[发明专利]一种基于多维动态标准器的坐标转换方法

说明书

本发明一种基于多维动态标准器的坐标转换方法，属于精密测量领域，涉及一种基于多维动态标准器的坐标转换方法。该方法首先利用装有ERS点靶球的多维动态标准器及激光跟踪仪构建大尺寸测量场；然后利用标准器调整ERS点的位置，用激光跟踪仪测量，并在每次调整后读取标准器的读数；最后以多维动态标准器的坐标系为全局坐标系，计算将各激光跟踪仪坐标配准至全局坐标系的平移矩阵和旋转矩阵，将各站位激光跟踪仪坐标配准至全局坐标系。该方法可有效降低传统的固定公共ERS点转站配准来的非均匀系统误差，极大的抑制了激光跟踪仪测量长度方向上的非均匀系统误差的影响，具有高精度、高可靠性的优点，在精密测量技术应用中具有较好的实用性。

技术领域

本发明属于精密测量领域，涉及一种基于多维动态标准器的坐标转换方法。

背景技术

高精高效的数字化测量技术在航空航天领域应用广泛，其中，大尺寸精密测量技术为航空航天领域重大装备高精装配提供了重要数据支撑。该技术利用多台激光跟踪仪对安装有ERS点(Enhance Reference System)靶球的大型零部件的位姿进行实时监控。为了融合多台激光跟踪仪的数据，常在测量场内额外布置多个固定的公共ERS点靶球，作为不同激光跟踪仪测量点的局部坐标与全局坐标间相互转换的基准。然而，激光跟踪仪的测量误差随其与ERS点靶球的距离变化而改变，使得不同激光跟踪仪对固定的公共ERS点靶球的测量值存在各向异性的非均匀误差；此外，公共ERS点靶球的测量误差还会随全局坐标系选择的不同、外界环境的改变等因素产生非均匀变化。公共ERS点靶球的非均匀误差严重影响着零部件位姿测量数据的精度，最终影响装备的高精装配。因此，抑制公共ERS点靶球的非均匀误差，实现局部坐标系与全局坐标系间的高精坐标转换十分必要。

针对公共ERS点靶球坐标转换问题，上海交通大学的常晏宁等人于2018年在《机械设计与研究》第34卷第3期发表了文章《大尺寸测量场转站的参数勘定方法》，分析了不同激光跟踪仪转站过程中局部坐标变换的Jacobi矩阵的条件数，建立了转站参数求解模型的量化指标，同时，计算了不同ERS点靶球布局的情况下坐标变换Jacobi矩阵的条件数，进而得到ERS布局的量化评估方法。成都飞机工业(集团)有限责任公司的陈雪梅，在专利号：201510680999.3，专利《激光跟踪仪转站方法》中提出了一种激光跟踪仪转站方法，该方法将ERS点靶球固定于三棱锥的4个顶点上，以激光跟踪仪测得的棱锥的边长为基准，通过平差优化对激光跟踪仪各站位测量值进行优化，并对优化后的测量值进行配准。现有方法多将公共ERS点靶球固定，以固定后的ERS点靶球为基准，进行转站配准，然而激光跟踪仪的测量误差随其与ERS点靶球的距离增大而增大，不同站位对固定的公共ERS点靶球的测量误差具有各向异性及不均匀性，此外，全局坐标系选择的不同、外界环境的改变等因素亦会影响固定的公共ERS点靶球的测量误差。因此，发明一种可有效降低传统固定公共ERS点靶球转站系统误差的高精高可靠的坐标转换方法十分必要。

发明内容

本发明针对固定公共ERS点靶球存在的各向异性的非均匀转站误差，发明了一种基于多维动态标准器的坐标转换方法。该方法以多维动态标准器的坐标系作为全局坐标系，通过精确控制标准器上的ERS点靶球的位置，实现局部坐标向全局坐标系的高精转换。该方法首先利用装有ERS点靶球的多维动态标准器及激光跟踪仪构建大尺寸测量场；然后利用标准器调整ERS点靶球的位置，用激光跟踪仪测量，并在每次调整后读取标准器的读数；最后以多维动态标准器的坐标系为全局坐标系，计算将各激光跟踪仪坐标配准至全局坐标系的平移矩阵和旋转矩阵，将各站位激光跟踪仪坐标配准至全局坐标系。该方法可有效降低传统的固定公共ERS点靶球转站配准来的非均匀系统误差，极大的抑制了激光跟踪仪测量长度方向上的非均匀系统误差的影响，具有高精度、高可靠性的特点，在大尺寸精密测量技术应用中具有较好的实用性。