[发明专利]一种用于飞机数字化装配的多尺度测量场集成检测方法

说明书

技术领域

本发明提供一种用于飞机数字化装配的多尺度测量场集成检测方法，它涉及一种基于室内GPS即iGPS(indoor GPS)测量网络和激光跟踪仪的多尺度测量场集成检测方法，用于飞机数字化装配过程的监测与控制，解决装配现场全场空间位置实时跟踪测量的问题，属于数字化测量的技术领域。

背景技术

该iGPS测量网络是一种空间大尺寸坐标测量系统，具有高精度、高可靠性和高效率等测量特点，可对装配现场全场空间位置进行跟踪测量，用于解决飞机外形、大型船身等大尺寸对象的精密测量及装配问题。但是在无法直接测量的环境下，如壳体内侧等位置的测量应用受到极大的限制。激光跟踪仪也是飞机大部件等大尺寸坐标测量的常用系统之一，具有高精度、便于移动、可控性强等优点。但激光跟踪仪存在测量盲区、转站系统误差大、测量精度随距离增加下降速度明显等缺点。单一的测量设备已经无法满足飞机装配过程中复杂的测量环境需求，合理融合iGPS测量网络和激光跟踪仪的优点，进行组网测量，则可以规避各自的缺点，实现统一坐标系下的全场测量，解决飞机装配过程中的复杂的检测与控制问题。

发明内容

(一)发明目的

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种用于飞机数字化装配的多尺度测量场集成检测方法，它是一种用于飞机数字化装配的多尺度测量场集成检测方法，解决了飞机装配过程中无法在统一坐标系下对全场目标无差别覆盖和实时监测与控制的问题，最终达到对飞机装配过程的数字化控制的目的。

(二)技术方案

本发明提供了一种用于飞机数字化装配的多尺度测量场集成检测方法。选用iGPS测量网络作为全场测量坐标网络，选用激光跟踪仪作为测量延伸系统以及测量标定系统。在iGPS测量场中添加公共点作为多尺度测量场统一测量枢纽。

由旋转激光自动经纬仪即R-LATs(Rotary-Laser Automatic Theodolites)构成的iGPS测量网络可以实现对大空间(通常单个发射器测量范围2-55m)的全局测量，其测量网络可以覆盖未被遮挡的每一点，且具有0.1mm的高测量精度。激光跟踪仪的测量精度则可以达到15μm±6μm/m。一方面，可以通过建立公共点的方式将激光跟踪仪通过坐标转换算法统一到iGPS的坐标系统下。由于激光跟踪仪和iGPS为两个不同的测量系统，对于指定空间内的同一点，在各自的坐标系中具有不同的测量值。理论上3个测量点即可以确定一个坐标系，通过公共点在两种设备坐标系内的不同测量值可以确定激光跟踪仪和iGPS不同的坐标系位置以及姿态。通常取公共点(必须在两种设备测量区域的可重叠覆盖区域内)数目不少于三个，以公共点为枢纽，将两者坐标系关联。其原理为首先使用iGPS通过类似于多点拟合的方法(减小测量误差)测得公共点在iGPS坐标系统下的坐标值S，然后使用激光跟踪仪对公共点测量得到测量值S’，接下来利用基于罗德里格矩阵的坐标转换算法将激光跟踪仪的坐标系转换到iGPS测量网络的大空间坐标系下。使用空间分析即SA(Spatial analysis)软件中的坐标转换功能，则SA软件则会根据测量值S和S’求得三维坐标转换算法中的姿态矩阵R，以此作为接下来坐标转换的参数。之后激光跟踪仪对目标点的测量值则会通过该坐标转换矩阵转化到iGPS网络系统中，从而实现测量坐标的统一。另一方面，由于激光跟踪仪比较iGPS具有更高的测量精度，因此可以利用激光跟踪仪对iGPS以及组合测量网络进行精度标定。

本发明一种用于飞机数字化装配的多尺度测量场集成检测方法，其具体步骤如下：

步骤一、确定测量对象，规划测量区域；

步骤二、构建iGPS测量网络；

步骤三、选取激光跟踪仪测量位置；

步骤四、在测量场中选取测量公共点；

步骤五、使用iGPS对公共点位置坐标进行测量；

步骤六、使用激光跟踪仪对公共点位置坐标进行测量；

步骤七、将激光跟踪仪融合到iGPS测量网络的坐标系中；

步骤八、对多尺度测量场测量精度进行分析；

步骤九、对多尺度测量场集成检测过程进行仿真；

步骤十、使用iGPS网络和激光跟踪仪对装配过程进行集成检测与控制。

其中，在步骤一中所述的“测量对象”，是指在测量目标上选取的参考点，作为测量点；

其中，在步骤一中所述的“规划测量区域”，其规划过程如下：确定测量对象的分布情况，然后选择能够包覆所有测量对象的凸多边形区域作为测量区域。