[发明专利]一种基于多源坐标融合的ERS点误差修正方法

说明书

本发明一种基于多源坐标融合的ERS点误差修正方法，属于激光测量领域，涉及一种基于多源坐标融合的ERS点误差修正方法。该方法首先通过激光跟踪仪多站位测量ERS点的坐标信息；然后依次将其他站位的测量数据转换到各站位坐标系下，求取误差均匀化质心；最后任选一个站位的坐标系为全局坐标系，并将其他站位的误差均匀化质心通过坐标变化转换至该站位的坐标系下，获得修正后的结果。该方法考虑了激光跟踪仪多站位测量下ERS点测量误差的非均匀性和各向异性，基于多源坐标融合，对ERS点的误差进行均匀化修正，能有效降低该特性所导致的装配坐标系下某局部站位测量数据偏差，实现ERS点测量误差均匀化，具有高精度、高效、高鲁棒性的优点。

技术领域

本发明属于激光测量领域，涉及一种基于多源坐标融合的ERS点误差修正方法。

背景技术

测量辅助装配技术在航空航天领域重大装备装配过程中应用广泛，该技术通过构建大型的测量场，以实时测量结果辅助场内装配过程，形成具有高鲁棒性的数字化高精装配系统，可大幅提高装配效率。其中，大尺寸装配测量场的构建是测量辅助装配技术实现高效高精装配的基础。ERS点(Enhance Reference System)是大尺寸装配测量场内多站位测量数据向全局坐标系中转换的公共基准。在大尺寸装配测量场中，常以激光跟踪仪测量场内的可视ERS点及各站位的待测点。然而，在现场构建大尺寸测量场的过程中，由于复杂环境的扰动、激光跟踪仪的系统误差等因素，ERS点的坐标测量存在各向异性的非均匀误差。公共基准所具有的测量误差在坐标转换过程中会传递到最终测量结果中，引起局部测量数据严重超差。为了实现各站位测量数据到全局坐标系的高精高效转换，对作为公共基准的ERS点测量误差进行修正十分必要。

针对ERS点误差问题，清华大学的徐静等人于2017年在《IEEE Transaction onInstrumentation and Measurement》第66卷第2期发表了文章《An Accurate Point-BasedRigid Registration Method for Laser Tracker Relocation》，基于激光跟踪仪的不均匀性和各向异性的特性，推导了与距离和方向相关的加权矩阵，并将ERS点布置在边长为500mm的正方体的端点处，结合调查调整法以减少基准点的位置误差。北京航空航天大学的张承阳，在专利号：201610160703.X，专利《一种基于摄影测量提高激光跟踪仪转站精度的方法》中同时利用激光跟踪仪测量系统及摄影测量系统测量公共基准点的坐标，结合几何图像修正法，通过将不同测量系统测得的点云视为刚体，利用平移旋转变换使点云质心重合，且其他数据点大致重合，最后用精度较高的公共点云测量值代替精度较低的值，以此摄影测量系统辅助修正激光跟踪仪ERS点测量数据的误差。现有方法多对ERS点空间布局、坐标系转换参数等方面进行分析优化，以提高测量精度，较少涉及大尺寸测量场内ERS点各向异性的非线性误差的均匀化修正，而各测量站位下ERS点非均匀性和各向异性的误差，极易导致装配坐标系下某局部站位测量数据偏差过大。因此提出一种高鲁棒、高精度、高效率地修正ERS点测量误差均匀化的方法十分必要。

发明内容

本发明针对各测量站位下ERS点非均匀性和各向异性的误差导致的装配坐标系下某局部站位测量数据偏差过大问题，发明了一种基于多源坐标融合的ERS点误差修正方法。该方法利用多站冗余测量信息，基于多源坐标融合，对ERS点的误差进行均匀化修正。该方法首先利用激光跟踪仪多站位测量空间分布的ERS点，获取各个站位坐标系下每个ERS点的坐标信息；然后依次将其他站位的测量数据转换到各站位坐标系下，并求取均匀化质心；最后以均匀化质心作为该站位的测量值，任选一个站位的坐标系为全局坐标系，并将其他站位的均匀化质心通过坐标变化转换至该站位的坐标系下，获得修正后的结果。该方法可有效补偿不同测量站位下ERS点非均匀性和各向异性的误差，极大的降低了激光跟踪仪测量的系统误差的影响。该方法具有高鲁棒性、高精度、高效率的优点，在工程应用中具有较好的实用性。