本發(fā)明幾何量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

隨著先進(jìn)裝備制造向數(shù)字化、自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展，數(shù)字化柔性裝配是不可或缺的重要組成部分，與數(shù)字化自動(dòng)化加工并重。數(shù)字化柔性裝配系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)字化測(cè)量、柔性化運(yùn)動(dòng)和自動(dòng)化控制于一體的閉環(huán)控制系統(tǒng)，其中測(cè)量單元是整個(gè)裝配系統(tǒng)的眼睛，是必不可少的重要組成部分。

基于多臺(tái)激光跟蹤的測(cè)量系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化柔性裝配測(cè)量的主流方法，已經(jīng)應(yīng)用于航天航空等高端先進(jìn)裝備制造領(lǐng)域。此方法以激光跟蹤儀為測(cè)量終端設(shè)備，利用多臺(tái)激光跟蹤儀對(duì)裝配對(duì)接部段上的多個(gè)點(diǎn)進(jìn)行跟蹤測(cè)量，通過(guò)數(shù)據(jù)融合的方法將不同儀器的測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)測(cè)量坐標(biāo)下，進(jìn)而獲得裝配對(duì)接部段的三維六自由度位置姿態(tài)數(shù)據(jù)。方法通常在大型裝備總裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)施，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)問(wèn)題是方法實(shí)現(xiàn)的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。

目前激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)尚沒(méi)有成熟的方法，現(xiàn)有的相關(guān)校準(zhǔn)方法適用于在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)單臺(tái)激光跟蹤儀的參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行校準(zhǔn)?；诙嗯_(tái)激光跟蹤的數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)問(wèn)題與單臺(tái)激光跟蹤儀參數(shù)指標(biāo)校準(zhǔn)問(wèn)題存在明顯不同：一是激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)是利用多臺(tái)(至少4臺(tái))激光跟蹤儀，影響系統(tǒng)最終測(cè)量精度的因素除單臺(tái)激光跟蹤儀測(cè)量誤差外，還包括系統(tǒng)組合建站誤差、多臺(tái)激光跟蹤儀同步誤差、位置姿態(tài)解算誤差等等諸多因素，單純校準(zhǔn)單臺(tái)激光跟蹤儀精度指標(biāo)不能全面 反映組合系統(tǒng)整體測(cè)量精度；二是多臺(tái)激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果是裝配部段的位置和姿態(tài)，包含距離和角度兩類(lèi)參數(shù)，單臺(tái)激光跟蹤儀校準(zhǔn)僅體現(xiàn)儀器距離參數(shù)測(cè)量誤差。綜上所述，解決激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)問(wèn)題具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法及裝置，旨在解決目前已經(jīng)成功應(yīng)用于航天航空等大型先進(jìn)裝備制造領(lǐng)域中的大型部件數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)精度指標(biāo)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)的量值溯源。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將直線導(dǎo)軌穩(wěn)定固定在工作平臺(tái)上，調(diào)水平，將多齒分度臺(tái)固定在導(dǎo)軌滑臺(tái)上，將標(biāo)準(zhǔn)距離基準(zhǔn)尺通過(guò)工裝固定在導(dǎo)軌的多齒分度臺(tái)上，將激光干涉儀的反射鏡安裝在工裝上，將激光干涉儀放置在導(dǎo)軌一端，調(diào)整激光干涉儀的激光與導(dǎo)軌方向平行；

步驟二、將n臺(tái)激光跟蹤儀安裝，用每臺(tái)激光跟蹤儀分別測(cè)量公共控制點(diǎn)，建立所有激光跟蹤儀坐標(biāo)系空間關(guān)系，組建測(cè)量系統(tǒng)，建立測(cè)量坐標(biāo)系；

步驟三、構(gòu)建并測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置坐標(biāo)系；

步驟四、利用所有跟蹤儀測(cè)量多點(diǎn)的三維坐標(biāo)，解算標(biāo)準(zhǔn)裝置坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系間的位置姿態(tài)關(guān)系；

步驟五、使滑臺(tái)沿導(dǎo)軌以固定步長(zhǎng)移動(dòng)，并轉(zhuǎn)動(dòng)多齒分度臺(tái)，通過(guò)激光干涉儀和多齒分度臺(tái)的讀書(shū)記錄位移和角度變化量，通過(guò)激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)得到位移和角度變化量的測(cè)量值；

步驟六、比較測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)裝置提供的參考值，得到系統(tǒng)位移和角度測(cè)量誤差；

步驟七、重復(fù)步驟五、步驟六得到一組系統(tǒng)位移和角度測(cè)量誤差值，即可分析系統(tǒng)位置姿態(tài)測(cè)量不確定度。

所述的步驟二中，n大于等于4。

所述步驟三中，標(biāo)準(zhǔn)裝置坐標(biāo)系的構(gòu)建與測(cè)量為：利用任一激光跟蹤儀在多齒分度臺(tái)面上測(cè)量至少6個(gè)點(diǎn)，擬合平面；將跟蹤儀反射鏡安裝在標(biāo)準(zhǔn)距離基準(zhǔn)尺任意一端，轉(zhuǎn)動(dòng)多齒分度臺(tái)，測(cè)量跟蹤儀反射鏡的坐標(biāo)，測(cè)量至少8個(gè)位置，擬合一個(gè)空間圓；將導(dǎo)軌滑臺(tái)沿導(dǎo)軌移動(dòng)至另一端，測(cè)量出導(dǎo)軌所在直線在測(cè)量坐標(biāo)系下的矢量；利用多齒分度臺(tái)面作為坐標(biāo)系的XOY平面，平面法線方向?yàn)閆軸，空間圓圓心在XOY平面內(nèi)的投影點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)O，導(dǎo)軌直線方向?yàn)樽鴺?biāo)系X軸方向，至此完成標(biāo)準(zhǔn)裝置坐標(biāo)系的構(gòu)建與測(cè)量。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果在于：本發(fā)明設(shè)計(jì)的方法能夠有效解決激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)問(wèn)題，能夠?qū)崿F(xiàn)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)位置和姿態(tài)(即距離和角度兩類(lèi)參數(shù))測(cè)量經(jīng)過(guò)的校準(zhǔn)，此方法涉及的標(biāo)準(zhǔn)裝置便攜性好，在制造裝配現(xiàn)場(chǎng)便于搭建，操作簡(jiǎn)單，能夠適應(yīng)裝配現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

一種激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將直線導(dǎo)軌穩(wěn)定固定在工作平臺(tái)上，大致調(diào)水平，將多齒分度臺(tái)固定在導(dǎo)軌滑臺(tái)上，將標(biāo)準(zhǔn)距離基準(zhǔn)尺通過(guò)工裝固定在導(dǎo)軌的多齒分度臺(tái)上，將激光干涉儀的反射鏡安裝在工裝上，將激光干涉儀放置在導(dǎo)軌一端，調(diào)整激光干涉儀的激光與導(dǎo)軌方向平行，至此位移角度標(biāo)準(zhǔn)裝置搭建完成；

步驟二、將四臺(tái)以上的激光跟蹤儀安裝，用每臺(tái)激光跟蹤儀分別測(cè)量公共控制點(diǎn)，建立所有激光跟蹤儀坐標(biāo)系空間關(guān)系，組建測(cè)量系統(tǒng)，建立測(cè)量坐標(biāo)系；

步驟三、構(gòu)建并測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置坐標(biāo)系：利用任一激光跟蹤儀在多齒分度臺(tái)面上測(cè)量至少6個(gè)點(diǎn)，擬合平面；將跟蹤儀反射鏡安裝在標(biāo)準(zhǔn)距離基準(zhǔn)尺任意一端，轉(zhuǎn)動(dòng)多齒分度臺(tái)，測(cè)量跟蹤儀反射鏡的坐標(biāo)，測(cè)量至少8個(gè)位置，擬合一個(gè)空間圓；將導(dǎo)軌滑臺(tái)沿導(dǎo)軌移動(dòng)至另一端，測(cè)量出導(dǎo)軌所在直線在測(cè)量坐標(biāo)系下的矢量；利用多齒分度臺(tái)面作為坐標(biāo)系的XOY平面，平面法線方向?yàn)閆軸，空間圓圓心在XOY平面內(nèi)的投影點(diǎn)為坐標(biāo)系原點(diǎn)O，導(dǎo)軌直線方向?yàn)樽鴺?biāo)系X軸方向，至此完成標(biāo)準(zhǔn)裝置坐標(biāo)系的構(gòu)建與測(cè)量；

步驟四、利用所有跟蹤儀測(cè)量多點(diǎn)的三維坐標(biāo)，解算標(biāo)準(zhǔn)裝置坐標(biāo)系與測(cè)量坐標(biāo)系間的位置姿態(tài)關(guān)系；

步驟五、使滑臺(tái)沿導(dǎo)軌以固定步長(zhǎng)移動(dòng)，并轉(zhuǎn)動(dòng)多齒分度臺(tái)，通過(guò)激光干涉儀和多齒分度臺(tái)的讀書(shū)記錄位移和角度變化量，通過(guò)激光跟蹤數(shù)字化柔性裝配測(cè)量系統(tǒng)得到位移和角度變化量的測(cè)量值；

步驟六、比較測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)裝置提供的參考值，得到系統(tǒng)位移和角度測(cè)量誤差；

步驟七、重復(fù)步驟五、步驟六得到一組系統(tǒng)位移和角度測(cè)量誤差值，即可分析系統(tǒng)位置姿態(tài)測(cè)量不確定度。

上面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施例，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。本發(fā)明中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容均可以采用現(xiàn)有技術(shù)。