[发明专利]基于大型虚拟计量器的测量数据配准精度评价方法

说明书

本发明基于大型虚拟计量器的测量数据配准精度评价方法，属于大尺寸测量领域，涉及一种基于大型虚拟计量器的测量数据配准精度评价方法。该方法首先使用激光追踪仪和多边测量法构建大型虚拟计量器；然后使用激光跟踪仪进行多站位测量，并将各站位的测量数据配准到全局坐标系。最后以配准后的自测角偏差、点距偏差和相关角偏差为精度指标，对数据配准精度进行综合评价。该方法克服了使用实体多维计量器进行精度评价导致的成本高、维护难、柔性差的问题，针对大型构件的数字化测量，实现了快速、低成本、多模式的数据配准精度评价，在大尺寸测量领域具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于大尺寸测量领域，涉及一种基于大型虚拟计量器的测量数据配准精度评价方法。

背景技术

在大型飞机、航天器、船舶等重大装备的制造过程中，基于激光跟踪仪多站位测量的数字化测量技术能够实现大型构件的大尺度几何特征的采集，并为大型构件的定位、加工和装配提供统一的全局基准。局部测量数据在全局坐标系中的配准精度是大型构件质量评估和合格性评价的前提，对其开展准确、有效的评价是重大装备高质制造和闭环质量控制的必然要求。目前，针对测量数据精度的评价一般基于造价高昂、尺寸较小、维护困难的标准计量器(如标准杆、三维计量器等)。然而，由于全局坐标系中的测量数据分布范围广，传统基于小型实体计量器的精度评价方法无法满足大尺寸空间内测量数据配准精度的评价需求。因此，基于大型虚拟计量器测量数据配准精度的评价方法已成为大尺寸测量精度评估的关键方法之一。

激光追踪仪综合集成了激光跟踪与激光干涉测距技术，可仅通过相对距离的测量来获得空间位置信息，长度测量不确定度k＝2达0.2μm+0.3μm/m，足以满足标准计量器的标定需求，是一种构建大型虚拟计量器、实现大尺寸空间内数据配准精度评价的有效手段。

针对大尺寸空间内测量精度的修正，专利《利用空间多长度约束增强坐标测量场精度的方法》，专利号CN201410549597.5，公开了一种通过在现场构建多个刚性长度基准、并以此为约束来优化全局测量点三维坐标的方法；但该方法使用了实体刚性杆，基准长度受限，且刚性杆的标定设备与测量设备相同，因此难以验证测量精度的可靠性。

针对激光追踪仪在精度评价方面的应用，专利《一种基于激光追踪仪多站位测量的四轴机床标定方法》，专利号CN201610889315.5，公开了一种利用四基站激光追踪仪测量机床转动轴转角误差的方法，但该方法仅能在激光追踪仪坐标系中完成精度检验，且范围较小，无法在大尺寸范围内评价来自不同坐标系的测量数据。

发明内容

本发明针对大尺寸测量范围内测量数据配准精度难以评价的问题，发明了一种基于大型虚拟计量器的测量数据配准精度评价方法。该方法使用高精度的激光追踪仪构造大型虚拟计量器，实现对大尺寸空间内测量数据配准精度的综合评价。该方法首先使用激光追踪仪和多边测量法对空间中的多个被测目标点进行精密标定，从而构建大型虚拟计量器；然后使用激光跟踪仪进行多站位测量，并将各站位的测量数据配准到全局坐标系；最后以虚拟计量器的几何特征为参考基准对数据配准精度进行评价。该方法克服了使用实体多维计量器进行精度评价导致的成本高、维护难、柔性差的问题，可实现快速、低成本、多模式的数据配准精度评价，具有广泛的应用前景。

本发明采用的技术方案是一种基于大型虚拟计量器的测量数据配准精度评价方法，其特征是，该方法首先在一定空间内合理布置多个非共面的光学回射镜作为被测目标点，并以此作为大型虚拟计量器角点；其次，通过激光追踪仪的多边测量对计量器角点进行精密标定，获取各个角点的空间坐标，从而构建大型虚拟计量器；然后，使用激光跟踪仪在多个站位下测量大型虚拟计量器角点和公共点坐标，并将各站位的测量数据配准到全局坐标系；最后，以配准后的自测角偏差、点距偏差和相关角偏差为精度指标，对数据配准精度进行综合评价；该方法的具体步骤如下：

第一步，大型虚拟计量器的构建