3、上述方法只考慮了對裝配現(xiàn)場的ers點及tb點坐標(biāo)進(jìn)行復(fù)測從而完成對裝配測量場中的點位校準(zhǔn)，沒有對名義基準(zhǔn)下的ers點坐標(biāo)進(jìn)行修正，求解得到的名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換參數(shù)依舊不準(zhǔn)確，還存在較大的基準(zhǔn)統(tǒng)一誤差。因此，本發(fā)明提出長時域航空裝配現(xiàn)場測量控制場高精校準(zhǔn)方法，在獲取測量控制場的ers點實測坐標(biāo)時，附加可移動定向點，形成定向約束，進(jìn)而對ers點的名義坐標(biāo)進(jìn)行迭代修正并求解名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)之間的旋轉(zhuǎn)矩陣與平移向量，并重新對測量控制場內(nèi)全部ers點進(jìn)行全局賦值，實現(xiàn)長時域航空裝配過程中測量控制場精度的校準(zhǔn)，減小因地基沉降等因素導(dǎo)致的基準(zhǔn)統(tǒng)一誤差，保證裝配過程中質(zhì)量數(shù)據(jù)的高精度傳遞，具有良好的通用性與廣闊應(yīng)用前景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種長時域裝配過程中測量控制場的高精度校準(zhǔn)方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案：

3、一種長時域裝配過程中測量控制場的高精度校準(zhǔn)方法，首先在構(gòu)件長時域裝配過程中，定期采用激光組網(wǎng)測量獲取測量控制場中ers點實測坐標(biāo)及附加定向點移動前后的實測坐標(biāo)；其次，基于最小二乘原理，通過測量控制場中系列同名ers點的當(dāng)前實測坐標(biāo)及原標(biāo)定的名義坐標(biāo)，計算測量控制場名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，并將實測基準(zhǔn)下ers點坐標(biāo)及定向點坐標(biāo)對齊至名義基準(zhǔn)下，以獲取名義基準(zhǔn)下各ers點的坐標(biāo)偏差；然后，結(jié)合裝配現(xiàn)場實際工藝要求，設(shè)定坐標(biāo)偏差閾值，構(gòu)建基于附加定向點的定向?qū)嵙s束，并將該約束引入ers點擬合殘差最小的求解模型，從而構(gòu)成新的以各ers點坐標(biāo)偏差之和最小為目標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)優(yōu)化求解模型，進(jìn)而提高測量控制場名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換參數(shù)求解精度；最后，基于上述轉(zhuǎn)換參數(shù)，重新對測量控制場內(nèi)全部ers點進(jìn)行全局賦值，實現(xiàn)長時域裝配過程中測量控制場精度的校準(zhǔn)，從而保證質(zhì)量數(shù)據(jù)的高精度傳遞。具體步驟如下：

4、第一步，測量控制場內(nèi)ers點及定向點組網(wǎng)測量

5、首先，在裝配現(xiàn)場測量控制場內(nèi)附加可移動的定向點，并在測量控制場內(nèi)放置多臺激光跟蹤儀，通過激光組網(wǎng)測量，獲取測量控制場內(nèi)ers點的實測坐標(biāo)值，構(gòu)建數(shù)據(jù)集data，如式(1)所示：

6、

7、式中，為實測基準(zhǔn)下第i個ers點的實測坐標(biāo)，i＝1,2,…m，m為測量控制場內(nèi)ers點數(shù)量；

8、其次，獲取附加可移動的定向點初始實測坐標(biāo)ql＝(xl,yl,zl)，再控制附加可移動的定向點進(jìn)行定向移動，并獲取附加定向點的實測坐標(biāo)

9、第二步，測量控制場名義基準(zhǔn)下ers點的坐標(biāo)偏差求解

10、設(shè)為已知名義基準(zhǔn)下第i個ers點的名義坐標(biāo)，基于最小二乘原理，通過名義基準(zhǔn)、實測基準(zhǔn)中ers點名義坐標(biāo)實測坐標(biāo)求解上述兩個基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)，即旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，如式(2)所示；

11、

12、式中，rl-g和tl-g為實測基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換至名義基準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，如(3)所示；

13、

14、式中，γ、β、α分別表示實測基準(zhǔn)和名義基準(zhǔn)之間的旋轉(zhuǎn)角；c、s分別表示cosine函數(shù)與sine函數(shù)；

15、將實測基準(zhǔn)中ers點實測坐標(biāo)附加可移動的定向點起點實測坐標(biāo)ql及附加可移動的定向點終點實測坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至名義基準(zhǔn)，如式(4)所示；

16、

17、式中，為名義基準(zhǔn)下測量控制場第i個ers點的實測坐標(biāo)，為名義基準(zhǔn)下附加可移動的定向點的起點坐標(biāo)，為名義基準(zhǔn)下附加可移動的定向點的終點坐標(biāo)；然后，通過式(5)計算名義基準(zhǔn)下系列同名ers點實測坐標(biāo)與名義坐標(biāo)偏差及定向點移動前后的位移；

18、

19、式中，δi,0為第i個ers點在名義基準(zhǔn)下實測坐標(biāo)與名義坐標(biāo)的偏差值，因此δi,0＝(δxi,0,δyi,0，δzi,0)t，ε為名義基準(zhǔn)下定向點移動前后的位移；

20、第三步，基于名義坐標(biāo)迭代修正的轉(zhuǎn)換參數(shù)求解

21、首先，建立以各ers點坐標(biāo)偏差之和最小為目標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)優(yōu)化求解模型，待優(yōu)化參量為ers點名義坐標(biāo)偏差值和名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)之間轉(zhuǎn)換參數(shù)，考慮到裝配過程中實際測量工藝要求，避免發(fā)生過擬合情況，設(shè)定ers點名義坐標(biāo)偏差閾值，其中目標(biāo)函數(shù)如式(6)所示，約束函數(shù)如式(7)所示：

22、

23、式中，為名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)之間轉(zhuǎn)換參數(shù)，δi,j為第i個ers點第j次優(yōu)化得到的名義坐標(biāo)偏差值，j＝1,2,...,n，n優(yōu)化次數(shù)，δi,j＝(δxi,j,δyi,j，δzi,j)t，a和b分別為坐標(biāo)偏差閾值的上限和下限；通過名義基準(zhǔn)下ers點的名義坐標(biāo)實測坐標(biāo)及定向點坐標(biāo)偏差ε，采用粒子群算法進(jìn)行優(yōu)化求解，算法中適應(yīng)度函數(shù)為目標(biāo)函數(shù)，對ers點的名義坐標(biāo)值迭代修正，最后得到名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換參數(shù)以及最終第n次優(yōu)化得到的ers點的名義坐標(biāo)偏差值δi,n，如式(8)所示；

24、δ＝[δ1,n,δ2,n,...,δi,n,...,δm,n]?(8)

25、其次，基于轉(zhuǎn)換參數(shù)，用激光跟蹤儀獲取測量控制場內(nèi)新一組ers點的實測坐標(biāo)其中i＝1,2,…,k，k為此次獲取的測量控制場內(nèi)ers點數(shù)量，然后基于該優(yōu)化函數(shù)獲取的轉(zhuǎn)換參數(shù)，將實測基準(zhǔn)下ers點實測坐標(biāo)轉(zhuǎn)換至名義基準(zhǔn)，如(9)所示，

26、

27、式中，即為基于上述轉(zhuǎn)換參數(shù)求解的第i個ers點轉(zhuǎn)換至名義基準(zhǔn)下的坐標(biāo)值；

28、然后，計算該組ers點轉(zhuǎn)換至名義基準(zhǔn)的實測坐標(biāo)與名義基準(zhǔn)下名義坐標(biāo)的坐標(biāo)偏差ei，如(10)所示；

29、

30、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明可精確計算測量控制場中ers點名義基準(zhǔn)下坐標(biāo)偏差量，從而建立以各ers點坐標(biāo)偏差之和最小為目標(biāo)的轉(zhuǎn)換參數(shù)優(yōu)化求解模型，進(jìn)而提高測量控制場名義基準(zhǔn)與實測基準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換參數(shù)求解精度，最后基于上述轉(zhuǎn)換參數(shù)，重新對測量控制場內(nèi)全部ers點進(jìn)行全局賦值，實現(xiàn)長時域裝配過程中測量控制場精度的校準(zhǔn)，保障質(zhì)量數(shù)據(jù)的高精度傳遞；該方法不僅具有較好的實用性和通用性，并且魯棒性好、精度高，具有廣闊的應(yīng)用前景；