海洋工程裝備制造現(xiàn)場大尺寸組網(wǎng)測量研究

陸軍 鄧達纮 張靜波

摘 ? ?要：近年來，我國的海洋工程裝備制造越來越多。為了滿足海洋工程高端裝備制造與裝配過程中對宏觀測量大尺寸和局部細節(jié)高精度的雙重要求，提出了一種構(gòu)建全局控制網(wǎng)絡(luò)并優(yōu)化轉(zhuǎn)站測量海洋工程精度的方法，分析其影響轉(zhuǎn)站精度的因子。試驗證明，實測結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

關(guān)鍵詞：海洋工程;制造精度;組網(wǎng)測量;坐標轉(zhuǎn)換

中圖分類號：U671.4 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： In recent years， more and more offshore engineering equipment are manufactured in China. In order to satisfy the double requirements of macro measurement of large size and high precision of local details in the manufacturing and assembling process of high-end marine engineering equipment， a method of constructing global control network and optimizing the accuracy of transfer station measurement in offshore engineering is proposed， and the factors affecting the accuracy of transfer station are analyzed. Experimental results show that the measured results are in good agreement with the simulated data.

Key words： ocean engineering; manufacturing accuracy; networking measurement; coordinate transformation

1 ? ?引言

海洋工程高端裝備具有裝置龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高、原位制造裝配和調(diào)整量大等特點，在制造、測量過程中存在著勞動強度大、重復(fù)調(diào)整周期長等問題，需現(xiàn)場對制造設(shè)備進行實時監(jiān)測，并與CAD理想模型進行比較與修正。

本文研究現(xiàn)場原位測量的控制技術(shù)與裝置，利用激光跟蹤儀測量布控在測量空間的全局控制點，建立穩(wěn)定的全局坐標系控制網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)長周期、大范圍空間內(nèi)多坐標系的統(tǒng)一，解決多坐標系基準變換引起的誤差累積，實現(xiàn)統(tǒng)一基準制造、測量。

利用激光跟蹤儀構(gòu)建全局控制網(wǎng)絡(luò)，從本質(zhì)上講就是全局控制點的點位匹配問題，即利用不同測站對于全局控制點的測量與演算，確定測站之間的定向關(guān)系，實現(xiàn)不同坐標系的轉(zhuǎn)換。

2 ? ?激光跟蹤儀測量系統(tǒng)特點

激光跟蹤儀測量系統(tǒng)有3個顯著的優(yōu)點：（1）測量原理符合阿貝原則;（2）以激光的波長作為測量的參考，分辨力和測量精度高;（3）結(jié)合不同的終端裝置，可以完成不同種類的測量任務(wù)。

3 ? ?全局控制網(wǎng)的建立

激光跟蹤儀以其測量范圍大、便捷性高、動態(tài)測量、較高精度等優(yōu)點，是目前構(gòu)建全局控制網(wǎng)絡(luò)的最有效手段。全局控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程一般如下：（1）首先設(shè)置激光跟蹤儀測量網(wǎng)絡(luò)的全局控制點，對于全局控制點的布設(shè)一般要求多于6個，其分布應(yīng)該均勻以充滿整個測量空間;（2）隨后將跟蹤儀放置于每一個測站，依次測量全局控制點;（3）最后根據(jù)跟蹤儀在每個測站下對全局控制點的測量數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)的配置算法求得各個測站在全局坐標系下的轉(zhuǎn)站參數(shù)，最終會在測量空間構(gòu)成一個空間三維控制網(wǎng)絡(luò)。

4 ? ?誤差分析

為了分析轉(zhuǎn)站參數(shù)精度的影響因子，可以建立數(shù)學(xué)模型，對比轉(zhuǎn)站后的全局控制點的坐標與其在全局坐標系下的坐標，以兩個坐標再次轉(zhuǎn)站的形式，使用轉(zhuǎn)站參數(shù)作為評價，以總體最小二乘法的形式分析轉(zhuǎn)站參數(shù)，得出其影響因子。

由上式可知，任意一點P的轉(zhuǎn)站精度在空間分布為二次曲面。由于式中a4、a5、a6相對較小，a1、a2、a3恒為正，因此該二次曲面接近橢球的標準型，通過無約束最優(yōu)化的方法可以求得最小值。

5 ? ?結(jié)語

綜上所述，本文研究了激光跟蹤儀測量規(guī)律，建立相應(yīng)的簡單數(shù)學(xué)模型，并以此估算激光跟蹤儀在測量不同位置時的不確定度，并將實驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)二者具有較好的一致性。為了更好的優(yōu)化轉(zhuǎn)站精度，還需要對激光跟蹤儀建立更復(fù)雜和全面的數(shù)學(xué)模型，以加入外部環(huán)境的影響。

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