一種雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統現場校準方法與流程

2023-09-16 10:09:20

本發明幾何量計量技術領域，具體涉及一種雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統現場校準方法。

背景技術：

隨著先進裝備製造向數位化、自動化、柔性化方向發展，數位化柔性裝配是不可或缺的重要組成部分，與數位化自動化加工並重。數位化柔性裝配系統是一個集數位化測量、柔性化運動和自動化控制於一體的閉環控制系統，其中測量單元是整個裝配系統的眼睛，是必不可少的重要組成部分。

基於多臺雷射跟蹤的測量系統是實現數位化柔性裝配測量的主流方法，已經應用於航天航空等高端先進裝備製造領域。此方法以雷射跟蹤儀為測量終端設備，利用多臺雷射跟蹤儀對裝配對接部段上的多個點進行跟蹤測量，通過數據融合的方法將不同儀器的測量數據統一到一個測量坐標下，進而獲得裝配對接部段的三維六自由度位置姿態數據。方法通常在大型裝備總裝現場進行實施，整個測量系統的現場校準問題是方法實現的核心關鍵技術之一。

目前雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統現場校準尚沒有成熟的方法，現有的相關校準方法適用於在實驗室條件下對單臺雷射跟蹤儀的參數指標進行校準。基於多臺雷射跟蹤的數位化柔性裝配測量系統現場校準問題與單臺雷射跟蹤儀參數指標校準問題存在明顯不同：一是雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統是利用多臺(至少4臺)雷射跟蹤儀，影響系統最終測量精度的因素除單臺雷射跟蹤儀測量誤差外，還包括系統組合建站誤差、多臺雷射跟蹤儀同步誤差、位置姿態解算誤差等等諸多因素，單純校準單臺雷射跟蹤儀精度指標不能全面 反映組合系統整體測量精度；二是多臺雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統的測量結果是裝配部段的位置和姿態，包含距離和角度兩類參數，單臺雷射跟蹤儀校準僅體現儀器距離參數測量誤差。綜上所述，解決雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統現場校準問題具有重要意義。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統現場校準方法及裝置，旨在解決目前已經成功應用於航天航空等大型先進裝備製造領域中的大型部件數位化柔性裝配測量系統精度指標的現場校準問題，實現測量系統的量值溯源。

為解決上述技術問題，本發明一種雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統現場校準方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將直線導軌穩定固定在工作平臺上，調水平，將多齒分度臺固定在導軌滑臺上，將標準距離基準尺通過工裝固定在導軌的多齒分度臺上，將雷射幹涉儀的反射鏡安裝在工裝上，將雷射幹涉儀放置在導軌一端，調整雷射幹涉儀的雷射與導軌方向平行；

步驟二、將n臺雷射跟蹤儀安裝，用每臺雷射跟蹤儀分別測量公共控制點，建立所有雷射跟蹤儀坐標系空間關係，組建測量系統，建立測量坐標系；

步驟三、構建並測量標準裝置坐標系；

步驟四、利用所有跟蹤儀測量多點的三維坐標，解算標準裝置坐標系與測量坐標系間的位置姿態關係；

步驟五、使滑臺沿導軌以固定步長移動，並轉動多齒分度臺，通過雷射幹涉儀和多齒分度臺的讀書記錄位移和角度變化量，通過雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統得到位移和角度變化量的測量值；

步驟六、比較測量值和標準裝置提供的參考值，得到系統位移和角度測量誤差；

步驟七、重複步驟五、步驟六得到一組系統位移和角度測量誤差值，即可分析系統位置姿態測量不確定度。

所述的步驟二中，n大於等於4。

所述步驟三中，標準裝置坐標系的構建與測量為：利用任一雷射跟蹤儀在多齒分度檯面上測量至少6個點，擬合平面；將跟蹤儀反射鏡安裝在標準距離基準尺任意一端，轉動多齒分度臺，測量跟蹤儀反射鏡的坐標，測量至少8個位置，擬合一個空間圓；將導軌滑臺沿導軌移動至另一端，測量出導軌所在直線在測量坐標系下的矢量；利用多齒分度臺面作為坐標系的XOY平面，平面法線方向為Z軸，空間圓圓心在XOY平面內的投影點為坐標系原點O，導軌直線方向為坐標系X軸方向，至此完成標準裝置坐標系的構建與測量。

本發明的有益技術效果在於：本發明設計的方法能夠有效解決雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統的現場校準問題，能夠實現測量系統對位置和姿態(即距離和角度兩類參數)測量經過的校準，此方法涉及的標準裝置便攜性好，在製造裝配現場便於搭建，操作簡單，能夠適應裝配現場實施。

具體實施方式

下面結合實施例對本發明作進一步詳細說明。

一種雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統現場校準方法，具體包括以下步驟：

步驟一、將直線導軌穩定固定在工作平臺上，大致調水平，將多齒分度臺固定在導軌滑臺上，將標準距離基準尺通過工裝固定在導軌的多齒分度臺上，將雷射幹涉儀的反射鏡安裝在工裝上，將雷射幹涉儀放置在導軌一端，調整雷射幹涉儀的雷射與導軌方向平行，至此位移角度標準裝置搭建完成；

步驟二、將四臺以上的雷射跟蹤儀安裝，用每臺雷射跟蹤儀分別測量公共控制點，建立所有雷射跟蹤儀坐標系空間關係，組建測量系統，建立測量坐標系；

步驟三、構建並測量標準裝置坐標系：利用任一雷射跟蹤儀在多齒分度檯面上測量至少6個點，擬合平面；將跟蹤儀反射鏡安裝在標準距離基準尺任意一端，轉動多齒分度臺，測量跟蹤儀反射鏡的坐標，測量至少8個位置，擬合一個空間圓；將導軌滑臺沿導軌移動至另一端，測量出導軌所在直線在測量坐標系下的矢量；利用多齒分度臺面作為坐標系的XOY平面，平面法線方向為Z軸，空間圓圓心在XOY平面內的投影點為坐標系原點O，導軌直線方向為坐標系X軸方向，至此完成標準裝置坐標系的構建與測量；

步驟四、利用所有跟蹤儀測量多點的三維坐標，解算標準裝置坐標系與測量坐標系間的位置姿態關係；

步驟五、使滑臺沿導軌以固定步長移動，並轉動多齒分度臺，通過雷射幹涉儀和多齒分度臺的讀書記錄位移和角度變化量，通過雷射跟蹤數位化柔性裝配測量系統得到位移和角度變化量的測量值；

步驟六、比較測量值和標準裝置提供的參考值，得到系統位移和角度測量誤差；

步驟七、重複步驟五、步驟六得到一組系統位移和角度測量誤差值，即可分析系統位置姿態測量不確定度。

上面結合實施例對本發明作了詳細說明，但是本發明並不限於上述實施例，在本領域普通技術人員所具備的知識範圍內，還可以在不脫離本發明宗旨的前提下作出各種變化。本發明中未作詳細描述的內容均可以採用現有技術。