CN106017323A - 用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，包括三节结构相同的碳纤维管，第一节与第二节碳纤维管之间通过一个连接头、一个90º连接头连接，第二节与第三节碳纤维管之间通过另一个连接头、135º连接头连接，靶球座胶粘在碳纤维管的空余端中，靶球座露出的端面通过锥窝设置有靶球。

Description

用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测 量杆

技术领域

本发明涉及超大尺寸复杂装置的测量领域，具体是一种用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆。

背景技术

随着航空航天、汽车船舶和水力电力等工业快速发展，超大尺寸复杂装置(空间站、航母等)应运而生，在这些超大尺寸复杂装置的装配定位、质量检测等制造过程中，需要高精度、大尺度的空间坐标坐标设备，如激光跟踪仪、全站仪等。但在实际的测量环境中，由空间阻隔、光线遮挡等因素常导致被装置上的某些区域无法得到测量。针对上述出现的遮挡现象，采用传统方法很难准确地实现超大尺寸复杂装置全局基准点的准直测量，尤其利用外部基准点实现装置内部基准点的准直。因此，传统的基准点准直、部件装配定位等测量方法及其测量精度亟需进一步的改进和提高。Edgar Bogusch等人提出一套标准光学测量系统，包含有激光跟踪仪，柔性摄像头，便携关节式坐标测量机等实现ITER装置可视和非可视化窗口部位的测量。顾永奇等人提出了利用便携关节式坐标测量机的蛙跳方法实现超大尺寸复杂装置隐藏部位的基准点准直测量，但便携关节式坐标测量机每蛙跳一次，其测量精度将大大降低。另外，仅通过激光跟踪仪利用超大尺寸复杂装置外部的基准点实现装置内部基准点准直测量，导致基准点仅分布在可视窗口部位，在实际使用过程中，会出现便携关节式坐标测量机在全局坐标系中重定位不准现象。针对上述超大尺寸复杂装置真空室内部隐藏部位基准点准直测量存在的不足之处，亟需提出一种结合激光跟踪仪能够实现准直测量的辅助装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，以解决现有技术超大尺寸复杂装置利用激光跟踪无法直接测量隐藏部位测量基准点准直的缺点，以及采用便携关节式坐标测量机的蛙跳方法所造成的精度损失的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：包括：

三节结构相同的碳纤维管；

两个结构相同的连接头，其中第一个连接头部分胶粘在第一节碳纤维管的一端内，第二个连接头部分胶粘在第三节碳纤维管的一端内；

呈90°弯曲的90°连接头，所述第一个连接头其余部分与90°连接头一端固定连接，90°连接头另一端胶粘在第二节碳纤维管的一端内；

呈135°弯曲的135°连接头，所述第二个连接头其余部分与135°连接头一端固定连接，135°连接头另一端胶粘在第二节碳纤维管的另一端内，且第一节碳纤维管垂直于第二节碳纤维管与第三节碳纤维管构成的平面；

两个结构相同的靶球座，其中第一个靶球座胶粘在第一节碳纤维管的空余端中并具有从第一节碳纤维管空余端露出的端面，第一个靶球座露出的端面通过锥窝设置有靶球，第二个靶球座胶粘在第三节碳纤维管的空余端中并具有从第三节碳纤维管空余端露出的端面，第三个靶球座露出的端面亦通过锥窝设置有靶球。

所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：所述连接头伸入碳纤维管管端内的部分外壁成型有多道环形灌胶槽，灌胶槽中分别放入环氧树脂，连接头部分通过环氧树脂胶粘在对应的碳纤维管管端内。

所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：第一个、第二个连接头其余部分分别对应置于90°连接头和135°连接头的一端内，且第一个连接头其余部分与90°连接头之间、第二个连接头其余部分与135°连接头之间通过侧壁上的沉头螺栓固定连接。

所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：90°连接头、135°连接头另一端外壁分别成型有多道环形灌胶槽，灌胶槽中分别放入环氧树脂，90°连接头、135°连接头另一端分别通过环氧树脂胶粘在第二节碳纤维管对应端内。

所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：所述靶球座外壁成型由多道环形灌胶槽，灌胶槽中分别放入环氧树脂，靶球座分别通过环氧树脂对应粘结在第一节碳纤维管、第三节碳纤维管的对应端中，靶球座从碳纤维管中露出的端面分别通过锥窝设有靶球，每个锥窝底部分别通过凹槽容纳由磁铁，由磁铁吸附靶球。

一种超大尺寸复杂装置隐藏部位基准点准直测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将两个1.5inch靶球分别放置在手持式辅助测量杆两端的靶球座上，通过将一端放有的靶球同时放入到超大尺寸复杂装置隐藏部位的被准直测量的基准点处靶球座内，将其另一端调整到可视窗口处，激光跟踪仪即可实现测量；

(2)当激光跟踪仪完成测量工作时，保持手持式辅助测量杆的结构保持不变，改变手持式辅助测量杆的位姿，重复步骤(1)；

(3)重复步骤(2)4次即可实现手持式负责测量杆4种位姿测量，能够测得靶球4个位置的坐标值；

(4)对被准直测量的超大尺寸复杂装置隐藏部位基准点的坐标值计算方法如下：设被测靶球4个位置的坐标值为P_i(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,…,4)，手持式辅助测量杆两端靶球球心之间的距离为定值R，则有方程组(1)：

$\left\{\begin{array}{cc}{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2+{(z_1-z)}^2=R^2& \left(1\right)\\ {(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2& \left(2\right)\\ {(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2+{(z_3-z)}^2=R^2& \left(3\right)\\ {(x_4-x)}^2+{(y_4-y)}^2+{(z_4-z)}^2=R^2& \left(4\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

利用式(2)-式(1)，式(3)-式(1)，式(4)-式(1),可得方程组(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1}x+B_{1}y+C_{1}z=D_1\\ A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=D_2\\ A_{3}x+B_{3}y+C_{3}z=D_3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中,A_i-1＝2(x₁-x_i)，B_i-1＝2(y₁-y_i)，C_i-1＝2(z₁-z_i)，

$D_{i-1}=x_1^2-x_i^2+y_1^2-y_i^2+z_1^2-z_i^2,i=2,3,4,$

方程组(2)为一个线性方程组，求解该方程组被准直测量的超大尺寸复杂装置隐藏部位的基准点P(x,y,z)。

本发明通过90°和135°连接头的选择，可以有效地解决超大尺寸复杂装置隐藏部位基准点准直测量问题，具有以下有益效果：

(1)对于超大尺寸复杂装置结构特点来说，激光跟踪仪结合手持式辅助测量杆可实现超大尺寸复杂装置隐藏部位的基准点测量，其测量精度高，成本低廉。

(2)测量杆自身加工精度对所测结果不造成任何影响。

附图说明

图1是手持式辅助测量杆示意图。

图2是90°连接头的示意图。

图3是135°连接头的示意图。

图4是靶球座的示意图。

图5是连接头的示意图。

图6是手持式测量杆测量超大尺寸复杂装置隐藏点的示意图。

具体实施方式

参见图1所示，用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，包括：

三节结构相同的碳纤维管1.1、1.2、1.3；

两个结构相同的连接头2.1、2.2，其中第一个连接头2.1部分胶粘在第一节碳纤维管1.1的一端内，第二个连接头2.2部分胶粘在第三节碳纤维管1.3的一端内；

呈90°弯曲的90°连接头3，第一个连接头2.1其余部分与90°连接头3一端固定连接，90°连接头3另一端胶粘在第二节碳纤维管1.2的一端内；

呈135°弯曲的135°连接头4，第二个连接头2.2其余部分与135°连接头4一端固定连接，135°连接头4另一端胶粘在第二节碳纤维管1.2的另一端内，且第一节碳纤维管1.1垂直于第二节碳纤维管1.2与第三节碳纤维管1.3构成的平面；

两个结构相同的靶球座5.1、5.2，其中第一个靶球座5.1胶粘在第一节碳纤维管1.1的空余端中并具有从第一节碳纤维管1.1空余端露出的端面，第一个靶球座5.1露出的端面通过锥窝8设置有靶球6.1，第二个靶球座5.2胶粘在第三节碳纤维管1.3的空余端中并具有从第三节碳纤维管1.3空余端露出的端面，第三个靶球座5.2露出的端面亦通过锥窝设置有靶球6.2。

如图5所示，连接头2.1、2.2伸入碳纤维管1.1、1.3管端内的部分外壁成型有多道环形灌胶槽7.1，灌胶槽7.1中分别放入环氧树脂，连接头2.1、2.2部分通过环氧树脂胶粘在对应的碳纤维管1.1、1.3管端内。

第一个、第二个连接头2.1、2.2其余部分分别对应置于90°连接头3和135°连接头4的一端内，且第一个连接头2.1其余部分与90°连接头3之间、第二个连接头2.2其余部分与135°连接头4之间通过侧壁上的沉头螺栓固定连接。

如图2、图3所示，90°连接头3、135°连接头4另一端外壁分别成型有多道环形灌胶槽7.2、7.3，灌胶槽7.2、7.3中分别放入环氧树脂，90°连接头3、135°连接头4另一端分别通过环氧树脂胶粘在第二节碳纤维管1.2对应端内。

如图4所示，靶球座5.1、5.2外壁成型由多道环形灌胶槽7.4，灌胶槽7.4中分别放入环氧树脂，靶球座5.1、5.2分别通过环氧树脂对应粘结在第一节碳纤维管1.1、第三节碳纤维管1.3的对应端中，靶球座5.1、5.2从碳纤维管中露出的端面分别通过锥窝8设有靶球，每个锥窝底部分别通过凹槽容纳由磁铁9，由磁铁9吸附靶球。

如图6所示，一种超大尺寸复杂装置隐藏部位基准点准直测量方法，包括以下步骤：

(1)将两个1.5inch靶球分别放置在手持式辅助测量杆两端的靶球座上，通过将一端放有的靶球同时放入到超大尺寸复杂装置隐藏部位的被准直测量的基准点处靶球座内，将其另一端调整到可视窗口处，激光跟踪仪即可实现测量；

(2)当激光跟踪仪完成测量工作时，保持手持式辅助测量杆的结构保持不变，改变手持式辅助测量杆的位姿，重复步骤(1)；

(3)重复步骤(2)4次即可实现手持式负责测量杆4种位姿测量，能够测得靶球4个位置的坐标值；

(4)对被准直测量的超大尺寸复杂装置隐藏部位基准点的坐标值计算方法如下：设被测靶球4个位置的坐标值为P_i(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,…,4)，手持式辅助测量杆两端靶球球心之间的距离为定值R，则有方程组(1)：

$\left\{\begin{array}{cc}{(x_1-x)}^2+{(y_1-y)}^2+{(z_1-z)}^2=R^2& \left(1\right)\\ {(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2& \left(2\right)\\ {(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2+{(z_3-z)}^2=R^2& \left(3\right)\\ {(x_4-x)}^2+{(y_4-y)}^2+{(z_4-z)}^2=R^2& \left(4\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

利用式(2)-式(1)，式(3)-式(1)，式(4)-式(1),可得方程组(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1}x+B_{1}y+C_{1}z=D_1\\ A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=D_2\\ A_{3}x+B_{3}y+C_{3}z=D_3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中,A_i-1＝2(x₁-x_i)，B_i-1＝2(y₁-y_i)，C_i-1＝2(z₁-z_i)，

$D_{i-1}=x_1^2-x_i^2+y_1^2-y_i^2+z_1^2-z_i^2,i=2,3,4,$

方程组(2)为一个线性方程组，求解该方程组被准直测量的超大尺寸复杂装置隐藏部位的基准点P(x,y,z)。

利用所述便携关节式坐标测量机8测量超大尺寸复杂装置内部基准点，实现便携关节式坐标测量机在超大尺寸复杂装置坐标系中重定位，即可实现超大尺寸复杂装置内部关键部件的检测。

Claims (6)

1.用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：包括：

三节结构相同的碳纤维管；

两个结构相同的连接头，其中第一个连接头部分胶粘在第一节碳纤维管的一端内，第二个连接头部分胶粘在第三节碳纤维管的一端内；

呈90°弯曲的90°连接头，所述第一个连接头其余部分与90°连接头一端固定连接，90°连接头另一端胶粘在第二节碳纤维管的一端内；

呈135°弯曲的135°连接头，所述第二个连接头其余部分与135°连接头一端固定连接，135°连接头另一端胶粘在第二节碳纤维管的另一端内，且第一节碳纤维管垂直于第二节碳纤维管与第三节碳纤维管构成的平面；

两个结构相同的靶球座，其中第一个靶球座胶粘在第一节碳纤维管的空余端中并具有从第一节碳纤维管空余端露出的端面，第一个靶球座露出的端面通过锥窝设置有靶球，第二个靶球座胶粘在第三节碳纤维管的空余端中并具有从第三节碳纤维管空余端露出的端面，第三个靶球座露出的端面亦通过锥窝设置有靶球。

2.根据权利要求1所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：所述连接头伸入碳纤维管管端内的部分外壁成型有多道环形灌胶槽，灌胶槽中分别放入环氧树脂，连接头部分通过环氧树脂胶粘在对应的碳纤维管管端内。

3.根据权利要求1所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：第一个、第二个连接头其余部分分别对应置于90°连接头和135°连接头的一端内，且第一个连接头其余部分与90°连接头之间、第二个连接头其余部分与135°连接头之间通过侧壁上的沉头螺栓固定连接。

4.根据权利要求1所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：90°连接头、135°连接头另一端外壁分别成型有多道环形灌胶槽，灌胶槽中分别放入环氧树脂，90°连接头、135°连接头另一端分别通过环氧树脂胶粘在第二节碳纤维管对应端内。

5.根据权利要求1所述的用于超大尺寸复杂装置隐藏部位测量基准点准直的手持式测量杆，其特征在于：所述靶球座外壁成型由多道环形灌胶槽，灌胶槽中分别放入环氧树脂，靶球座分别通过环氧树脂对应粘结在第一节碳纤维管、第三节碳纤维管的对应端中，靶球座从碳纤维管中露出的端面分别通过锥窝设有靶球，每个锥窝底部分别通过凹槽容纳由磁铁，由磁铁吸附靶球。

6.一种基于权利要求1手持式测量杆的超大尺寸复杂装置隐藏部位基准点准直测量方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将两个1.5inch靶球分别放置在手持式辅助测量杆两端的靶球座上，通过将一端放有的靶球同时放入到超大尺寸复杂装置隐藏部位的被准直测量的基准点处靶球座内，将其另一端调整到可视窗口处，激光跟踪仪即可实现测量；

(2)当激光跟踪仪完成测量工作时，保持手持式辅助测量杆的结构保持不变，改变手持式辅助测量杆的位姿，重复步骤(1)；

(3)重复步骤(2)4次即可实现手持式负责测量杆4种位姿测量，能够测得靶球4个位置的坐标值；

(4)对被准直测量的超大尺寸复杂装置隐藏部位基准点的坐标值计算方法如下：设被测靶球4个位置的坐标值为P_i(x_i,y_i,z_i)(i＝1,2,…,4)，手持式辅助测量杆两端靶球球心之间的距离为定值R，则有方程组(1)：

$\left\{\begin{array}{cc}{\left(x_1-x\right)}^2+{\left(y_1-y\right)}^2+{\left(z_1-z\right)}^2=R^2& \left(1\right)\\ {\left(x_2-x\right)}^2+{\left(y_2-y\right)}^2+{\left(z_2-z\right)}^2=R^2& \left(2\right)\\ {\left(x_3-x\right)}^2+{\left(y_3-y\right)}^2+{\left(z_3-z\right)}^2=R^2& \left(3\right)\\ {\left(x_4-x\right)}^2+{\left(y_4-y\right)}^2+{\left(z_4-z\right)}^2=R^2& \left(4\right)\end{array}\right.---\left(1\right)$

利用式(2)-式(1)，式(3)-式(1)，式(4)-式(1),可得方程组(2)：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1}x+B_{1}y+C_{1}z=D_1\\ A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=D_2\\ A_{3}x+B_{3}y+C_{3}z=D_3\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中,A_i-1＝2(x₁-x_i)，B_i-1＝2(y₁-y_i)，C_i-1＝2(z₁-z_i)，

$D_{i-1}=x_1^2-x_i^2+y_1^2-y_i^2+z_1^2-z_i^2,i=\mathrm{2,3,4},$

方程组(2)为一个线性方程组，求解该方程组被准直测量的超大尺寸复杂装置隐藏部位的基准点P(x,y,z)。