CN118009878B - 一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质 - Google Patents

一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质

Info

Publication number
CN118009878B
CN118009878B CN202410079102.0A CN202410079102A CN118009878B CN 118009878 B CN118009878 B CN 118009878B CN 202410079102 A CN202410079102 A CN 202410079102A CN 118009878 B CN118009878 B CN 118009878B
Authority
CN
China
Prior art keywords
uncertainty
coordinate
measuring
measuring station
measurement system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202410079102.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN118009878A (zh
Inventor
杜微
黄玉璐
缪东晶
孔歌星
李建双
刘小翠
梁楚彦
黄道勤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Original Assignee
Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd filed Critical Chengdu Aircraft Industrial Group Co Ltd
Priority to CN202410079102.0A priority Critical patent/CN118009878B/zh
Publication of CN118009878A publication Critical patent/CN118009878A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN118009878B publication Critical patent/CN118009878B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/002—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring two or more coordinates

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明属于外形尺寸测量技术领域，具体涉及一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质。所述方法，将获取的目标点坐标输入误差传递模型获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量，再结合反射镜光学中心偏移引入的不确定度，计算多边坐标测量系统的不确定度系数，进行不确定度评价。本发明从多边坐标测量系统基本原理入手，简化系统坐标系从而缩减参数，可减小计算量，并给出具体数学解析式，有利于测量现场的快速评估，同时便于计量人员学习与运用。

Description

一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设 备及介质
技术领域
本发明属于外形尺寸测量技术领域，具体涉及一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质。
背景技术
航空航天、轨道交通、船舶以及风能等几米至上百米的大尺寸装备制造的生产质量需要通过高精度大尺寸测量技术进行保证。为满足各类结构大尺寸零部件测量精度需求，目前已发展了多种大尺寸坐标测量系统，包括3坐标机、多边坐标测量系统、激光跟踪绝对测距仪、近景摄影测量系统、室内定位系统(indoor Global Positioning System:iGPS)、室内空间测量定位系统(workspaceMeasuring and Positioning System: wMPS)等，其中多边坐标测量系统具有最高的理论精度且具有柔性，大范围的优点。
多边坐标测量系统的测量不确定度是指系统对某个被测位置的测量分散程度。非线性、多输入量的系统不确定度评价方法有不确定度传播定律法和蒙特卡洛法两类。不确定度传播定律法是通过求解测量不确定度系数，从而评估各项间输入量对结果的影响，具有方便快捷的优势。现有技术中，如孙威等人在《多边法坐标测量系统中解算方式对测量精度的影响研究》中公开：与同步解算方式相比较，预先准确标定系统参数方式能有效提升测量精度。但孙威等人在技术文献中提及的方法仅考虑了系统参数标定过程一个变量，并未对整个测量系统的不确定度评定方法提出方案，而大尺寸多边坐标测量系统的输出结果是多维变量，因此其测量不确定度评价往往通过耗时较长的蒙特卡洛法来评估。然而，蒙特卡洛法虽然能有效评估不同误差模型的测量方法，但需要数据量非常大且耗时长、成本高。
发明内容
针对现有技术中采用蒙特卡洛法对大尺寸多边坐标测量系统的不确定度进行评价时存在耗时长、成本高的问题，本发明的目的在于提供一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质，从多边坐标测量系统基本原理入手，简化系统坐标系从而缩减参数，减小计算量，有利于测量现场的快速评估，同时便于计量人员学习与运用。
本发明主要通过以下技术方案实现：一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法，对由4个台激光跟踪干涉仪及一个反射镜组成的大尺寸多边坐标测量系统进行不确定度评价，一台激光跟踪干涉仪作为一个测站，用于构建三维的坐标系；所述方法将获取的目标点坐标输入误差传递模型获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量，再结合反射镜光学中心偏移引入的不确定度，计算多边坐标测量系统的不确定度系数，进行不确定度评价。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、建立坐标系；
具体是指，先通过四个测站建立三维的坐标系，并记录在该坐标系中各测站的坐标；
步骤S2、获取目标点坐标；
具体是指，使用各测站对应的激光跟踪干涉仪跟踪反射镜，将反射镜移动到目标位置，多边坐标测量系统输出的空间坐标，即为目标点坐标；
步骤S3、获取三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量；
具体是指，将目标点坐标输入误差传递模型，计算得到三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量；
步骤S4、根据三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量、反射镜光学中心偏移引入的不确定度计算多边坐标测量系统的不确定度系数。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S3中误差传递模型根据各测站的坐标、各测站与目标点的实际距离、各测站的测距不确定度计算三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S3中各测站与目标点的实际距离通过以下方法获得：先获取反射镜在初始点时各测站与初始点之间的距离；然后，移动反射镜到N个离散的不同的测量点，各测站跟踪反光镜从初始点移动到测量点，并测得各测站与初始点、测量点二者长度之差，记为长度增量dl pk ；最后，各测站与初始点的距离与长度增量dl pk 之和即为各测站与目标点的实际距离；所述N大于10。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S3中各测站的测距不确定度根据激光跟踪干涉仪自身的测量不确定度、环境补偿不全所引入的不确定度进行计算。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤S4中多边坐标测量系统的不确定度系数通过坐标系中X、Y、Z三轴对应的三个不确定度分量u x 、u y 、u z 以及反射镜光学中心偏移引入的不确定度u b 四个参数分别平方后求和再开根号。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述反射镜为猫眼逆反射镜。
本发明提供的一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法，对由4个测站及一个反射镜组成的大尺寸多边坐标测量系统进行坐标测量不确定度评价；所述方法，先通过四个测站建立坐标系并记录各个测站在该坐标系中的坐标；接着，以反射镜的光学中心作为被测点，将反射镜从初始点分别移动到N个不同位置的控制点，通过各测站对应的激光跟踪干涉仪获取测站分别到初始点、N个控制点的相对长度；然后，根据激光跟踪干涉仪自身的测量不确定度、环境补偿不全所引入的不确定度，计算各测站的测距不确定度和反射镜光学中心偏移引入的不确定度；最后，将反射镜放置在待测量位置，获取此时被测点的坐标，由被测点的坐标、各测站在坐标系中的坐标、各测站的测距不确定度和反射镜光学中心偏移引入的不确定度计算多边坐标测量系统的不确定度。
本发明还提供了一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价系统，包括误差传递模型，用于在上述的方法中实现获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量的作用。
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器上存储有计算机程序；当所述计算机程序在所述处理器上执行时，实现上述的不确定度评价方法。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令；当所述计算机指令在上述的电子设备上执行时，实现上述的不确定度评价方法。
本发明的有益效果如下：
本发明将获取的目标点坐标输入误差传递模型获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量，再结合反射镜光学中心偏移引入的不确定度，计算多边坐标测量系统的不确定度系数，从多边坐标测量系统基本原理入手，简化系统坐标系从而缩减参数，减小计算量，有利于测量现场的快速评估，同时便于计量人员学习与运用。
附图说明
图1为四个测站构建的测站坐标系；
图2为本发明主要步骤流程图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例提供了一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法，对由4个台激光跟踪干涉仪及一个反射镜组成的大尺寸多边坐标测量系统进行不确定度评价，一台激光跟踪干涉仪作为一个测站，用于构建三维的坐标系；所述方法将获取的目标点坐标输入误差传递模型获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量，再结合反射镜光学中心偏移引入的不确定度，计算多边坐标测量系统的不确定度系数，进行不确定度评价。
本实施例采用不同于现有技术的不确定度评价方法，从多边坐标测量系统基本原理入手，简化系统坐标系从而缩减参数，减小计算量，有利于测量现场的快速评估，同时便于计量人员学习与运用。
实施例2：
在实施例1的基础上，本实施例中以猫眼逆反射镜为例说明一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法的详细内容。
如图2所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、建立坐标系；
具体是指，先通过四个测站建立三维的坐标系，并记录在该坐标系中各测站的坐标；
步骤S2、获取目标点坐标；
具体是指，使用各测站对应的激光跟踪干涉仪跟踪猫眼逆反射镜，将猫眼逆反射镜移动到目标位置，多边坐标测量系统输出的空间坐标，即为目标点坐标；
步骤S3、获取三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量；
具体是指，将目标点坐标输入误差传递模型，计算得到三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量；
步骤S4、根据三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量、猫眼逆反射镜光学中心偏移引入的不确定度计算多边坐标测量系统的不确定度系数。
进一步地，所述步骤S1具体包括：
步骤S11、将4台激光跟踪干涉仪分别固定于不同的4个位置，并将激光跟踪干涉仪按顺序设为测站A、测站B、测站C、测站D；
步骤S12、建立测站对应的三维坐标系，设测站A的测量中心为坐标系原点，由测站A的测量中心指向测站B的方向为X轴的正方向；设测站C的测量中心位于XOY平面上，测站A、测站B、测站C、测站D的坐标分别为： (0，0，0)、(x B ，0，0)、(x C ，y C ，0)、(x D ，y D ，z D )。
进一步地，所述步骤S3中误差传递模型根据各测站的坐标、各测站与目标点的实际距离、各测站的测距不确定度计算三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量。
进一步地，所述步骤S3中各测站与目标点的实际距离通过以下方法获得：先获取反射镜在初始点时各测站与初始点之间的距离；然后，移动反射镜到N个离散的不同的测量点，各测站跟踪反光镜从初始点移动到测量点，并测得各测站与初始点、测量点二者长度之差，记为长度增量dl pk ；最后，各测站与初始点的距离与长度增量dl pk 之和即为各测站与目标点的实际距离；所述N大于10。
进一步地，所述步骤S3中各测站的测距不确定度根据激光跟踪干涉仪自身的测量不确定度、环境补偿不全所引入的不确定度进行计算。
进一步地，所述步骤S4中多边坐标测量系统的不确定度系数通过坐标系中X、Y、Z三轴对应的三个不确定度分量u x 、u y 、u z 以及反射镜光学中心偏移引入的不确定度u b 四个参数分别平方后求和再开根号。
本实施例所述的不确定度评价方法，首先，通过测站构建坐标系，并获得各测站在坐标系中的坐标；接着，以反射镜的光学中心作为被测点，将反射镜从初始点分别移动到N个不同位置的控制点，通过各测站对应的激光跟踪干涉仪获取测站到初始点及N个控制点的相对长度；然后，按照激光跟踪干涉仪自身的测量不确定度、环境补偿不全所引入的不确定度，计算各测站的测距不确定度和反射镜光学中心偏移引入的不确定度；最后，由各测站在坐标系中的坐标、各测站的测距不确定度和反射镜光学中心偏移引入的不确定度计算多边坐标测量系统的不确定度。
实施例3：
本实施例基于实施例1或实施例2，提供一种具体使用场景。
本实施例采用的多边坐标测量系统由4台激光跟踪干涉仪及猫眼逆反射镜组成，大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法包括以下操作：
首先，将4激光跟踪干涉仪分别固定于不同的4个位置，并按任意顺序将激光跟踪干涉仪设为测站A、B、C、D；
其次，建立测站坐标系，设测站A的测量中心为坐标系原点，由测站A的测量中心指向B的方向为X轴的正方向；设测站C的测量中心位于XOY平面上，A、B、C、D的坐标分别为：(0，0，0)、(x B ，0，0)、(x C ，y C ，0)、(x D ，y D ，z D )；
然后，使多边坐标测量系统的激光跟踪干涉仪跟踪猫眼逆反射镜，将猫眼逆反射镜放置待测量位置，多边坐标测量系统的输出为测站坐标系下某个位置的空间坐标x、y、z，按照以下误差传递公式来评估x、y、z标准不确定度u x 、u y 、u z ：
（1）
（2）
（3）
最后，多边坐标测量系统的不确定度系数u G 计算方法如式（4）所示：
（4）
式（1）、式（2）、式（3）中所用到的参数有：x B 、x C 、y C 、u A 、u B 、u C 、l PA 、l PB 、l PC 共9个独立参数。
其中：x B 为测站B的X轴坐标值，x C 为测站C的X轴坐标值，y C 为测站C的Y轴坐标值；u A 、u B 、u C 分别为测站A、测站B、测站C的测距不确定度；l PA 、l PB 、l PC 分别为测站A、测站B、测站C到猫眼逆反射镜光学中心的长度；u b 为猫眼逆反射镜光学中心偏移引入的不确定度。
在另一具体实施方式中，提供了本实施例中不确定度评估公式推导过程。
现有3台激光跟踪干涉仪：测站A、测站B、测站C；并按照实施例2的步骤S1建立测站坐标系，如图1所示，其中P为目标点，即猫眼逆反射镜在被测位置时猫眼逆反射镜光学中心的坐标。
若已知x B 、x C 、y C ，根据多边坐标测量原理，被测位置对应目标点P的坐标x、y、z的求解公式如下：
（5）
（6）
（7）
式（7）中“±”号可按测量要求取正负。
函数随机误差合成方法如下：设被测量Y的估计值y由n个相互独立的测量值x 1 ，x 2 ，…，x n 的函数求得，即：y=f（x 1 ，x 2 ， …，x n ）；y的函数随机误差合成为u G 的计算公式为：
（8）
其中，δ x1 ，δ x2 ，…，δ xn 分别为测量值x 1 ，x 2 ， …，x n 的误差，为函数f对变量x i 的偏微分。
式（8）、式（5）、式（7）中的x、y、z分别与独立的测量值l PA 、l PB 、l PC 成函数关系，以下根据多边法测量结果中x、y、z方向的坐标误差极限δ x 、δ y 、δ z 来表征不确定度u x 、u y 、u z ：
（9）
（10）
（11）
其中：δ A 、δ B 、δ C 分别为测站A、测站B、测站C的激光测距误差。
（12）
（13）
（14）
通过极限误差来表征不确定度，则有式（12）、式（13）、式（14）。
在另一具体实施方式中，提供了所用到x B 、x C 、y C 、l PA 、l PB 、l PC 、x、y、z、u A 、u B 、u C 共各个独立参数的测量计算方法。
一、获取x B 、x C 、y C 。
x B 、x C 、y C 是测站B的X轴坐标值、测站C的X轴坐标值、测站C的Y轴坐标值，直接读取即可。
二、获取l PA 、l PB 、l PC 。
激光跟踪干涉仪直接得到的测量值是相对距离，一般按以下方式来表示：定义一个初始点P0，设l A0 、l B0 、l C0 、l D0 分别为测站A、测站B、测站C、测站D至初始点P0的距离。当某测站k跟踪猫眼逆反射镜从初始点P0移动到测量点P时，可测得测站k分别与P0、P连线之间的长度之差dl Pk ；k=A，B，C，D。dl Pk 本质就是增量，所以dl Pk 与l k0 的和为测站k到测量点P的距离。
所以l PA 、l PB 、l PC 及l PD 一般表示为：
（15）
其中，dl Pk 是激光跟踪干涉仪直接测量值。
三、获取目标点P的坐标x、y、z。
计算被测位置坐标的推导过程中需额外引入测站D到目标点的距离l PD 及坐标x D 、y D 、z D ，但实际计算时仅需使用到x B 、x C 、y C 、l PA 、l PB 、l PC 6个参数即可计算被测位置坐标。具体地，将获得的x B 、x C 、y C 、l PA 、l PB 、l PC 6个参数带入式（5）、式（6）、式（7），获得目标点P的坐标x、y、z。
四、解算控制点最小值。
需要说明的是，x B 、x C 、y C 、x D 、y D 、z D 、l A0 、l B0 、l C0 、l D0 需要通过冗余信息构建方程，再进行解算；解算方法如下。
（1）将4台激光跟踪干涉仪跟踪同一猫眼逆反射镜，并将猫眼反射镜放置到P 0进行测量，并将猫眼反射镜分别移动至相对分散的N个位置、测得N个控制点相对于初始点的相对长度，其中N不小于20，第i个控制点对应的方程如下：
（16）
其中，f i 为第i个控制点到测站D距离的估算值与测量值的差。
x i 、y i 分别为第i个控制点的X轴、Y轴坐标，且x i =，y i =；δ为（x B ，x C ，y C ，x D ，y D ，z D ，l A0 ，l B0 ，l C0 ，l D0 ）。
（2）通过卷尺等长度测量器具测量4台激光跟踪干涉仪的位置间距以及4台激光跟踪干涉仪分别到初始点P0的距离从而获得待求参数的迭代初始值。
（3）通过Matlab软件，将N个控制点的方程的平方和最小化进行求解，令：
（17）
函数的极小点就是的解，即：
（18）
为求由多元函数取极值的必要条件，令的梯度函数，即：
（19）
其中，，记为J（δ）。
δ有解时，N至少大于10，即控制点的数量需大于10。
五、获取u A 、u B 、u C 。
测站A对应的测长不确定度u A 、测站B对应的测长不确定度u B 以及测站C对应的测长不确定度u C 均可以按以下方法进行评估。用测站k表示测站A、测站B、测站C中任意一个测站。
（1）本发明采用Etalon的激光跟踪干涉仪，正态分布95%置信区间，测距不确定度U=0.2μm + 0.3μm/m，激光跟踪干涉仪测距的标准不确定度为：
（20）
（2）由于温度、湿度及气压等随机变化的环境因素引起的空气折射率变化，从而造成激光跟踪干涉仪测距误差。按照空气温度梯度为0.5℃/m，环境补偿不全所引入的标准不确定度：
（21）
（3）测距的标准不确定度合成：
（22）
其中，l为测站到被测点的距离，单位：m。
六、获取u b 。
本实施例中采用猫眼逆反射镜的光学中心误差为±4μm，假设服从均匀分布，猫眼逆反射镜光学中心偏移引入的标准不确定度计算公式如下：
（23）
已知猫眼逆反射镜的光学中心误差的情况下，u b 可以直接解算。
将获得的获取各测站的测长不确定度u A 、u B 、u C 以及猫眼逆反射镜光学中心偏移引入的标准不确定度u b ，即可获得多边坐标测量系统的不确定度系数u G 。
实施例4：
本实施例在实施例3的基础上，提供一种验证方法。
本实施例通过估算坐标误差极限以作为本发明的验算复核方法，具体方法以下进行说明及解释。
设目标点P分别与测站A、测站B、测站C的理论距离为l PA 、l PB 、l PC ，并设距离测量值分别为l PA +δl PAi 、l PB +δl PBi 、l PC +δl PCi ，其中δl PAi 、δl PBi 、δl PCi 为各测站对P点激光测距的误差；i=1，2，…，n。
设目标点P在测站坐标系下的理论坐标为x 0 、y 0 、z 0 ，实际测量值为x i 、y i 、z i 。
设空间坐标理论值x 0 、y 0 、z 0 分别关于激光测距理论值的函数关系为：
（24）
其中l=(l PA ，l PB ，l PC )T。
设空间坐标测量值x i 、y i 、z i 分别关于激光测距理论值的函数关系为：
（25）
其中δl=(δl PAi ，δl PBi ，δl Pci ）T。
令(δl PAi ，δl PBi ，δl Pci ）分别取表1中的值，然后计算核验值M核验。
M核验=((x 0 -x i )2+(y 0 -y i )2+(z 0 -z i )2)0.5，不考虑u b 的前提下，计算结果中的最大值约等于不确定度u G 。由于u G 是根据误差极限来计算的，所以u G 大于M核验，但不超出1μm，即0.001mm。
表1 测距误差取值
具体参数举例说明。
步骤a. 先按照本发明的方法对某点坐标的不确定度估算。
设测站A、B、C以及被测点P的坐标值见表2。
表2 A、B、C以及被测点P的坐标值 (mm)
然后可求得目标点P分别至测站A、B、C的理论距离值l PA 、l PB 、l PC 见表3。
表3 P分别至A、B、C的理论距离值(mm)
根据激光干涉测距的不确定度U=0.1μm + 0.15μm/m，有u A 、u B 、u C ，见表4。
表4 3测站对P点的测距不确定度(mm)
根据实施例3中式（1）、式（2）、式（3），进而估算出u x 、u y 、u z ，见表5。
表5 x、y、z方向的不确定度
不计入u b 时坐标不确定度u G 估算为：。
步骤b. 然后根据前文的验核方法进行验核。
首先计算x 0 、y 0 、z 0 以及x i 、y i 、z i 。
（26）
计算得到(x 0 ，y 0 ，z 0 )=(2000mm，4000mm，2000mm)。
按照表1设置的测距误差见表6：
表6 模拟测距误差值组合(mm)
然后计算x i 、y i 、z i 。
令：
（27）
（28）
最后按照表7中测距误差组合计算核验值M核验=((x 0 -x i )2+ (y 0 -y i )2+(z 0 -z i )2)0.5。
表7 中测距误差组合计算核验值(mm)
M核验最大值0.0059mm与步骤a.中计算的不确定度估算值u G =0.0061mm仅相差0.0002mm低于0.001mm，即1μm。
本实施例中所述验证方法的理由说明如下：
因为x 0 -x i ，y 0 -y i ，z 0 -z i 有以下关系：
（29）
令δx=x 0 -x i ，δy=y 0 -y i ，δz=z 0 -z i ，并且令δ(x)=(δx， δy ，δz)，则有：
（30）
根据一阶泰勒展开公式，有：
（31）
（32）
其中，。
对式（32）取2范数，有：
（33）
根据2范数的相容性这一特点，有不等式：
（34）
即有：
（35）
即P的理论坐标与测量坐标点的间距所表征的误差最大不超出。其中M测站位置和测量点相对测站的位置确定了；而取最大值(即测距不确定度数值u A 、u B 、u C )时可估算出坐标误差的最大值，可逼近极限误差。
实施例5：
本实施例在上述实施例1-实施例3任一项的基础上，提出一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价系统，包括误差传递模型，用于在上述的方法中实现获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量的作用。
实施例6：
本发明还提供了一种电子设备，包括存储器和处理器；所述存储器上存储有计算机程序；当所述计算机程序在所述处理器上执行时，实现上述的不确定度评价方法。
实施例7：
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令；当所述计算机指令在上述的电子设备上执行时，实现上述的不确定度评价方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法，对由4个台激光跟踪干涉仪及一个反射镜组成的大尺寸多边坐标测量系统进行不确定度评价，一台激光跟踪干涉仪作为一个测站，用于构建三维的坐标系；其特征在于：所述方法将获取的目标点坐标输入误差传递模型获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量，再结合反射镜光学中心偏移引入的不确定度，计算多边坐标测量系统的不确定度系数，进行不确定度评价；
所述方法包括以下步骤：
步骤S1、建立坐标系；
具体是指，先通过四个测站建立三维的坐标系，并记录在该坐标系中各测站的坐标；
步骤S2、获取目标点坐标；
具体是指，使用各测站对应的激光跟踪干涉仪跟踪反射镜，将反射镜移动到目标位置，多边坐标测量系统输出的空间坐标，即为目标点坐标；
步骤S3、获取三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量；
具体是指，将目标点坐标输入误差传递模型，计算得到三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量；
步骤S4、根据三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量、反射镜光学中心偏移引入的不确定度计算多边坐标测量系统的不确定度系数；
所述步骤S3中误差传递模型根据各测站的坐标、各测站与目标点的实际距离、各测站的测距不确定度计算三个坐标值对应的三个坐标不确定度分量；
所述步骤S3中各测站与目标点的实际距离通过以下方法获得：先获取反射镜在初始点时各测站与初始点之间的距离；然后，移动反射镜到N个离散的不同的测量点，各测站跟踪反光镜从初始点移动到测量点，并测得各测站与初始点、测量点二者长度之差，记为长度增量dl pk ；最后，各测站与初始点的距离与长度增量dl pk 之和即为各测站与目标点的实际距离；所述N大于10。
2.根据权利要求1所述的一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法，其特征在于，所述步骤S3中各测站的测距不确定度根据激光跟踪干涉仪自身的测量不确定度、环境补偿不全所引入的不确定度进行计算。
3.根据权利要求1所述的一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法，其特征在于，所述步骤S4中多边坐标测量系统的不确定度系数通过坐标系中X、Y、Z三轴对应的三个不确定度分量u x 、u y 、u z 以及反射镜光学中心偏移引入的不确定度u b 四个参数分别平方后求和再开根号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法，其特征在于，所述反射镜为猫眼逆反射镜。
5.一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价系统，其特征在于，包括误差传递模型，用于在如权利要求1-4任一项所述的方法中实现获得坐标值对应的三个坐标不确定度分量的作用。
6.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器；所述存储器上存储有计算机程序；当所述计算机程序在所述处理器上执行时，实现如权利要求1-4任一项所述的不确定度评价方法。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令；当所述计算机指令在如权利要求6所述的电子设备上执行时，实现如权利要求1-4任一项所述的不确定度评价方法。
CN202410079102.0A 2024-01-19 2024-01-19 一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质 Active CN118009878B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410079102.0A CN118009878B (zh) 2024-01-19 2024-01-19 一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202410079102.0A CN118009878B (zh) 2024-01-19 2024-01-19 一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN118009878A CN118009878A (zh) 2024-05-10
CN118009878B true CN118009878B (zh) 2025-09-09

Family

ID=90955112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202410079102.0A Active CN118009878B (zh) 2024-01-19 2024-01-19 一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN118009878B (zh)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374317A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 北京工业大学 一种基于激光跟踪仪多点测量技术的机床误差标定方法
CN108180831A (zh) * 2017-12-30 2018-06-19 北京工业大学 基于lt多站位测量的cmm坐标误差修正系统不确定度分析方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4884889A (en) * 1987-11-19 1989-12-05 Brown & Sharpe Manufacturing Company Calibration system for coordinate measuring machine

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104374317A (zh) * 2014-11-06 2015-02-25 北京工业大学 一种基于激光跟踪仪多点测量技术的机床误差标定方法
CN108180831A (zh) * 2017-12-30 2018-06-19 北京工业大学 基于lt多站位测量的cmm坐标误差修正系统不确定度分析方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN118009878A (zh) 2024-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wendt et al. Measuring large 3D structures using four portable tracking laser interferometers
Santolaria et al. Articulated arm coordinate measuring machine calibration by laser tracker multilateration
CN106052556B (zh) 一种三坐标测量机空域坐标修正方法
Chao et al. Calibration of laser beam direction for optical coordinate measuring system
CN114239170B (zh) 一种飞机装配的误差补偿方法
CN102200429B (zh) 基于激光跟踪复合式测量的数控机床精度检测方法
CN111238454A (zh) 一种空间三维坐标测量仪系统及其三维控制网测量方法
Zha et al. Volumetric error compensation of machine tool using laser tracer and machining verification
CN109304730A (zh) 一种基于激光测距仪的机器人运动学参数标定方法
CN113587819A (zh) 一种基于三路激光跟踪的大尺度空间位姿动态测量方法与测量精度验证方法
Chen et al. Uncertainty modeling of the spatial coordinate error correction system of the CMM based on laser tracer multi-station measurement
Chen et al. LASSO based compensation method for geometric errors of large coordinate measuring machine
Brosed et al. Calibration and uncertainty budget analysis of a high precision telescopic instrument for simultaneous laser multilateration
Lu et al. Accurate construction method of sensor measurement network system for in-situ manufacturing of large aerospace component
Zha et al. Geometric error identification of gantry-type CNC machine tool based on multi-station synchronization laser tracers
Mussatayev et al. Thermal influences as an uncertainty contributor of the coordinate measuring machine (CMM)
CN114485392A (zh) 基于激光跟踪仪的航天器大尺寸机械基准建立方法和系统
CN116021341B (zh) 激光跟踪干涉仪测量场在机床坐标系中自标定方法及系统
CN118009878B (zh) 一种大尺寸多边坐标测量系统的不确定度评价方法、系统、设备及介质
Šafarič et al. Measurement setup and procedure for precise step gauge calibration
Ma et al. Accuracy improvement of laser tracker registration based on enhanced reference system points weighting self-calibration and thermal compensation
CN112050731B (zh) 基于大型虚拟计量器的测量数据配准精度评价方法
CN114034244B (zh) 一种基于Makima算法获得CMM测量范围内任意点几何误差的方法
Linares et al. Effects of number of digits in large-scale multilateration
CN115493616B (zh) 一种激光跟踪姿态角现场精度的评定方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant