CN111504283A - 一种飞机装配测量场点位校准方法 - Google Patents

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CN111504283A CN202010353894.8A CN202010353894A CN111504283A CN 111504283 A CN111504283 A CN 111504283A CN 202010353894 A CN202010353894 A CN 202010353894A CN 111504283 A CN111504283 A CN 111504283A
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汪俊
丁超
张沅
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Abstract

一种飞机装配测量场点位校准方法，包括以下步骤：选取若干个测站，并在每个所述测站可视范围内选取若干个定向点，然后为所有定向点安装底座；通过设于测站的激光跟踪仪采集各定向点的数据，得到定向点坐标和测站点坐标；根据定向点坐标和测站点坐标通过平差算法计算ERS点和TB点坐标；将算ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，完成点位校准。本发明通过多测站整网并统一转换坐标，降低人工的工作强度，且极大提高了定位点的测量精度。

Description

一种飞机装配测量场点位校准方法
技术领域
本发明属于定位点测量技术领域，具体涉及一种飞机装配测量场点位校准方法。
背景技术
随着我国航空事业的发展，对新型号飞机的精度要求越来越高。在飞机数字化装配过程中，所有测量结果都需要通过地面基准点(ERS)转移到全局坐标系下，因此ERS点的精度直接影响到飞机装配的整体精度。然而随着外界环境因素的变化，工装上或者工装附近地面上的ERS点会发生微小位移，偏离理论坐标值，不能作为飞机装配现场的转站依据，所以需要对装配现场的ERS点进行复测，建立飞机装配现场的大尺寸、高精度测量场。
然而，现有的单站激光跟踪仪无法满足高精度快速标定校准需求，在以激光跟踪仪为代表的大尺寸工件几何尺寸测量工作当中，由于激光跟踪仪测角精度不高，加上环境因素如温度、湿度、空气扰动尤其在测量过程中转站等因素带来的影响，导致在飞机装配过程中对零部件的测量产生偏差，影响飞机装配整体质量。
随着外界环境因素的变化，工装上或者工装附近地面上的ERS点会发生微小位移，偏离理论坐标值，不能作为飞机装配现场的转站依据，所以需要对装配现场的TB点和ERS点进行复测，建立飞机装配现场的大尺寸、高精度测量场。然而，现有的单站激光跟踪仪无法满足高精度快速标定校准需求，且在以激光跟踪仪为代表的大尺寸工件几何尺寸测量工作当中，激光跟踪仪测角精度不高。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种飞机装配测量场点位校准方法，提高了定位点的测量精度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种飞机装配测量场点位校准方法，包括以下步骤：
选取若干个测站，并在每个所述测站可视范围内选取若干个定向点，然后为所有定向点安装底座；
通过设于测站的激光跟踪仪采集各定向点的数据，得到定向点坐标和测站点坐标；
根据定向点坐标和测站点坐标通过平差算法计算ERS点和TB点坐标；
将算ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，完成点位校准。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
进一步地，上述选取若干个测站具体为：
根据相邻测站可视公共ERS点和TB点最大化原则，选取n个测站，其中，n为自然数且n＞4。
进一步地，上述在每个所述测站可视范围内选取若干个定向点具体为：
检查每个测站可视范围内的定向点并增设辅助点，使每个测站可视范围内均包括多于12个定向点，且相邻测站可视范围内包括多于3个公共点。
进一步地，上述测站均设有一个激光跟踪仪，根据三维位置几何精度衰减因子，各所述激光跟踪仪之间具有相对高差。
进一步地，上述根据定向点坐标和测站点坐标通过平差算法计算ERS点和TB点坐标的步骤具体为：
定义需要校准的误差值为Vi；第i个激光跟踪仪对定向点P的观测值为Si，得到观测边误差方程：
Figure BDA0002472814230000021
其中，Vi为需要校准的误差值，i＝1,2,3,…,m，m为激光跟踪仪的个数；(x,y,z)为定向点P的坐标；(xi,yi,zi)为激光跟踪仪的坐标；
根据观测边误差方程建立误差矩阵，得到：
V＝AδX-l
Figure BDA0002472814230000022
Figure BDA0002472814230000023
其中，(x0,y0,z0)为定向点P的坐标近似值；(xi0,yi0,zi0)为第i个激光跟踪仪测站中心点的近似坐标。
进一步地，上述通过平差算法计算ERS点和TB点坐标后还包括以下步骤：
设置误差阈值并在测量场的中心位置固定标准尺；
通过激光跟踪仪测量标准尺的长度，得到测量长度；
若测量长度和标准尺实际长度之差的绝对值大于误差阈值，重新采集各定向点的数据；
若测量长度和标准尺实际长度之差的绝对值小于误差阈值，将ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，完成点位校准。
进一步地，上述激光跟踪仪的高度差范围为0m-1.5m。
本发明的有益效果是：
本发明提供的飞机装配测量场点位校准方法基于三维位置几何精度衰减因子，选取若干个测站，并在测站处设置激光跟踪仪，然后通过平差算法解算ERS点和TB点坐标，最后将ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，通过多测站整网并统一转换坐标，降低人工的工作强度，且极大提高了定位点的测量精度。
附图说明
图1为本发明的方法流程示意图。
图2为本发明的测量场结构示意图。
图3为本发明的激光跟踪仪测量原理示意图。
图4为本发明的激光跟踪仪转接工装及改变高度测量示意图。
图5为本发明的多测站组网测量结构示意图。
具体实施方式
现在结合附图1-5对本发明作进一步详细的说明。
需要注意的是，发明中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1和图3所示，在本发明的其中一个实施例中，一种飞机装配测量场点位校准方法，包括以下步骤：
选取若干个测站，并在每个所述测站可视范围内选取若干个定向点，然后为所有定向点安装底座；
通过设于测站的激光跟踪仪采集各定向点的数据，得到定向点坐标和测站点坐标；
根据定向点坐标和测站点坐标通过平差算法计算ERS点和TB点坐标；
将算ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，完成点位校准。
在本实施例中，测站即代表测站点，也就是激光跟踪仪放置的位置，定向点包括测站点、ERS点和TB点，ERS点为增强坐标系点，TB点为基准工具球点。
在本实施例中，利用多站三维测网平差算法对测量场中的ERS点和TB点进行校准，多测站整网统一坐标转换，降低人工的工作强度，极大提高测量精度。
如图5所示，在本发明的其中一个实施例中，选取若干个测站具体为：
根据相邻测站可视公共ERS点和TB点最大化原则，选取n个测站，其中，n为自然数且n＞4。
在每个所述测站可视范围内选取若干个定向点：
检查每个测站可视范围内的定向点并增设辅助点，使每个测站可视范围内均包括多于12个定向点，且相邻测站可视范围内包括多于3个公共点。
在本实施例中，为了提高精度，考虑三维位置几何精度衰减因子(PositionDilution of Precision，PDOP)，即激光跟踪仪需要有一定的高差和空间分布，并根据单站可视公共ERS点和TB点最大化原则选择多个(4个以上)测站点位置；检查每个测站的可视范围内的定向点，增设辅助点，使得每个测站可视范围内有多于12个定向点，并满足相邻测站点可视范围内有3个以上的公共点；其中，3个以上的公共点是多测站组网的前提条件。加入多余观测点，即辅助点，基于最小二乘原理的坐标优化方法，建立激光干涉测距三维网平差模型，解算得到激光跟踪仪测站点和定向点的三维坐标值，消除角度误差对空间点位的影响，大幅度提高空间点位的测量精度。
如图4所示，在本发明的其中一个实施例中，上述测站均设有一个激光跟踪仪，根据三维位置几何精度衰减因子，各所述激光跟踪仪之间具有相对高差，激光跟踪仪的高度差范围为0m-1.5m。
在本实施例中，考虑了定向点分布情况对测量场精度的影响，通过不同高差和空间分布的测站，避免不利的空间布设位置对精度的影响，从而合理布设空间网形，极大提高了定向点的测量精度。
如图1所示，在本发明的其中一个实施例中，根据定向点坐标和测站点坐标通过平差算法计算ERS点和TB点坐标的步骤具体为：
定义需要校准的误差值为Vi；第i个激光跟踪仪对定向点P的观测值为Si，得到观测边误差方程：
Figure BDA0002472814230000051
其中，Vi为需要校准的误差值，i＝1,2,3,…,m，m为激光跟踪仪的个数；(x,y,z)为定向点P的坐标；(xi,yi,zi)为激光跟踪仪的坐标；
根据观测边误差方程建立误差矩阵，得到：
V＝AδX-l
Figure BDA0002472814230000052
Figure BDA0002472814230000053
其中，(x0,y0,z0)为定向点P的坐标近似值；(xi0,yi0,zi0)为第i个激光跟踪仪测站中心点的近似坐标。
如图1和图2所示，在本发明的其中一个实施例中，还包括以下步骤：
设置误差阈值并在测量场的中心位置固定标准尺；
通过激光跟踪仪测量标准尺的长度，得到测量长度；
若测量长度和标准尺实际长度之差的绝对值大于误差阈值，重新采集各定向点的数据；
若测量长度和标准尺实际长度之差的绝对值小于误差阈值，将ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，完成点位校准。
在本实施例中，对测量场基准点校准过程中设置标准尺环节,通过对标准尺的测量可以验证方法的精度和可靠性，组网测量和单站测量的精度差见下表1：
表1
Figure BDA0002472814230000061
本实施例中公开的一种飞机装配测量场点位校准方法，利用激光跟踪仪多站三维测网平差算法对测量场中的ERS点和TB点进行校准。具有以下有益效果:
1)利用激光跟踪仪测量技术和平差算法以及增设辅助点和标准尺，提高测量精度；
2)多测站组网统一坐标转换，降低人工的工作强度，极大提高测量精度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种飞机装配测量场点位校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
选取若干个测站，并在每个所述测站可视范围内选取若干个定向点，然后为所有定向点安装底座；
通过设于测站的激光跟踪仪采集各定向点的数据，得到定向点坐标和测站点坐标；
根据定向点坐标和测站点坐标通过平差算法计算ERS点和TB点坐标；
将算ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，完成点位校准。
2.根据权利要求1所述的飞机装配测量场点位校准方法，其特征在于，所述选取若干个测站具体为：
根据相邻测站可视公共ERS点和TB点最大化原则，选取n个测站，其中，n为自然数且n＞4。
3.根据权利要求2所述的飞机装配测量场点位校准方法，其特征在于，所述在每个所述测站可视范围内选取若干个定向点具体为：
检查每个测站可视范围内的定向点并增设辅助点，使每个测站可视范围内均包括多于12个定向点，且相邻测站可视范围内包括多于3个公共点。
4.根据权利要求1所述的飞机装配测量场点位校准方法，其特征在于，每个所述测站均设有一个激光跟踪仪，根据三维位置几何精度衰减因子，各所述激光跟踪仪之间具有相对高差。
5.根据权利要求4所述的飞机装配测量场点位校准方法，其特征在于，所述根据定向点坐标和测站点坐标通过平差算法计算ERS点和TB点坐标的步骤具体为：
定义需要校准的误差值为Vi；第i个激光跟踪仪对定向点P的观测值为Si，得到观测边误差方程：
Figure FDA0002472814220000011
其中，Vi为需要校准的误差值，i＝1,2,3,…,m，m为激光跟踪仪的个数；(x,y,z)为定向点P的坐标；(xi,yi,zi)为激光跟踪仪的坐标；
根据观测边误差方程建立误差矩阵，得到：
V＝AδX-l
Figure FDA0002472814220000021
Figure FDA0002472814220000023
其中，(x0,y0,z0)为定向点P的坐标近似值；(xi0,yi0,zi0)为第i个激光跟踪仪测站中心点的近似坐标。
6.根据权利要求1所述的飞机装配测量场点位校准方法，其特征在于，所述通过平差算法计算ERS点和TB点坐标后还包括以下步骤：
设置误差阈值并在测量场的中心位置固定标准尺；
通过激光跟踪仪测量标准尺的长度，得到测量长度；
若测量长度和标准尺实际长度之差的绝对值大于误差阈值，重新采集各定向点的数据；
若测量长度和标准尺实际长度之差的绝对值小于误差阈值，将ERS点和TB点坐标转换到测量场的坐标系下，完成点位校准。
7.根据权利要求4所述的飞机装配测量场点位校准方法，其特征在于，所述激光跟踪仪的高度差范围为0m-1.5m。
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