一種測量值的粗大誤差判別方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造提供一種測量值的粗大誤差判別方法，目的是解決在大量測量值中，利用激光跟蹤儀測量薄壁件位姿所測量的數(shù)據(jù)一般不超過10個，在剔除粗大誤差時，現(xiàn)有的3σ判斷準(zhǔn)則已經(jīng)不適用的問題。本發(fā)明創(chuàng)造提供的一種測量值的粗大誤差判別方法，算法簡單、結(jié)果可靠，可以查找小數(shù)據(jù)量范圍內(nèi)的粗大誤差。除此之外，該算法易于用計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)，只需要把所需數(shù)據(jù)輸入程序，即可運(yùn)行程序得到分析結(jié)果，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。
【專利說明】一種測量值的粗大誤差判別方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于計(jì)量測試領(lǐng)域，尤其是涉及一種測量值的粗大誤差判別方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 火箭箭體部段、飛機(jī)機(jī)身和機(jī)翼等都屬于大型弱剛性薄壁件，在自身重力和外壓 力作用下會產(chǎn)生變形，致使兩對接面的定位基準(zhǔn)很難對正，成為火箭大部件對接裝配的瓶 頸問題。如何評估火箭大部段的姿態(tài)成為解決上述問題的關(guān)鍵。目前，抑制大型弱剛性薄 壁件變形的方法主要是在薄壁件端面安裝剛性端框，對于大型薄壁件的測量主要采用激光 跟蹤儀等儀器，通過測量剛性端框表示薄壁件的位置和姿態(tài)。在測量中，會出現(xiàn)人為的測量 誤差，即粗大誤差。在大量測量值中，比較成熟的剔除粗大誤差的方法是3 〇準(zhǔn)則。而利用 激光跟蹤儀測量薄壁件位姿所測量的數(shù)據(jù)一般不超過10個，在剔除粗大誤差時3 〇準(zhǔn)則已 經(jīng)不適用。
[0003] 目前，國內(nèi)航空航天領(lǐng)域所使用的調(diào)整機(jī)構(gòu)有手動支架、祐1架；國外的航空航天領(lǐng) 域已經(jīng)開始使用自動化的調(diào)姿設(shè)備，使用比較多的是P0G0柱群。支撐機(jī)翼的P0G0柱多達(dá) 10個，通過聯(lián)動調(diào)解實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的位置和姿態(tài)調(diào)整，然后實(shí)現(xiàn)對接。自動化調(diào)姿設(shè)備已經(jīng)在國 外的多種機(jī)型中使用，波音737、787等，空客Α320等。國內(nèi)也開始了對自動化對接設(shè)備的 研究，國內(nèi)的浙江大學(xué)、中航工業(yè)研究所在飛機(jī)大部件裝配中引進(jìn)國外思想，采用了三自由 度P0G0柱機(jī)構(gòu)，通過多個P0G0柱協(xié)調(diào)運(yùn)動進(jìn)行大部段的調(diào)姿裝配。
[0004] 航空航天領(lǐng)域內(nèi)的大型薄壁件尺寸大，很多是通過螺栓連接的，連接面上少則數(shù) 十個連接孔，作則幾百，甚至上千個連接孔。連接之前需要對薄壁件進(jìn)行位置和姿態(tài)的調(diào) 整，使得連接面對正，才能進(jìn)行連接。如果有粗大誤差存在的話，將導(dǎo)致錯誤的計(jì)算結(jié)果。目 前，國內(nèi)大型薄壁件調(diào)整機(jī)構(gòu)在使用過程中，都需要從測量儀器讀取測量值，然后根據(jù)測量 值計(jì)算驅(qū)動量，如果有粗大誤差存在的話，則會導(dǎo)致不能正確調(diào)姿，甚至損傷薄壁件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明創(chuàng)造要解決以上大型薄壁件測量時的遇到的問題，提供一種測量值的粗大 誤差判別方法，該方法可以查找測量數(shù)據(jù)中的誤差。
[0006] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明創(chuàng)造采用的技術(shù)方案是：一種測量值的粗大判別方 法，該方法包括以下步驟：
[0007] 步驟一、在剛體上選取η個測量點(diǎn)Ai (i = 1，2···η)，要求η個測量點(diǎn)不在一條直線 上，通過測量η個點(diǎn)在空間的坐標(biāo)就可以確定剛體的空間位姿；
[0008] 步驟二、記剛體上η個測量點(diǎn)Ai在動坐標(biāo)系ο-xyz下的坐標(biāo)向量為叫=[xAi yM zAi]T(i = 1，2···η),點(diǎn)Ai在定坐標(biāo)系orxjA中的實(shí)際測量值記為A' p以向量a' ^ =
[X Ai y Ai Z Ai]表不；
[0009] 步驟三、剛體的實(shí)際位姿用轉(zhuǎn)換矩陣R'和位置向量Τ'表示，那么點(diǎn)化的實(shí)測值 與通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到的坐標(biāo)值之間的誤差可以表示為：
[0010] Δ aj = i-(R/ ai+T/ ) (i = l，2...n) (1)
[0011] 步驟四、用向量2-范數(shù)來評價該誤差的大小，可以寫成：
[0012] ||AaiIU=lla，i-(R/ ai+T/ ) || 2 (i = 1, 2-η) (2)
[0013] 步驟五、取向量2-范數(shù)的平方和： _4]

【權(quán)利要求】
1. 一種測量值的粗大判別方法，其特征在于：該方法包括以下步驟： 步驟一、在剛體上選取η個測量AAi(i = 1,2··· η),要求η個測量點(diǎn)不在一條直線上， 通過測量η個點(diǎn)在空間的坐標(biāo)就可以確定剛體的空間位姿； 步驟二、記剛體上η個測量AAi在動坐標(biāo)系o-xyz下的坐標(biāo)向量為叫=[xAi yAi zAi] τ(? = 1，2···η)，點(diǎn)Ai在定坐標(biāo)系c^-XAZi中的實(shí)際測量值記為A' i，以向量a' ^[χ' Ai y' Ai z' Ai]T 表不； 步驟三、剛體的實(shí)際位姿用轉(zhuǎn)換矩陣V和位置向量Τ'表示，那么點(diǎn)化的實(shí)測值與通 過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換得到的坐標(biāo)值之間的誤差可以表示為： Δ aj = i_(R/ ai+T/ ) (i = l，2...n) (1) 步驟四、用向量2-范數(shù)來評價該誤差的大小，可以寫成： II Δ ai || 2 = || a' 「（R' a^T' ）|| 2(i = 1，2…η) (2) 步驟五、取向量2-范數(shù)的平方和：
(3) 步驟六、設(shè)測量儀器的測量誤差范圍為[_n，+ n]，則式（1)的最大值為： Aai = a' 「（R' ajT' ）= [± η ± η ± n]T (4) 步驟七、每個位姿下的目標(biāo)函數(shù)都對應(yīng)一個最小值，這些最小值是有一個取值范圍的， 這些最小值可能達(dá)到的最大值為：
(5) 步驟八、式（3)的取值范圍是[0?3n II2]，如果式（3)的值超出此范圍，則認(rèn) 定測量值中至少有一個是粗大誤差，為找出該點(diǎn)，依次剔除測量值A(chǔ) ' = 1，2··· η)，然后，利用n-1個測量值計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，如果只有某次剔除后的n-1個測量值 A' dA' 2. ..A' j+A' j+1. ..A' n對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值在[0?3(η-1)η2]范圍內(nèi)，而其余 次剔除后n-1個測量值對應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值超出[0?3(η-1) η2]，則認(rèn)定該測量值Α'」為 粗大誤差，需要剔除； 步驟九、如果η次剔除計(jì)算所對應(yīng)目標(biāo)函數(shù)均超出范圍，則認(rèn)定數(shù)據(jù)中有1個以上的粗 大誤差，此時利用η-2個測量值計(jì)算目標(biāo)函數(shù)，判別方法與只有1個粗大誤差的方法相同， 以此類推，直到剔除所有粗大誤差。
【文檔編號】G01B21/00GK104121877SQ201410387859
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年8月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月7日
【發(fā)明者】李新友, 趙瑞峰, 喬志峰, 李強(qiáng), 陳乃玉, 馮葉素, 李剛, 張志博, 楊中寶, 熊占兵, 馬彥輝, 徐方強(qiáng) 申請人:天津航天長征火箭制造有限公司, 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院