[发明专利]基于多激光跟踪仪测量场的对合调姿方法

说明书

本发明提供了一种基于多激光跟踪仪测量场的对合调姿方法，其包括步骤：S1，建立理想装配体模型；S2，构建出多激光跟踪仪测量场；S3，采用光束平差法进行迭代计算，求出任意两台激光跟踪仪之间的齐次转换矩阵；S4，计算出各测量辅助点在全局坐标系下的坐标；S5，将目标工件工装装配于基准工件工装。测量辅助点的位置选择约束较少，更为灵活，避免了测量辅助点之间的相对位置发生漂移，提高了测量精度。转站计算采用基于全局优化思想的光束平差法，其可一次性完成多台激光跟踪仪之间的转站计算，提高了转站精度。同时采用激光跟踪仪的实测数据进行指导调姿，减小了目标测量点放置误差对目标测量点位置估计结果的影响，提高了测量精度。

技术领域

本发明涉及数字化测量技术领域，尤其涉及一种基于多激光跟踪仪测量场的对合调姿方法。

背景技术

由于大型飞机的机翼、机身等部件往往具有面积大、刚度小、易变形等特点以及大型飞机工作环境的特殊性，因而在大型飞机部件的装配过程中，需要借助多个数字化设备(如各种定位器、工业机器人等)进行辅助装配。

为了在装配过程中，保证各数字化设备、工装及部件之间准确的相对位置关系，因此需要建立统一的测量场，进而建立统一的装配坐标系(即全局坐标系)。

建立统一的测量场主要依赖大范围高精度的测量设备(如激光跟踪仪、iGPS、工业相机等)。其中，由于激光跟踪仪具有精度高、可移动、工作范围广等特点，其是航空装配任务中常用的测量仪器。

目前，建立统一的测量场的方式为：在工作空间内，在稳定不动的位置(如地面或固定工装等)安装多个测量辅助点(Enhanced Reference System，缩写为ERS，也称为增强参考系统)和多台激光跟踪仪，每台激光跟踪仪测量多个测量辅助点位置，而待装配部件的装配坐标系由这些空间位置已知的测量辅助点确定。此时，测量辅助点在装配坐标系下的坐标值可认为是固定不变的，但是由于测量辅助点的实际位置会因温度、重力等因素发生变化，从而会导致装配坐标系中的坐标轴方向和单位长度会随时间变化，进而造成构建的测量场中会存在较大的测量误差，对大型部件的装配质量造成影响。

装配坐标系确定后，在进行转站过程中，通常采用SVD算法或Best-fit算法，其每次仅能确定两台激光跟踪仪的测量坐标系之间的相对位置姿态关系，而距离较远的仪器之间要经过多次转站才能确定彼此之间的相对关系、再将数据统一到装配坐标系下，由此易造成较大的转站累计误差。

在目标工件工装(设置有目标测量点)与基准工件工装(设置有基准测量点)的对合装配过程中，需要先测量目标测量点和基准测量点的实测位置，然后将测量数据分别与其理想模型中的理论位置做加权平均，再分别拟合出目标工件工装和基准工件工装的位姿，并以该位姿数据驱动调姿。但是，由于参与拟合的测量数据会由于安装误差和测量误差存在较大的不确定度，易导致拟合出的目标工件工装和基准工件工装的位姿不准，进而影响装配质量。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种基于多激光跟踪仪测量场的对合调姿方法，其测量辅助点的位置选择约束较少，更为灵活，避免了测量辅助点之间的相对位置因温度、重力等原因发生漂移的问题，提高了多激光跟踪仪测量场的测量精度。

本发明的另一个目的在于提供一种基于多激光跟踪仪测量场的对合调姿方法，转站计算采用基于全局优化思想的光束平差法，可一次性完成多台激光跟踪仪之间的转站计算，从而避免了每次只确定两台激光跟踪仪之间的位姿造成的误差积累问题，提高了基于多激光跟踪仪测量场的测量精度。

本发明的再一个目的在于提供一种基于多激光跟踪仪测量场的对合调姿方法，其采用激光跟踪仪的实测数据指导调姿，避免了对目标工件工装上的目标测量点的测量数据与其在理想数模中的位置分别进行融合、估计目标测量点位置的过程，减小了目标测量点放置误差对目标测量点位置估计结果的影响，提高了测量精度。