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基于多边法的三维坐标测量系统自标定最优方案

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计量学报 2003年第3期24卷 166-173页

作者：林永兵李杏华张国雄天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

研究了基于多边法的三维坐标测量系统的自标定问题 ,并首次给出了四路激光跟踪干涉仪和测量点布局的一些指导性原则。首先从系统自标定的数学模型入手 ,指出影响系统自标定的各个因素。通过大量的计算机仿真 ,研究各个因素对系统自标定... 详细信息

研究了基于多边法的三维坐标测量系统的自标定问题 ,并首次给出了四路激光跟踪干涉仪和测量点布局的一些指导性原则。首先从系统自标定的数学模型入手 ,指出影响系统自标定的各个因素。通过大量的计算机仿真 ,研究各个因素对系统自标定的影响规律。最后综合得到了系统自标定应遵循的一些指导性原则 ,这些原则对于实际操作时进行合理的系统自标定。

关键词：计量学坐标测量多边法激光跟踪干涉仪自标定

测站数量对多边法坐标测量系统测量精度的影响

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仪器仪表学报 2020年第7期41卷 38-44页

作者：缪东晶孙威李建双姚燕钟文中国计量科学研究院北京100029 中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

增加测站数量是提高多边法坐标测量精度的潜在手段之一,为了研究测站数量对坐标测量精度的影响,建立了不同测站数量组合的坐标测量系统,推导了测站数量与所需标定动点数的关系。进行了4~7台测站的坐标测量系统仿真,仿真实验发现,随着测... 详细信息

增加测站数量是提高多边法坐标测量精度的潜在手段之一,为了研究测站数量对坐标测量精度的影响,建立了不同测站数量组合的坐标测量系统,推导了测站数量与所需标定动点数的关系。进行了4~7台测站的坐标测量系统仿真,仿真实验发现,随着测站数量从4台逐步增加至7台,测量精度依次改善了74.3%、17.5%、8.2%,系统测量误差平均值由111.1μm逐渐降为11.1μm,精度改善明显,且改善趋势逐渐减缓。进行了坐标测量精度验证实验,结果表明,随着测站数量的逐步增加,测量精度依次改善了83.9%、11.4%、4.7%,系统的测量误差值显著降低,精度改善趋势与仿真结果一致,表明多边法坐标测量系统中,适当增加测站数可以有效改善系统的测量精度。

关键词：多边法坐标测量测站数量测量精度

多边法位姿测量系统中跟踪方式对测量精度的影响

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计量学报 2020年第9期41卷 1055-1061页

作者：张帅缪东晶李建双郑继辉王国磊孔明阚英男中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 中国计量科学研究院北京100029 清华大学机械工程学院北京100084 吉林建筑大学吉林长春130118

为了精确测量大尺寸位姿,建立了一种由7台激光跟踪干涉仪组成的大尺寸位姿测量装置。根据测量各反射镜的激光跟踪干涉仪数量的不同,采用322和331两种跟踪方式对位姿测量精度的影响进行仿真实验,从而发现被测点位置与基站构成平面的距离... 详细信息

为了精确测量大尺寸位姿,建立了一种由7台激光跟踪干涉仪组成的大尺寸位姿测量装置。根据测量各反射镜的激光跟踪干涉仪数量的不同,采用322和331两种跟踪方式对位姿测量精度的影响进行仿真实验,从而发现被测点位置与基站构成平面的距离相关,由坐标解算公式推导被测点坐标值与测量基站之间的相对位置与测量误差间的误差模型,通过分析x、y、z方向上误差对距离变化的敏感程度,发现z方向距离变化引起的误差最为敏感。当被测点与测量基站的距离由1300.8 mm减小到0 mm时,测量误差由2.2μm增大到2626.1μm。实际姿态测量结果表明:当采用一种跟踪方式时可以避免被测点与测站点平面过近,有利于提高系统测量精度,所提出的误差模型可为多边法位姿测量系统的优化布局提供一种量化的理论分析方法。

关键词：计量学大尺寸测量位姿测量多边法跟踪方式

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基于多边法的多轴转台相交度测量方法

现代电子技术 2023年第24期46卷 1-7页

作者：陈雨婷薛梓谢胜龙邹伟朱进肖美梁中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018 中国计量科学研究院北京100029 浙江省计量科学研究院浙江杭州310018

随着导航、光电跟测和飞行仿真等技术的飞速发展,对多轴转台的测量精度要求越来越高。轴线相交度是多轴转台重要的技术指标,为此,提出一种基于多边法的激光跟踪干涉仪测量多轴转台相交度的方法。该方法首先对激光跟踪干涉仪位置进行自标... 详细信息

随着导航、光电跟测和飞行仿真等技术的飞速发展,对多轴转台的测量精度要求越来越高。轴线相交度是多轴转台重要的技术指标,为此,提出一种基于多边法的激光跟踪干涉仪测量多轴转台相交度的方法。该方法首先对激光跟踪干涉仪位置进行自标定,构建坐标系;其次将靶球依次安装于双轴转台(方位轴和俯仰轴)的测量平面,利用多台激光跟踪干涉仪跟踪靶球,分别测量两轴的转动轨迹,采用最小二乘法对获取的轨迹进行拟合,通过所有轨迹点建立双轴转台回转轴线相交度的求解方程,以实现其相交度测量;最后重点分析了测量方法的主要误差来源,对测量不确定度进行评价。实验表明:所提方法相较传统测量方法测量误差更小,减小了动态测量盲区,无需辅助工件,且不受轴数限制,能够无接触、高精度测量。

关键词：相交度测量多轴转台多边法激光干涉最小二乘法误差分析

基于多边法的大尺寸位姿测量系统的自标定算法与仿真研究

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计量学报 2017年第S1期38卷 70-75页

作者：缪东晶李建双郑继辉李连福蒋远林康瑶中国计量科学研究院北京100029 中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

为了准确测量大尺寸范围内的位姿参量,基于激光多边法建立了大尺寸位姿测量装置。对该装置的轨迹发生子系统与激光多边位姿测量子系统进行了介绍,提出了装置系统参数的自标定算法,将系统参数的自标定问题转化为非线性最小二乘优化问题... 详细信息

为了准确测量大尺寸范围内的位姿参量,基于激光多边法建立了大尺寸位姿测量装置。对该装置的轨迹发生子系统与激光多边位姿测量子系统进行了介绍,提出了装置系统参数的自标定算法,将系统参数的自标定问题转化为非线性最小二乘优化问题进行求解。为验证算法的可行性,在5 m×3 m×2 m范围内,分别进行了理论测长数据与带噪声数据的仿真实验,结果表明:所提出的自标定算法可有效求解系统参数;随着被测位置数目增至48个,可将特征点坐标值的最大误差从近700μm降至23μm,平均误差从近450μm降至约16μm,误差标准差从近110μm降至约3μm,特征平面角度的最大误差从近145″降至约3″,平均误差从近43″降至约2″,误差标准差从近27″降至约1. 1″。

关键词：计量学多边法大尺寸位姿测量

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多边法激光追踪三维坐标测量系统研究

多边法激光追踪三维坐标测量系统研究

作者：张画迪天津大学

学位级别：硕士

多边法是一种利用多个测量基站,只通过测距信息进行点位的三维坐标解算的方法,能够有效降低单站测量时由角度测量带来的误差,在需求高精度的大尺寸测量环境下具有重要应用。在对多边法的应用和研究过程中,发现多边法系统可从两个方面进... 详细信息

多边法是一种利用多个测量基站,只通过测距信息进行点位的三维坐标解算的方法,能够有效降低单站测量时由角度测量带来的误差,在需求高精度的大尺寸测量环境下具有重要应用。在对多边法的应用和研究过程中,发现多边法系统可从两个方面进行改进:一是转站测量时较大的工作量,二是没有附加的约束对系统进行优化导致系统参数解算不稳定。针对这两方面,本文首先提出了基于平面约束的多边激光跟踪三维坐标测量系统,通过在测量场中加入标准平面约束,在不增加系统未知数数量的情况下提供约束方程。进一步提高系统精度的同时,若调整系统布置参数,可尝试将多边系统所需的测站数量减少至三站。此外本文还针对平面约束的四站算法编写了界面程序,使用C++语言在QT环境下编写。另外,本文基于无目标点自标定模型,设计了一种夹具,能够将跟踪仪靶球挂载在跟踪仪测头上,而后提出了基于球心拟合的多边系统自标定方法,采用间接测量的方式完成自标定。分析了方案的误差并分析了误差对测量结果的影响。实验结果表明,本文所提出的两种多边系统自标定方案相对于单站激光跟踪仪均有更高的测量精度。减站后的三站多边系统相对于四站多边系统性能有所下降但仍优于单站测量以及传统多边法。

关键词：多边法激光跟踪仪球心拟合平面约束 QT界面程序

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基于激光多边法的坐标测量系统自标定研究

电子测量与仪器学报 2014年第2期28卷 130-137页

作者：胡进忠余晓芬刘媛媛合肥工业大学仪器科学与光电工程学院合肥230009

基于激光多边法的坐标测量系统是针对现代装备制造业某些产品尺寸越来越大,而精度要求却越来越高这一特点提出的。系统可利用多边法实现冗余测量,再通过增加目标点个数实现自标定。建立在此思想基础上的多目标点模型,在一定意义上统一... 详细信息

基于激光多边法的坐标测量系统是针对现代装备制造业某些产品尺寸越来越大,而精度要求却越来越高这一特点提出的。系统可利用多边法实现冗余测量,再通过增加目标点个数实现自标定。建立在此思想基础上的多目标点模型,在一定意义上统一了标定和测量,但仿真结果表明该模型的自标定精度受到传感器测距精度、目标点布局方式、目标点个数和测量基站布局方式的影响。所提出的无目标点模型减少了影响因素,其自标定精度主要取决于传感器测距精度,因此可有效保证系统自标定精度,且该模型计算耗时少、解算简单,可实现测量过程中适时标定。

关键词：多边法坐标测量自标定目标点

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激光跟踪绝对测长多边法坐标测量系统研究

激光跟踪绝对测长多边法坐标测量系统研究

作者：许友天津大学

学位级别：硕士

在诸如飞机制造、天线装调等航空航天领域及其它领域大型高端装备的制造和装配过程中,迫切需要测量范围大、测量精度高的先进测量技术和手段。传统仪器系统,如经纬仪、激光跟踪仪等虽然满足大空间测量要求并被广泛应用,但仪器中较大的... 详细信息

在诸如飞机制造、天线装调等航空航天领域及其它领域大型高端装备的制造和装配过程中,迫切需要测量范围大、测量精度高的先进测量技术和手段。传统仪器系统,如经纬仪、激光跟踪仪等虽然满足大空间测量要求并被广泛应用,但仪器中较大的角度误差限制了其空间坐标测量精度的进一步提升,无法满足精度要求更高的应用场合。而多边法坐标测量技术,原理上仅利用距离(长度)信息,通过多边约束即可实现空间坐标测量。尤其是基于激光跟踪的绝对测长多边法坐标测量技术,摈弃了相对误差较大的角度信息,仅利用基于激光干涉原理的高精度距离测量信息,因此理论上可以达到很高的坐标测量精度。同时采用先进的ADM激光绝对测距技术,克服了传统相对测距的应用局限性。既满足大尺寸、高精度的测量需要,又使测量过程简便、高效,具有广阔的应用前景。本文围绕基于激光跟踪的绝对测长多边法坐标测量技术开展了研究,主要工作包括:1、针对目前几种通用的大尺寸坐标测量系统进行了对比分析,概述了激光跟踪多边法坐标测量技术的发展现状,明确了论文研究内容。2、研究了激光跟踪仪的测量原理和两种不同的激光测距模式,并在对基于多站激光跟踪仪组网实现多边法坐标测量原理分析的基础上,推导了基于三边测量原理实现四站激光跟踪坐标测量的数学模型。3、研究了基于激光跟踪绝对测长的多边测量系统参数自标定模型,并基于平差理论和L算法,建立了残差模型,进行了参数优化求解。4、研究了四站激光跟踪坐标测量系统的最优布局方法和最佳测量区域,并对布局引入的误差进行了分析和仿真验证。5、搭建了基于激光跟踪绝对测长的多边测量实验系统,编写了测量控制程序,对系统的误差源及测量不确定度进行了分析,并结合最优布局理论,进行了现场组网测试,对自标定模型和系统测量精度进行了实验验证。实验结果表明,在20m测量空间内,该系统可实现优于20?m的坐标测量精度。

关键词：激光跟踪绝对测长多边法坐标测量最优布局

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基于多边法的大空间位姿测量技术研究

基于多边法的大空间位姿测量技术研究

作者：孙威中国计量大学

学位级别：硕士

航空航天、轨道交通、大型船舶的制造装配精度需要大空间范围内高精度位姿测量技术来保证,也是提高我国高端装备制造水平需要研究的关键问题。本文基于多边法对大空间位姿测量技术进行了研究,主要内容如下:（1）介绍了多边法位姿测量原... 详细信息

航空航天、轨道交通、大型船舶的制造装配精度需要大空间范围内高精度位姿测量技术来保证,也是提高我国高端装备制造水平需要研究的关键问题。本文基于多边法对大空间位姿测量技术进行了研究,主要内容如下:（1）介绍了多边法位姿测量原理,研究了基于纯动点标定、平面约束标定、多路同步标定的系统参数自标定方法,经过仿真与实验验证,结果表明:距测量系统原点约[4.0 m,8.3 m]范围内,坐标测量误差优于8.4μm,姿态测量误差优于10.3″。（2）研究了系统位姿测量精度的影响因素。从坐标测量精度优化角度,研究了冗余测站数对坐标测量精度的影响。进行了4台测站至7台测站的坐标测量仿真及精度验证实验。实验结果表明:随着测站数量增加至7台,坐标平均测量误差由12.3μm降至3.0μm,增加测站数量能有效改善系统的测量精度,但后续精度改善趋势平缓。（3）针对多边法测量模型及解算方式的差异进行了研究。为了研究系统目标点坐标两种解算方式的差异,基于典型的四台测站多边法坐标测量系统进行了仿真和验证实验。实验结果表明:预先准确标定系统参数方式平均测量误差相较于同步解算方式,由203.0μm降至23.8μm,且测量误差与测量距离的平均相关系数由99.8%降至37.8%。（4）针对多边法坐标测量系统测量不确定度评定展开了研究。在分析测量不确定度来源的基础上,基于蒙特卡洛法重点研究了系统参数标定偏差对测量不确定度的影响。基于蒙特卡洛法对不确定度传播定律测量不确定度评定结果进行了验证。进行了评定结果验证实验,验证了评定结果的准确性。

关键词：多边法位姿测量测站数量解算方式不确定度评定