CN103925854A - 一种基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于导弹水平测量技术领域，具体涉及一种基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法。该方法将数字化测量技术与三维坐标转换原理结合，集成应用于导弹水平测量中，实现了高精度、高效率的数字化水平测量，使得导弹在任意姿态下，能够获得同一坐标系下全尺寸导弹各测量点的空间三维坐标，并且对于测量基准所在的部件无法在总装装配过程参与水平测量的情况下，对其工艺件进行分段测量，最后通过坐标转换计算方法实现了同一基准下的测量点坐标位置评估及对比分析，能够根据水平测量点建立弹身水平及对称面，获得各测量点的变形量及弹身、弹翼等部位的变形程度。

Description

一种基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法

技术领域

本发明属于导弹水平测量技术领域，具体涉及一种基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法。

背景技术

水平测量是导弹装配及使用维护时对导弹各部（组）件间相对位置准确性进行检验和调整的工序，它是对导弹各部（组）件相对位置及主要几何尺寸或参数误差的最后检测。

导弹水平测量一般由设计人员在部件设计时提出测量点标记要求，部件制造过程中加工出测量点，在完成导弹各部件对接装配后，装配人员根据设计确定的几个基准点来调平弹体，通过测量其他测量点相对于基准点的位置来判断导弹各部（组）件相对位置是否满足要求。

水平测量的主要目的是检查、测量导弹各部件相对设计基准位置的正确性，实施设计补偿和工艺调整。一般的水平测量项目包括：弹体设计分离面的同轴度检查，弹翼尾翼相对弹体轴线的安装角、上（下）反角检查，滑块位置及其平面度的检查，适配器孔的位置偏差与角度偏差检查，吊挂位置及对称度的检查，以及弹上成件如空速管、自动驾驶仪、控制仪、惯性导航系统与弹体轴线的同轴度检查，发动机安装检查与调整，助推器安装位置检查、推力轴线的检查与调整，各操作面偏角零位检查与调整等。水平测量对于导弹的总装和外形质量的控制具有重要意义。

目前导弹水平测量的方法主要是传统的平台与高度尺结合的测量方法，这种测量方法的主要操作过程是利用水平测量平台平面作为基准，通过将导弹调平，使导弹上的基准平面与水平测量平台平行，利用高度尺测量导弹上的测量点相对于水平测量平台的相对高度，最后测量点与基准平面相比较，再通过不断转动导弹来完成对导弹不同平面内测量点的测量，达到导弹水平测量的目的。这种测量方法需要将被测产品放置在测量平台中央的前后支撑卡环上，并位于测量平台测量区域内，而对于大尺寸，比如10m左右、多舱段对接产品来说，需要采用10m左右的平台来进行全尺寸状态导弹的测量，平台建设成本高、测量精度低、测量效率及安全性也难以保证。因此利用先进的技术手段来进行水平测量是非常有必要的。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何提供成本更低、测量精度及效率更高的导弹水平测量方案，同时还要保证安全性要求。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法，所述测量方法基于水平测量系统来实施，所述水平测量系统包括：数字化测量装置、计算机及隐藏点测量杆，所述计算机作为所述水平测量系统的控制及数据处理平台，其根据配套内嵌的测量操作模块，对所述数字化测量装置进行管理及控制，操控数字化测量装置工作，实现导弹水平测量点的数字化测量及数据输出；其中，对于无法直接测量的测量点，计算机操控隐藏点测量杆进行测量；

所述基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：将导弹放置在支撑拖车上，并注意拖车支撑部位不要将测量点覆盖；

步骤S2：将预先制备的工艺件与导弹产品进行对接装配；

步骤S3：利用数字化测量装置建立测量坐标系，计算机配套内嵌的测量操作模块控制并驱动数字化测量装置，对包含了工艺件的导弹进行全弹对接状态下测量点的三维坐标，对于无法直接测量的测量点通过隐藏点测量杆来辅助测量；同时，数字化测量装置还测量导弹舱段对接孔位测量点的三维坐标；

步骤S4：按照步骤S3所述的方式对无法参与真实对接状态的导弹舱段单独再次进行测量，并获取测量点的三维坐标；同时，数字化测量装置还测量导弹舱段对接孔位测量点的三维坐标；

步骤S5：对步骤S3及步骤S4两次测量所测得舱段对接孔位测量点的三维坐标进行比较，并代入到下述公式（1）及公式（2）计算出坐标系转换参数R和坐标系原点偏差（X₀，Y₀，Z₀）；

$\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]=K\×R\×\left[\begin{array}{c}X-X_0\\ Y-Y_0\\ Z-Z_0\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，（X，Y，Z）为测量所得到的测量点的三维坐标；

（X’，Y’，Z’）为坐标系转换后的三维坐标；

（X₀，Y₀，Z₀）为步骤S3测量时的坐标系的原点与步骤S4测量时的坐标系的原点的偏差；

分别为步骤S3测量时坐标系三条坐标轴与步骤S4测量时坐标系三条坐标轴各自对应的夹角；

K为坐标系尺寸因子，一般为1；

步骤S6：对导弹舱段对接孔位测量点以外的其他测量点使用R和坐标系原点偏差（X₀，Y₀，Z₀）进行坐标转换；

步骤S7：将转换后的坐标代入水平测量计算公式，得到测量结果。

其中，所述数字化测量装置为测量激光跟踪仪或电子经纬仪。

（三）有益效果

本发明技术方案将数字化测量技术（电子经纬仪或激光跟踪仪）与三维坐标转换原理结合，集成应用于导弹水平测量中，实现了高精度、高效率的数字化水平测量，使得导弹在任意姿态下，能够获得同一坐标系下全尺寸导弹各测量点的空间三维坐标，并且对于测量基准所在的部件无法在总装装配过程参与水平测量的情况下，对其工艺件进行分段测量，最后通过坐标转换计算方法实现了同一基准下的测量点坐标位置评估及对比分析，能够根据水平测量点建立弹身水平及对称面，获得各测量点的变形量及弹身、弹翼等部位的变形程度。该方案可用于导弹产品的水平测量，适用于尺寸大（10m以上）、多舱段对接，无法在一次测量基准下完成产品总体状态测量的水平测量数据转换及计算。

附图说明

图1为本发明技术方案的方法流程图。

图2为本发明技术方案中的系统示意图。

其中：1-计算机；2-激光跟踪仪或电子经纬仪；3-导弹产品；4-隐藏点测量杆；5-测量点。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

为解决现有技术的问题，本发明提供一种基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法，所述测量方法基于水平测量系统来实施，所述水平测量系统包括：数字化测量装置、计算机及隐藏点测量杆，所述计算机作为所述水平测量系统的控制及数据处理平台，其根据配套内嵌的测量操作模块，即配套的测量系统软件，测量系统软件可以是测量仪器自身配置的测量软件，用于引导测量操作，也可以是基于测量仪器软件，针对特定型号二次开发的测量软件，主要是简化操作和测量点的计算过程；测量操作模块对所述数字化测量装置进行管理及控制，操控数字化测量装置工作，实现导弹水平测量点的数字化测量及数据输出；其中，对于无法直接测量的测量点，计算机操控隐藏点测量杆进行测量；

如图1所示，所述基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：将导弹放置在支撑拖车上，并注意拖车支撑部位不要将测量点覆盖；所述测量点的分布在导弹设计时确定，测量时针对产品制造过程加工的测量点进行测量；

步骤S2：将预先制备的工艺件与导弹产品进行对接装配；所述预先设计并制备的工艺件为无法参与真实对接状态导弹部件的工艺件，其外形尺寸及加工精度与真实产品一致；比如：助推发动机，其分为三段舱段，分别为过渡段、主体段及尾段，因为助推发动机的主体段为大型火工品，无法参与导弹的总装测试，因此设计工艺件代替真实件进行测量；

步骤S3：利用数字化测量装置建立测量坐标系，该坐标系是测量仪器自身的坐标系，仪器进行初始化时根据自身位置确定，其具体建立方法由测量系统决定，不同的测量仪器建站方法不一样，但都是建立坐标系；借助于计算机配套内嵌的测量操作模块控制并驱动数字化测量装置，对包含了工艺件的导弹进行全弹对接状态下测量点的三维坐标，对于无法直接测量的测量点通过隐藏点测量杆来辅助测量，隐藏点是相对于测量操作人员和仪器而言，无法通过测量仪器直接瞄到，该隐藏点测量杆实际为一根杆上有尖点的测量杆，可以指向被测点，通过测量杆上的点间接测得被测点的坐标；同时，数字化测量装置还测量导弹舱段对接孔位测量点的三维坐标；

步骤S4：按照步骤S3所述的方式对无法参与真实对接状态的导弹舱段（即，全弹对接状态下的导弹包括：弹头及助推段，所述助推段即前述助推发动机，该步骤S4中的无法参与真实对接状态的导弹舱段仅为助推段，该助推段包括过渡段、主体段及尾段，此时的主体段为真实的导弹产品，而非工艺件）单独再次进行测量，并获取测量点的三维坐标；同时，数字化测量装置还测量导弹舱段对接孔位测量点的三维坐标；

步骤S5：对步骤S3及步骤S4两次测量所测得舱段对接孔位测量点的三维坐标进行比较，并代入到下述公式（1）及公式（2）计算出坐标系转换参数R（其为一坐标旋转矩阵）和坐标系原点偏差（X₀，Y₀，Z₀）；

$\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]=K\×R\×\left[\begin{array}{c}X-X_0\\ Y-Y_0\\ Z-Z_0\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，（X，Y，Z）为测量所得到的测量点的三维坐标；

（X’，Y’，Z’）为坐标系转换后的三维坐标；

（X₀，Y₀，Z₀）为步骤S3测量时的坐标系的原点与步骤S4测量时的坐标系的原点的偏差；

分别为步骤S3测量时坐标系三条坐标轴与步骤S4测量时坐标系三条坐标轴各自对应的夹角；

K为坐标系尺寸因子，一般为1；尺寸因子主要是坐标系每个尺寸刻度的大小，一般如果不进行缩放操作，尺寸因子应该为1，也就是不同坐标系所表示的尺寸大小是一样的；

步骤S6：对导弹舱段对接孔位测量点以外的其他测量点使用R和坐标系原点偏差（X₀，Y₀，Z₀）进行坐标转换；

步骤S7：将转换后的坐标代入水平测量计算公式，得到测量结果。该水平测量计算公式为产品设计时给定的。

其中，所述数字化测量装置为测量激光跟踪仪或电子经纬仪。

下面结合具体实施例进行详细描述。

实施例

参加图2，导弹水平测量系统，由计算机1、激光跟踪仪或电子经纬仪2、产品3（分为几个部段，其中一个部段须采用工艺件来代替真实部段）、隐藏点测量杆4、导弹测量点5。产品3由四个舱段组成，其中第三个部段无法参与总装对接，仅能单独测量，因此测量时须使用部段工艺件参与测量。

本实施例的具体实施方式如下：

1）通过测量仪器，比如激光跟踪仪或电子经纬仪等建立测量坐标系；

2）测量产品3（此时使用了部件工艺件）的所有测量点及部段工艺件的参考测量点的三维坐标，其中对于无法直接测得的点通过隐藏点测量杆4进行测量；

3）测量产品3中真实部段的测量点及参与装配参考测量点的三维坐标；

4）对真实部段和部段工艺件的参考点进行三维坐标比较，计算出坐标转换参数R和坐标系原点偏差（X₀，Y₀，Z₀）；

5）将步骤2所测得的产品上的测量点通过坐标转换公式计算得到新的三维坐标；

6）通过测量系统软件建立基准面，并按照设计要求的水平测量计算公式进行计算得到水平测量结果。

综上，本发明提出的基于三维坐标转换原理的水平测量方法通过采用数字化测量方法及坐标转换原理解决了多个舱段对接的导弹产品在无法采用真实舱段对接情况下获取水平测量数据的方法的问题。为后续同类大尺寸多舱段对接产品的水平测量提供了新的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法，其特征在于，所述测量方法基于水平测量系统来实施，所述水平测量系统包括：数字化测量装置、计算机及隐藏点测量杆，所述计算机作为所述水平测量系统的控制及数据处理平台，其根据配套内嵌的测量操作模块，对所述数字化测量装置进行管理及控制，操控数字化测量装置工作，实现导弹水平测量点的数字化测量及数据输出；其中，对于无法直接测量的测量点，计算机操控隐藏点测量杆进行测量；

所述基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法，具体包括如下步骤：

步骤S1：将导弹放置在支撑拖车上，并注意拖车支撑部位不要将测量点覆盖；

步骤S2：将预先制备的工艺件与导弹产品进行对接装配；

步骤S3：利用数字化测量装置建立测量坐标系，计算机配套内嵌的测量操作模块控制并驱动数字化测量装置，对包含了工艺件的导弹进行全弹对接状态下测量点的三维坐标，对于无法直接测量的测量点通过隐藏点测量杆来辅助测量；同时，数字化测量装置还测量导弹舱段对接孔位测量点的三维坐标；

步骤S4：按照步骤S3所述的方式对无法参与真实对接状态的导弹舱段单独再次进行测量，并获取测量点的三维坐标；同时，数字化测量装置还测量导弹舱段对接孔位测量点的三维坐标；

步骤S5：对步骤S3及步骤S4两次测量所测得舱段对接孔位测量点的三维坐标进行比较，并代入到下述公式（1）及公式（2）计算出坐标系转换参数R和坐标系原点偏差（X₀，Y₀，Z₀）；

$\left[\begin{array}{c}{X}^{\′}\\ Y^{\′}\\ Z^{\′}\end{array}\right]=K\×R\×\left[\begin{array}{c}X-X_0\\ Y-Y_0\\ Z-Z_0\end{array}\right]---\left(1\right)$

其中，（X，Y，Z）为测量所得到的测量点的三维坐标；

（X’，Y’，Z’）为坐标系转换后的三维坐标；

（X₀，Y₀，Z₀）为步骤S3测量时的坐标系的原点与步骤S4测量时的坐标系的原点的偏差；

分别为步骤S3测量时坐标系三条坐标轴与步骤S4测量时坐标系三条坐标轴各自对应的夹角；

K为坐标系尺寸因子，一般为1；

步骤S6：对导弹舱段对接孔位测量点以外的其他测量点使用R和坐标系原点偏差（X₀，Y₀，Z₀）进行坐标转换；

步骤S7：将转换后的坐标代入水平测量计算公式，得到测量结果。

2.如权利要求1所述的基于三维坐标转换原理的导弹水平测量方法，其特征在于，所述数字化测量装置为测量激光跟踪仪或电子经纬仪。