大尺寸測量關鍵技術研究

李晶，宋暖，李君，王兆欣，和思銘

摘 要：在現(xiàn)代工業(yè)領域，基于空間坐標體系的大尺寸測量的應用范圍越來越廣泛，國內(nèi)外對于大尺寸測量的技術也越來越緊迫，激光跟蹤技術因為其測量精度高、測量范圍廣以及方便攜帶等優(yōu)勢，成為了大尺寸測量當中的先進技術，文章主要基于激光跟蹤技術，研究大尺寸測量關鍵技術。

關鍵詞：大尺寸測量；激光跟蹤；關鍵技術

中圖分類號：TG316.193 文獻標志碼：A 文章編號：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 大尺寸測量系統(tǒng)設計方案設計

1.1 大尺寸測量任務描述

本文重點選取的是某個航天公司所屬的某個型號中的一種航天產(chǎn)品當作是測量目標，實施大尺寸物件測量。此航天產(chǎn)品相關的測量組織結構如圖1所示。為確保此航天產(chǎn)品所屬的整體性屬性，針對如下圖1里面的四個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行組裝期間運用大尺寸的測量高精度儀器技術進而完成，而本文將重點運用激光跟蹤儀實行物件測量。

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

綜合圖1進行解析得到本文應該實現(xiàn)的大尺寸相關測量的必須任務是，在對大尺寸實行測量以前，先要綜合激光跟蹤儀，創(chuàng)建出一個用此產(chǎn)品下端面當作是基準面形式的空間坐標系統(tǒng)，測量這個航天產(chǎn)品對應的1到4組部件的外面形態(tài)，而且實行相類比解決，獲得其對應的數(shù)據(jù)信息，得到1到4部組件關于基準坐標所在角度以及誤差。思考到航天設備在其生產(chǎn)制作方面均觸及到部分設計機密。所以，關于本文所選取的航天產(chǎn)品的安裝機體精度標準不可以進行全部公開，為便于人員能夠理解，重點把安裝精度分成是角度精度以及坐標精度。

為了充分滿足生產(chǎn)航天設備現(xiàn)實中的條件，在對其精度進行檢測以前，先要對其整體性測試時期實行分類，分成是兩個時期，首先便是實現(xiàn)此產(chǎn)品對應的第3個部組件的安裝精度檢測，接著再實現(xiàn)其余第1、2、4此三個部組件相應的組件安裝精度檢測。通過這種方式獲得此型號航天產(chǎn)品所屬的安裝精度加側重點包含有下面這些工作：

首先，運用激光跟蹤技術，實現(xiàn)測量某個型號相關航天產(chǎn)品所屬的整體設計內(nèi)容，詳細的方法便是把坐標系轉換成為測量精度特別高的指標儀器用于某個型號航天物件安裝精度檢測過程中。與此同時，經(jīng)過運用SA應用軟件里面的USMN轉站運算來針對某個型號航天物件安裝精度檢測轉站的坐標系實行轉換以及對應匹配，保證提升激光跟蹤儀轉站檢測所對的精確度。在這個根基方面，對特別的幾何形狀特征等應該檢測到零件設計出特殊性質(zhì)的檢測工具，進而利用科學的檢測方法，進而提升某個型號航天物件安裝精度測量的精確度。

然后，重點針對需要測量的組部件形狀實行調(diào)節(jié)，進而調(diào)節(jié)對應的高精度測量組部件的方位以及角度。

最后，依據(jù)某個型號航天物件定制完成安裝測量步驟，實行某個型號航天物件安裝測量的詳細實施措施，而且定制其相應的某個型號航天物件定制好的安裝測量數(shù)據(jù)信息處置以及具體流程提示等有關性能的專用類型測量應用軟件。

1.2 測量系統(tǒng)硬件設計

依據(jù)大尺寸測量具體指標的概述，針對大尺寸測量體系的硬件措施實行相關設計。某個型號所屬的航天設備產(chǎn)品大尺寸測量體系全部的硬件設備設施重點包含有輔助測量工裝與形態(tài)調(diào)節(jié)設備等。輔助測量工裝與形態(tài)調(diào)節(jié)設備等此類硬件設備達成通過激光跟蹤技術實行部分不可曝光的位置的搜集工作，針對組部件的形態(tài)實行相對應的調(diào)節(jié)，進而完成組部件1與2比較精確的位置調(diào)節(jié)，還運用標準器，確切保證測量體系公共點方面的測量，提升完整性的激光跟蹤儀所屬的精度。下面重點對這些對部分實行較為具體的設計：

（1）輔佐測量工裝

輔佐測量工裝重點便是針對某個型號所屬的航天設備產(chǎn)品不能曝光位置實行采點測量，詳細點便包含有標準器、靶座、鎂鋁平尺、盲點輔佐測量任務、1.5英寸角錐靶球、可升降以及移動的追蹤測量儀器支架。

在針對某個型號所屬的航天設備產(chǎn)品安裝實行精度測量期間，尚待測量的設備其高度較為顯著的高于跟蹤測量儀對應的盯梢頭，不可以直接實現(xiàn)針對尚待測量的設備進行測量。所以，應該針對激光跟蹤測量儀器所屬的高度實行一定的調(diào)節(jié)。而且，跟蹤測量儀本身的重量便達到20kg，使得跟蹤測量儀在測量過程中穩(wěn)定性無法充足保證，這便應該針對支持架實施專業(yè)化設計，保障跟蹤測量儀所屬的工作強度以及持續(xù)穩(wěn)定性。結合航天設備產(chǎn)品安裝精度測量的需求，運用Brunson公司研發(fā)的230-0類型能升降與移動支架進行結合234類型300mm的可伸縮套筒，可以保證跟蹤測量儀本身具備安全持續(xù)與安穩(wěn)，將激光跟蹤測量儀器所對的盯梢進行提升頭，從而實現(xiàn)航天設備產(chǎn)品安裝測量。與此同時，230-0類型能升降與移動支架將會和234類型300mm的可伸縮套筒實現(xiàn)相互配套運用，其最低需求高度便是109cm，能把跟蹤測量儀器本身下端進行加厚到190cm以上的充裕高度，關于手搖鎖緊結構組織操控下可以實現(xiàn)超過170cm的極限高度，而且可以達成和Leica、Faro、API類型跟蹤測量儀器本身之間的銜接，充分滿足了關于航天設備產(chǎn)品安裝測試所需的實驗條件。

（2）姿勢調(diào)整設備

姿勢調(diào)整設備重點是通過配套銜接、手動角位臺、手動機械滑臺、固定工裝等相應部件進行組合，重點任務便是需要實現(xiàn)針對部組件1以及部組件2兩者間位姿的精確度的調(diào)節(jié)。

在姿勢調(diào)節(jié)設備當中，手動機械滑臺通過手不堅定輪、雙側導向軸、鎖軸機構、螺旋絲桿、載物途徑等進行組成，重點是把調(diào)整設備（手動角位臺）位移到尚待測量部組件所在的上方位置并固定好，詳細實施方案如圖2所顯示。

因為某個型號的航天設備產(chǎn)品安裝直徑相當大，通過自主研究設計相關的手動機械滑臺可以跨越到某個型號所屬的航天設備進行安裝。在對其進行實際測量期間，把手動機械滑臺進行固化于航天設備產(chǎn)品安裝上，保證手動機械滑臺所屬的整體性長度以及比較有用行程可以充分滿足航天設備產(chǎn)品安裝測量的條件。在這個前提下，應用手搖搖輪來針對載物途徑的角度實行對應調(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行載物途徑的固定化。

1.3 測量系統(tǒng)軟件設計

關于大尺寸測量體系應用軟件相關設計當中，重點便是運用?？怂箍倒久翹RK企業(yè)所屬的Spatial Analyzer（SA），這屬于一款相對而言較為高效、低成本、高精度的測量處理方法的計算機應用程序的關于空間物品大尺寸實現(xiàn)測量的軟件，存在能溯源的三維立體圖像的頁面，功能相當充裕，用戶較為便捷的實行測量、分析、檢查、查詢、生成報告等測量波高所需的整體性運作，可以充分滿足關于航天設備產(chǎn)品安裝大尺寸測量所需的條件。

2 產(chǎn)品精測數(shù)據(jù)的轉站及精度分析

2.1 產(chǎn)品精測數(shù)據(jù)的轉站設計

在實行航天設備產(chǎn)品安裝大尺寸測量體系所屬的硬件測試以及軟件測試以后，應該關于航天設備產(chǎn)品安裝精確度測試數(shù)據(jù)信息的轉站實行解析，自動進行實現(xiàn)轉站與一鍵進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備參評安裝大尺寸測量體系精確度檢測數(shù)據(jù)信息轉換的詳細流程，來針對鑒于標準器轉站所屬的某個型航天產(chǎn)品精確度檢測實行對應的分析，可以較好的詮釋并提升激光跟蹤儀器轉站精度此指標。

經(jīng)過鑒于激光跟蹤科學技術有關大尺寸測量重點技術來針對航天設備產(chǎn)品安裝部組件1、2、4實行相應的精測，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，各個測站相應的測量數(shù)據(jù)信息均是對應于此測站激光跟蹤儀所屬的測量空間坐標系來說的。而利用產(chǎn)品精測數(shù)據(jù)信息的轉站便能夠把全部的測站所對的測量數(shù)據(jù)信息分別配對于整體形式的坐標系中，以至于能實行后面的空間幾何擬合工作與數(shù)據(jù)信息詳細處理，得到部組件對比于基準坐標系所在角度以及坐標對應的偏斜量。

在航天設備產(chǎn)品安裝精測數(shù)據(jù)信息的轉站有關設計體系期間，先是要把站位所在的測量數(shù)據(jù)信息經(jīng)過USMN轉站抵達站位對應坐標系當中。檢測儀器的站位會經(jīng)過最優(yōu)擬合實現(xiàn)相互定位，接著它們所在的方位便運用一臺儀器不肯定度模型實施最佳化。接著，不確定度場解析利用儀器不肯定度所屬特征進而輕微擾亂遵循現(xiàn)實里面高斯散布的測量數(shù)據(jù)信息。經(jīng)過不確定度場解析，能得到并了解所測量位置的成分與其不肯定度量級對應的質(zhì)量。在最后，通過航天設備產(chǎn)品安裝的基本屬性位置創(chuàng)建基準空間坐標系且設定成是目前的坐標系，運用部組件所屬的測量位置創(chuàng)建部件空間坐標系或是推行線軸，從而獲得部組件關于基準空間坐標系里面方向以及坐標對應的偏斜量。

2.2 產(chǎn)品精測數(shù)據(jù)精度分析

通過上述的方法來針對某一個型號所屬的航天設備產(chǎn)品相關大尺寸測量精度實行相應的測量，針對部組件4來說，沒有運用標準器進行轉站，角度偏斜量和檢測最終結果其最大偏差值為6.74′，坐標偏斜量和檢定最終結果其最大偏差數(shù)值為0.84mm。而通過標準器轉站進行運算能獲得角度偏斜量對應的檢測最終結果其最大偏差角度于6.68′范疇里面，坐標偏斜量對比于檢測最終結果其最大偏差數(shù)值在0.76mm范疇里面，重復性差值便是于0.2mm范圍內(nèi)，實現(xiàn)了相關技術指標的條件，轉站精確度更加優(yōu)越于不運用標準器所處的情況。

總而言之，于某個型航天設備產(chǎn)品整體性安裝精測期間運用產(chǎn)品高精度檢測數(shù)據(jù)信息的轉站設計，對比于不運用標準器實施轉站的狀況，運用選取得出特殊點“合格”的測量信息數(shù)據(jù)，保障了空間坐標各個測量點所處的測量實際精度，保證了激光跟蹤儀所對的轉站精確度，在最后得到了每一個部組件相對滿意的高精度檢測結果。

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