[发明专利]利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网

说明书

本发明涉及利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，主要用于降低在生产制造、装配现场长时间测量大尺寸环状物体过程中，因小温度漂移导致的测量误差。本发明的基准网的基准柱以石英棒为柱体；基准网主体由一个位于环状物体内部的中心基准立柱和数个安装在环状物体外周的边界基准立柱组成。基准立柱顶部和纵向侧边安装有3～4个基准点，边界基准立柱的基准点朝向中心基准立柱的基准点。本发明能有效解决ITER PF6线圈绕制生产现场以及其他大尺寸装置设备生产装配现场环境因素复杂、长时间测量基准漂移的难题，为生产和装配现场长期测量提供了稳定、可靠的基准，提高了测量的精度。

技术领域

本发明涉及一种激光跟踪仪的测量基准网，特别是针对大型物体现场长周期测量过程中温度漂移导致的误差问题，建立以石英棒为机体的基准网进行测量的方法。

背景技术

在大型机械装备的制造及装配过程中，大型工件的几何尺寸和形位公差的测量是保证整套设备质量的关键因素。大尺寸空间坐标测量是现代大型机械制造业中待解决的关键技术之一，它涉及航空航天、冶金设备、造船工业、汽车制造、港口机械、探矿设备、核电设备以及加速器等领域。

激光跟踪仪是一种新型的大范围高精度三维空间坐标的检查设备，测量范围可在几十米，精度可达微米级，在大型面形测量领域得到越来越多的应用。它的工作原理为，在目标点上安置一个测量标靶即靶镜，从跟踪头发出的激光束射到靶镜上，靶镜将激光束反射回跟踪头，返回光束被检测系统接收，然后通过仪器的双轴测角系统及激光测距系统，以一种球坐标的方式确定目标点的空间坐标。目前，全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目“国际热核聚变堆(International Thermonuclear Experimental Reactor,ITER)”研究中，即使用激光跟踪仪测量ITER聚变装置中线圈的尺寸。中科院等离子体物理研究所承担了ITER极向场6号线圈(PF6)的绕制任务，其绕制完成后重约400t，直径超过10m。由于PF线圈是为聚变装置提供约束磁场，控制等离子体运动轨迹，其绕制精度要求较高，且PF6磁体线圈由多匝线圈组成，生产绕制过程将持续1～2年，要求生产绕制现场对线圈尺寸进行实时测量。测量采用一台激光跟踪仪和建立测量基准网的方法，然而在长时间的测量过程，采用混凝土墙体或不锈钢主体为机体建立的基准网，受环境因素变化较大，基准会发生漂移，使测量精度下降。

中国专利CN102607464A“基于激光跟踪仪的大型面形测量的辅助装置以及测量方法”和CN103143984A“基于激光跟踪仪的机床误差动态补偿方法”分别提供了针对大型面型和数控机床设备测量误差校正的方法。中国专利CN102003935A“一种激光跟踪仪测量中环境补偿的方法”和CN102297702A“激光跟踪仪自校准方法”等技术方案，分别提供了通过改变激光跟踪仪内部构件和外部测量平台的方法进行校准的方法。但是现有技术均不能解决激光跟踪仪长时间使用过程中环境变化产生的基准网飘移的问题。

针对ITER PF6线圈绕制生产现场以及其他大尺寸设备生产装配现场环境因素复杂、长时间测量的难题，需要提出一种稳定的测量基准网，为长时间的测量提供可靠和稳定的基准。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用激光跟踪仪测量大型环状物体的基准网，解决上述大尺寸设备生产制造、装配现场长时间测量过程中，因温度变化导致基准漂移引起激光跟踪仪测量误差偏大的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

采用以石英棒7为柱体的基准立柱，建立以中心基准立柱1和若干边界基准立柱2组成的基准网；中心基准立柱1位于大型环状物体4的中心位置，若干个边界基准立柱安装在以中心基准立柱1为圆心的圆周边界处；相邻基准立柱间距离在4～15m范围内。由于石英石的热膨胀系数非常小，随着环境温度变化，基准点的漂移量小于1μm，能达到测量精准度的要求。

上述基准立柱的柱体是石英棒7，柱体外部还包括保护罩筒6、石英棒7、靶标座8、U型卡9、弧型连接块、磁铁。