李晶，宋暖，李君，王兆欣，和思銘

摘 要：在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，基于空間坐標(biāo)體系的大尺寸測(cè)量的應(yīng)用范圍越來越廣泛，國(guó)內(nèi)外對(duì)于大尺寸測(cè)量的技術(shù)也越來越緊迫，激光跟蹤技術(shù)因?yàn)槠錅y(cè)量精度高、測(cè)量范圍廣以及方便攜帶等優(yōu)勢(shì)，成為了大尺寸測(cè)量當(dāng)中的先進(jìn)技術(shù)，文章主要基于激光跟蹤技術(shù)，研究大尺寸測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大尺寸測(cè)量；激光跟蹤；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號(hào)：TG316.193 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）06-0046-03

Abstract： In the field of modern industry， the application of large-scale measurement based on spatial coordinate system is more and more extensive， and the technology of large-scale measurement is becoming more and more urgent at home and abroad. Laser tracking technology has become an advanced technology in large scale measurement because of its high measurement accuracy， wide measurement range and easy to carry， etc. This paper is mainly based on laser tracking technology， and the key technology of large scale measurement is studied.

Keywords： large scale measurement； laser tracking； key technology

1 大尺寸測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)

1.1 大尺寸測(cè)量任務(wù)描述

本文重點(diǎn)選取的是某個(gè)航天公司所屬的某個(gè)型號(hào)中的一種航天產(chǎn)品當(dāng)作是測(cè)量目標(biāo)，實(shí)施大尺寸物件測(cè)量。此航天產(chǎn)品相關(guān)的測(cè)量組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。為確保此航天產(chǎn)品所屬的整體性屬性，針對(duì)如下圖1里面的四個(gè)部件成分的需求具備很高的裝配精度，所以需此物件全體進(jìn)行組裝期間運(yùn)用大尺寸的測(cè)量高精度儀器技術(shù)進(jìn)而完成，而本文將重點(diǎn)運(yùn)用激光跟蹤儀實(shí)行物件測(cè)量。

本文探究的某個(gè)航天公司所屬的航天產(chǎn)品具體的裝配精度測(cè)量重點(diǎn)包含有四組零件部分，這里面部組件1與2重點(diǎn)便是裝配于此大型產(chǎn)品它的頂部圖上所實(shí)際代表的區(qū)域，部組件3重點(diǎn)是綜合于接法蘭裝配于特別指定的位置，部組件4關(guān)鍵裝配于圖上所代表的第4個(gè)位置。

綜合圖1進(jìn)行解析得到本文應(yīng)該實(shí)現(xiàn)的大尺寸相關(guān)測(cè)量的必須任務(wù)是，在對(duì)大尺寸實(shí)行測(cè)量以前，先要綜合激光跟蹤儀，創(chuàng)建出一個(gè)用此產(chǎn)品下端面當(dāng)作是基準(zhǔn)面形式的空間坐標(biāo)系統(tǒng)，測(cè)量這個(gè)航天產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的1到4組部件的外面形態(tài)，而且實(shí)行相類比解決，獲得其對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，得到1到4部組件關(guān)于基準(zhǔn)坐標(biāo)所在角度以及誤差。思考到航天設(shè)備在其生產(chǎn)制作方面均觸及到部分設(shè)計(jì)機(jī)密。所以，關(guān)于本文所選取的航天產(chǎn)品的安裝機(jī)體精度標(biāo)準(zhǔn)不可以進(jìn)行全部公開，為便于人員能夠理解，重點(diǎn)把安裝精度分成是角度精度以及坐標(biāo)精度。

為了充分滿足生產(chǎn)航天設(shè)備現(xiàn)實(shí)中的條件，在對(duì)其精度進(jìn)行檢測(cè)以前，先要對(duì)其整體性測(cè)試時(shí)期實(shí)行分類，分成是兩個(gè)時(shí)期，首先便是實(shí)現(xiàn)此產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的第3個(gè)部組件的安裝精度檢測(cè)，接著再實(shí)現(xiàn)其余第1、2、4此三個(gè)部組件相應(yīng)的組件安裝精度檢測(cè)。通過這種方式獲得此型號(hào)航天產(chǎn)品所屬的安裝精度加側(cè)重點(diǎn)包含有下面這些工作：

首先，運(yùn)用激光跟蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量某個(gè)型號(hào)相關(guān)航天產(chǎn)品所屬的整體設(shè)計(jì)內(nèi)容，詳細(xì)的方法便是把坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換成為測(cè)量精度特別高的指標(biāo)儀器用于某個(gè)型號(hào)航天物件安裝精度檢測(cè)過程中。與此同時(shí)，經(jīng)過運(yùn)用SA應(yīng)用軟件里面的USMN轉(zhuǎn)站運(yùn)算來針對(duì)某個(gè)型號(hào)航天物件安裝精度檢測(cè)轉(zhuǎn)站的坐標(biāo)系實(shí)行轉(zhuǎn)換以及對(duì)應(yīng)匹配，保證提升激光跟蹤儀轉(zhuǎn)站檢測(cè)所對(duì)的精確度。在這個(gè)根基方面，對(duì)特別的幾何形狀特征等應(yīng)該檢測(cè)到零件設(shè)計(jì)出特殊性質(zhì)的檢測(cè)工具，進(jìn)而利用科學(xué)的檢測(cè)方法，進(jìn)而提升某個(gè)型號(hào)航天物件安裝精度測(cè)量的精確度。

然后，重點(diǎn)針對(duì)需要測(cè)量的組部件形狀實(shí)行調(diào)節(jié)，進(jìn)而調(diào)節(jié)對(duì)應(yīng)的高精度測(cè)量組部件的方位以及角度。

最后，依據(jù)某個(gè)型號(hào)航天物件定制完成安裝測(cè)量步驟，實(shí)行某個(gè)型號(hào)航天物件安裝測(cè)量的詳細(xì)實(shí)施措施，而且定制其相應(yīng)的某個(gè)型號(hào)航天物件定制好的安裝測(cè)量數(shù)據(jù)信息處置以及具體流程提示等有關(guān)性能的專用類型測(cè)量應(yīng)用軟件。

1.2 測(cè)量系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

依據(jù)大尺寸測(cè)量具體指標(biāo)的概述，針對(duì)大尺寸測(cè)量體系的硬件措施實(shí)行相關(guān)設(shè)計(jì)。某個(gè)型號(hào)所屬的航天設(shè)備產(chǎn)品大尺寸測(cè)量體系全部的硬件設(shè)備設(shè)施重點(diǎn)包含有輔助測(cè)量工裝與形態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備等。輔助測(cè)量工裝與形態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備等此類硬件設(shè)備達(dá)成通過激光跟蹤技術(shù)實(shí)行部分不可曝光的位置的搜集工作，針對(duì)組部件的形態(tài)實(shí)行相對(duì)應(yīng)的調(diào)節(jié)，進(jìn)而完成組部件1與2比較精確的位置調(diào)節(jié)，還運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)器，確切保證測(cè)量體系公共點(diǎn)方面的測(cè)量，提升完整性的激光跟蹤儀所屬的精度。下面重點(diǎn)對(duì)這些對(duì)部分實(shí)行較為具體的設(shè)計(jì)：

（1）輔佐測(cè)量工裝

輔佐測(cè)量工裝重點(diǎn)便是針對(duì)某個(gè)型號(hào)所屬的航天設(shè)備產(chǎn)品不能曝光位置實(shí)行采點(diǎn)測(cè)量，詳細(xì)點(diǎn)便包含有標(biāo)準(zhǔn)器、靶座、鎂鋁平尺、盲點(diǎn)輔佐測(cè)量任務(wù)、1.5英寸角錐靶球、可升降以及移動(dòng)的追蹤測(cè)量?jī)x器支架。

在針對(duì)某個(gè)型號(hào)所屬的航天設(shè)備產(chǎn)品安裝實(shí)行精度測(cè)量期間，尚待測(cè)量的設(shè)備其高度較為顯著的高于跟蹤測(cè)量?jī)x對(duì)應(yīng)的盯梢頭，不可以直接實(shí)現(xiàn)針對(duì)尚待測(cè)量的設(shè)備進(jìn)行測(cè)量。所以，應(yīng)該針對(duì)激光跟蹤測(cè)量?jī)x器所屬的高度實(shí)行一定的調(diào)節(jié)。而且，跟蹤測(cè)量?jī)x本身的重量便達(dá)到20kg，使得跟蹤測(cè)量?jī)x在測(cè)量過程中穩(wěn)定性無法充足保證，這便應(yīng)該針對(duì)支持架實(shí)施專業(yè)化設(shè)計(jì)，保障跟蹤測(cè)量?jī)x所屬的工作強(qiáng)度以及持續(xù)穩(wěn)定性。結(jié)合航天設(shè)備產(chǎn)品安裝精度測(cè)量的需求，運(yùn)用Brunson公司研發(fā)的230-0類型能升降與移動(dòng)支架進(jìn)行結(jié)合234類型300mm的可伸縮套筒，可以保證跟蹤測(cè)量?jī)x本身具備安全持續(xù)與安穩(wěn)，將激光跟蹤測(cè)量?jī)x器所對(duì)的盯梢進(jìn)行提升頭，從而實(shí)現(xiàn)航天設(shè)備產(chǎn)品安裝測(cè)量。與此同時(shí)，230-0類型能升降與移動(dòng)支架將會(huì)和234類型300mm的可伸縮套筒實(shí)現(xiàn)相互配套運(yùn)用，其最低需求高度便是109cm，能把跟蹤測(cè)量?jī)x器本身下端進(jìn)行加厚到190cm以上的充裕高度，關(guān)于手搖鎖緊結(jié)構(gòu)組織操控下可以實(shí)現(xiàn)超過170cm的極限高度，而且可以達(dá)成和Leica、Faro、API類型跟蹤測(cè)量?jī)x器本身之間的銜接，充分滿足了關(guān)于航天設(shè)備產(chǎn)品安裝測(cè)試所需的實(shí)驗(yàn)條件。

（2）姿勢(shì)調(diào)整設(shè)備

姿勢(shì)調(diào)整設(shè)備重點(diǎn)是通過配套銜接、手動(dòng)角位臺(tái)、手動(dòng)機(jī)械滑臺(tái)、固定工裝等相應(yīng)部件進(jìn)行組合，重點(diǎn)任務(wù)便是需要實(shí)現(xiàn)針對(duì)部組件1以及部組件2兩者間位姿的精確度的調(diào)節(jié)。

在姿勢(shì)調(diào)節(jié)設(shè)備當(dāng)中，手動(dòng)機(jī)械滑臺(tái)通過手不堅(jiān)定輪、雙側(cè)導(dǎo)向軸、鎖軸機(jī)構(gòu)、螺旋絲桿、載物途徑等進(jìn)行組成，重點(diǎn)是把調(diào)整設(shè)備（手動(dòng)角位臺(tái)）位移到尚待測(cè)量部組件所在的上方位置并固定好，詳細(xì)實(shí)施方案如圖2所顯示。

因?yàn)槟硞€(gè)型號(hào)的航天設(shè)備產(chǎn)品安裝直徑相當(dāng)大，通過自主研究設(shè)計(jì)相關(guān)的手動(dòng)機(jī)械滑臺(tái)可以跨越到某個(gè)型號(hào)所屬的航天設(shè)備進(jìn)行安裝。在對(duì)其進(jìn)行實(shí)際測(cè)量期間，把手動(dòng)機(jī)械滑臺(tái)進(jìn)行固化于航天設(shè)備產(chǎn)品安裝上，保證手動(dòng)機(jī)械滑臺(tái)所屬的整體性長(zhǎng)度以及比較有用行程可以充分滿足航天設(shè)備產(chǎn)品安裝測(cè)量的條件。在這個(gè)前提下，應(yīng)用手搖搖輪來針對(duì)載物途徑的角度實(shí)行對(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)，使得載物途徑更加靠近于尚待調(diào)節(jié)部組件的正上方，接著扭緊閉軸組織及實(shí)行載物途徑的固定化。

1.3 測(cè)量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

關(guān)于大尺寸測(cè)量體系應(yīng)用軟件相關(guān)設(shè)計(jì)當(dāng)中，重點(diǎn)便是運(yùn)用?？怂箍倒久翹RK企業(yè)所屬的Spatial Analyzer（SA），這屬于一款相對(duì)而言較為高效、低成本、高精度的測(cè)量處理方法的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的關(guān)于空間物品大尺寸實(shí)現(xiàn)測(cè)量的軟件，存在能溯源的三維立體圖像的頁面，功能相當(dāng)充裕，用戶較為便捷的實(shí)行測(cè)量、分析、檢查、查詢、生成報(bào)告等測(cè)量波高所需的整體性運(yùn)作，可以充分滿足關(guān)于航天設(shè)備產(chǎn)品安裝大尺寸測(cè)量所需的條件。

2 產(chǎn)品精測(cè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)站及精度分析

2.1 產(chǎn)品精測(cè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)站設(shè)計(jì)

在實(shí)行航天設(shè)備產(chǎn)品安裝大尺寸測(cè)量體系所屬的硬件測(cè)試以及軟件測(cè)試以后，應(yīng)該關(guān)于航天設(shè)備產(chǎn)品安裝精確度測(cè)試數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)站實(shí)行解析，自動(dòng)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)站與一鍵進(jìn)行擬合空間幾何以及處理數(shù)據(jù)信息。經(jīng)過深層次解析航天設(shè)備參評(píng)安裝大尺寸測(cè)量體系精確度檢測(cè)數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換的詳細(xì)流程，來針對(duì)鑒于標(biāo)準(zhǔn)器轉(zhuǎn)站所屬的某個(gè)型航天產(chǎn)品精確度檢測(cè)實(shí)行對(duì)應(yīng)的分析，可以較好的詮釋并提升激光跟蹤儀器轉(zhuǎn)站精度此指標(biāo)。

經(jīng)過鑒于激光跟蹤科學(xué)技術(shù)有關(guān)大尺寸測(cè)量重點(diǎn)技術(shù)來針對(duì)航天設(shè)備產(chǎn)品安裝部組件1、2、4實(shí)行相應(yīng)的精測(cè)，利用查看激光跟蹤儀所屬的激光射線能比較顯著的了解到，各個(gè)測(cè)站相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)信息均是對(duì)應(yīng)于此測(cè)站激光跟蹤儀所屬的測(cè)量空間坐標(biāo)系來說的。而利用產(chǎn)品精測(cè)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)站便能夠把全部的測(cè)站所對(duì)的測(cè)量數(shù)據(jù)信息分別配對(duì)于整體形式的坐標(biāo)系中，以至于能實(shí)行后面的空間幾何擬合工作與數(shù)據(jù)信息詳細(xì)處理，得到部組件對(duì)比于基準(zhǔn)坐標(biāo)系所在角度以及坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的偏斜量。

在航天設(shè)備產(chǎn)品安裝精測(cè)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)站有關(guān)設(shè)計(jì)體系期間，先是要把站位所在的測(cè)量數(shù)據(jù)信息經(jīng)過USMN轉(zhuǎn)站抵達(dá)站位對(duì)應(yīng)坐標(biāo)系當(dāng)中。檢測(cè)儀器的站位會(huì)經(jīng)過最優(yōu)擬合實(shí)現(xiàn)相互定位，接著它們所在的方位便運(yùn)用一臺(tái)儀器不肯定度模型實(shí)施最佳化。接著，不確定度場(chǎng)解析利用儀器不肯定度所屬特征進(jìn)而輕微擾亂遵循現(xiàn)實(shí)里面高斯散布的測(cè)量數(shù)據(jù)信息。經(jīng)過不確定度場(chǎng)解析，能得到并了解所測(cè)量位置的成分與其不肯定度量級(jí)對(duì)應(yīng)的質(zhì)量。在最后，通過航天設(shè)備產(chǎn)品安裝的基本屬性位置創(chuàng)建基準(zhǔn)空間坐標(biāo)系且設(shè)定成是目前的坐標(biāo)系，運(yùn)用部組件所屬的測(cè)量位置創(chuàng)建部件空間坐標(biāo)系或是推行線軸，從而獲得部組件關(guān)于基準(zhǔn)空間坐標(biāo)系里面方向以及坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的偏斜量。

2.2 產(chǎn)品精測(cè)數(shù)據(jù)精度分析

通過上述的方法來針對(duì)某一個(gè)型號(hào)所屬的航天設(shè)備產(chǎn)品相關(guān)大尺寸測(cè)量精度實(shí)行相應(yīng)的測(cè)量，針對(duì)部組件4來說，沒有運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行轉(zhuǎn)站，角度偏斜量和檢測(cè)最終結(jié)果其最大偏差值為6.74′，坐標(biāo)偏斜量和檢定最終結(jié)果其最大偏差數(shù)值為0.84mm。而通過標(biāo)準(zhǔn)器轉(zhuǎn)站進(jìn)行運(yùn)算能獲得角度偏斜量對(duì)應(yīng)的檢測(cè)最終結(jié)果其最大偏差角度于6.68′范疇里面，坐標(biāo)偏斜量對(duì)比于檢測(cè)最終結(jié)果其最大偏差數(shù)值在0.76mm范疇里面，重復(fù)性差值便是于0.2mm范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的條件，轉(zhuǎn)站精確度更加優(yōu)越于不運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)器所處的情況。

總而言之，于某個(gè)型航天設(shè)備產(chǎn)品整體性安裝精測(cè)期間運(yùn)用產(chǎn)品高精度檢測(cè)數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)站設(shè)計(jì)，對(duì)比于不運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)器實(shí)施轉(zhuǎn)站的狀況，運(yùn)用選取得出特殊點(diǎn)“合格”的測(cè)量信息數(shù)據(jù)，保障了空間坐標(biāo)各個(gè)測(cè)量點(diǎn)所處的測(cè)量實(shí)際精度，保證了激光跟蹤儀所對(duì)的轉(zhuǎn)站精確度，在最后得到了每一個(gè)部組件相對(duì)滿意的高精度檢測(cè)結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]王欣宇，范百興，王同合，等.動(dòng)態(tài)位姿激光跟蹤測(cè)量定向解算精度分析[J].測(cè)繪工程，2017，03：56-59.

[2]王獻(xiàn)奇，張翠萍.激光跟蹤測(cè)量在大型水輪發(fā)電機(jī)組安裝工程的應(yīng)用[J].水電與新能源，2017，02：22-25.

[3]陳洪芳，譚志，石照耀，等.四象限傳感器用于激光跟蹤儀光斑偏移量測(cè)量[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，02：1-6.

[4]王亞麗，魏振忠，張廣軍，等.視覺引導(dǎo)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的Cayley變換校準(zhǔn)方法[J].紅外與激光工程，2016，05：248-253.

[5]賀紅林，凌普，吳少興，等.噴涂機(jī)器人的激光跟蹤測(cè)量法運(yùn)動(dòng)參數(shù)標(biāo)定[J].控制工程，2016，08：1149-1155.

[6]張滋黎，吳廣華，勞達(dá)寶，等.激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[J].計(jì)測(cè)技術(shù)，2016，S1：16-19.

[7]孫海麗，姚連璧，周躍寅，等.激光跟蹤儀測(cè)量精度分析[J].大地測(cè)量與地球動(dòng)力學(xué)，2015，01：177-181.

[8]殷建，李明.基于激光跟蹤儀的五軸機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸誤差測(cè)量[J].中國(guó)激光，2015，04：252-259.

[9]劉斌，陸永華，楊超.基于PSD的激光跟蹤測(cè)量控制系統(tǒng)研究[J].機(jī)電工程，2015，08：1033-1037.