大尺寸测量关键技术研究

李晶，宋暖，李君，王兆欣，和思铭

摘 要：在现代工业领域，基于空间坐标体系的大尺寸测量的应用范围越来越广泛，国内外对于大尺寸测量的技术也越来越紧迫，激光跟踪技术因为其测量精度高、测量范围广以及方便携带等优势，成为了大尺寸测量当中的先进技术，文章主要基于激光跟踪技术，研究大尺寸测量关键技术。

关键词：大尺寸测量；激光跟踪；关键技术

中图分类号：TG316.193 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）06-0046-03

Abstract： In the field of modern industry， the application of large-scale measurement based on spatial coordinate system is more and more extensive， and the technology of large-scale measurement is becoming more and more urgent at home and abroad. Laser tracking technology has become an advanced technology in large scale measurement because of its high measurement accuracy， wide measurement range and easy to carry， etc. This paper is mainly based on laser tracking technology， and the key technology of large scale measurement is studied.

Keywords： large scale measurement； laser tracking； key technology

1 大尺寸测量系统设计方案设计

1.1 大尺寸测量任务描述

本文重点选取的是某个航天公司所属的某个型号中的一种航天产品当作是测量目标，实施大尺寸物件测量。此航天产品相关的测量组织结构如图1所示。为确保此航天产品所属的整体性属性，针对如下图1里面的四个部件成分的需求具备很高的装配精度，所以需此物件全体进行组装期间运用大尺寸的测量高精度仪器技术进而完成，而本文将重点运用激光跟踪仪实行物件测量。

本文探究的某个航天公司所属的航天产品具体的装配精度测量重点包含有四组零件部分，这里面部组件1与2重点便是装配于此大型产品它的顶部图上所实际代表的区域，部组件3重点是综合于接法兰装配于特别指定的位置，部组件4关键装配于图上所代表的第4个位置。

综合图1进行解析得到本文应该实现的大尺寸相关测量的必须任务是，在对大尺寸实行测量以前，先要综合激光跟踪仪，创建出一个用此产品下端面当作是基准面形式的空间坐标系统，测量这个航天产品对应的1到4组部件的外面形态，而且实行相类比解决，获得其对应的数据信息，得到1到4部组件关于基准坐标所在角度以及误差。思考到航天设备在其生产制作方面均触及到部分设计机密。所以，关于本文所选取的航天产品的安装机体精度标准不可以进行全部公开，为便于人员能够理解，重点把安装精度分成是角度精度以及坐标精度。

为了充分满足生产航天设备现实中的条件，在对其精度进行检测以前，先要对其整体性测试时期实行分类，分成是两个时期，首先便是实现此产品对应的第3个部组件的安装精度检测，接着再实现其余第1、2、4此三个部组件相应的组件安装精度检测。通过这种方式获得此型号航天产品所属的安装精度加侧重点包含有下面这些工作：

首先，运用激光跟踪技术，实现测量某个型号相关航天产品所属的整体设计内容，详细的方法便是把坐标系转换成为测量精度特别高的指标仪器用于某个型号航天物件安装精度检测过程中。与此同时，经过运用SA应用软件里面的USMN转站运算来针对某个型号航天物件安装精度检测转站的坐标系实行转换以及对应匹配，保证提升激光跟踪仪转站检测所对的精确度。在这个根基方面，对特别的几何形状特征等应该检测到零件设计出特殊性质的检测工具，进而利用科学的检测方法，进而提升某个型号航天物件安装精度测量的精确度。

然后，重点针对需要测量的组部件形状实行调节，进而调节对应的高精度测量组部件的方位以及角度。

最后，依据某个型号航天物件定制完成安装测量步骤，实行某个型号航天物件安装测量的详细实施措施，而且定制其相应的某个型号航天物件定制好的安装测量数据信息处置以及具体流程提示等有关性能的专用类型测量应用软件。

1.2 测量系统硬件设计

依据大尺寸测量具体指标的概述，针对大尺寸测量体系的硬件措施实行相关设计。某个型号所属的航天设备产品大尺寸测量体系全部的硬件设备设施重点包含有辅助测量工装与形态调节设备等。辅助测量工装与形态调节设备等此类硬件设备达成通过激光跟踪技术实行部分不可曝光的位置的搜集工作，针对组部件的形态实行相对应的调节，进而完成组部件1与2比较精确的位置调节，还运用标准器，确切保证测量体系公共点方面的测量，提升完整性的激光跟踪仪所属的精度。下面重点对这些对部分实行较为具体的设计：

（1）辅佐测量工装

輔佐测量工装重点便是针对某个型号所属的航天设备产品不能曝光位置实行采点测量，详细点便包含有标准器、靶座、镁铝平尺、盲点辅佐测量任务、1.5英寸角锥靶球、可升降以及移动的追踪测量仪器支架。

在针对某个型号所属的航天设备产品安装实行精度测量期间，尚待测量的设备其高度较为显著的高于跟踪测量仪对应的盯梢头，不可以直接实现针对尚待测量的设备进行测量。所以，应该针对激光跟踪测量仪器所属的高度实行一定的调节。而且，跟踪测量仪本身的重量便达到20kg，使得跟踪测量仪在测量过程中稳定性无法充足保证，这便应该针对支持架实施专业化设计，保障跟踪测量仪所属的工作强度以及持续稳定性。结合航天设备产品安装精度测量的需求，运用Brunson公司研发的230-0类型能升降与移动支架进行结合234类型300mm的可伸缩套筒，可以保证跟踪测量仪本身具备安全持续与安稳，将激光跟踪测量仪器所对的盯梢进行提升头，从而实现航天设备产品安装测量。与此同时，230-0类型能升降与移动支架将会和234类型300mm的可伸缩套筒实现相互配套运用，其最低需求高度便是109cm，能把跟踪测量仪器本身下端进行加厚到190cm以上的充裕高度，关于手摇锁紧结构组织操控下可以实现超过170cm的极限高度，而且可以达成和Leica、Faro、API类型跟踪测量仪器本身之间的衔接，充分满足了关于航天设备产品安装测试所需的实验条件。

（2）姿势调整设备

姿势调整设备重点是通过配套衔接、手动角位台、手动机械滑台、固定工装等相应部件进行组合，重点任务便是需要实现针对部组件1以及部组件2两者间位姿的精确度的调节。

在姿势调节设备当中，手动机械滑台通过手不坚定轮、双侧导向轴、锁轴机构、螺旋丝杆、载物途径等进行组成，重点是把调整设备（手动角位台）位移到尚待测量部组件所在的上方位置并固定好，详细实施方案如图2所显示。

因为某个型号的航天设备产品安装直径相当大，通过自主研究设计相关的手动机械滑台可以跨越到某个型号所属的航天设备进行安装。在对其进行实际测量期间，把手动机械滑台进行固化于航天设备产品安装上，保证手动机械滑台所属的整体性长度以及比较有用行程可以充分满足航天设备产品安装测量的条件。在这个前提下，应用手摇摇轮来针对载物途径的角度实行对应调节，使得载物途径更加靠近于尚待调节部组件的正上方，接着扭紧闭轴组织及实行载物途径的固定化。

1.3 测量系统软件设计

关于大尺寸测量体系应用软件相关设计当中，重点便是运用海克斯康公司名下NRK企业所属的Spatial Analyzer（SA），这属于一款相对而言较为高效、低成本、高精度的测量处理方法的计算机应用程序的关于空间物品大尺寸实现测量的软件，存在能溯源的三维立体图像的页面，功能相当充裕，用户较为便捷的实行测量、分析、检查、查询、生成报告等测量波高所需的整体性运作，可以充分满足关于航天设备产品安装大尺寸测量所需的条件。

2 产品精测数据的转站及精度分析

2.1 产品精测数据的转站设计

在实行航天设备产品安装大尺寸测量体系所属的硬件测试以及软件测试以后，应该关于航天设备产品安装精确度测试数据信息的转站实行解析，自动进行实现转站与一键进行拟合空间几何以及处理数据信息。经过深层次解析航天设备参评安装大尺寸测量体系精确度检测数据信息转换的详细流程，来针对鉴于标准器转站所属的某个型航天产品精确度检测实行对应的分析，可以较好的诠释并提升激光跟踪仪器转站精度此指标。

经过鉴于激光跟踪科学技术有关大尺寸测量重点技术来针对航天设备产品安装部组件1、2、4实行相应的精测，利用查看激光跟踪仪所属的激光射线能比较显著的了解到，各个测站相应的测量数据信息均是对应于此测站激光跟踪仪所属的测量空间坐标系来说的。而利用产品精测数据信息的转站便能够把全部的测站所对的测量数据信息分别配对于整体形式的坐标系中，以至于能实行后面的空间几何拟合工作与数据信息详细处理，得到部组件对比于基准坐标系所在角度以及坐标对应的偏斜量。

在航天设备产品安装精测数据信息的转站有关设计体系期间，先是要把站位所在的测量数据信息经过USMN转站抵达站位对应坐标系当中。检测仪器的站位会经过最优拟合实现相互定位，接着它们所在的方位便运用一台仪器不肯定度模型实施最佳化。接着，不确定度场解析利用仪器不肯定度所属特征进而轻微扰乱遵循现实里面高斯散布的测量数据信息。经过不确定度场解析，能得到并了解所测量位置的成分与其不肯定度量级对应的质量。在最后，通过航天设备产品安装的基本属性位置创建基准空间坐标系且设定成是目前的坐标系，运用部组件所属的测量位置创建部件空间坐标系或是推行线轴，从而获得部组件关于基准空间坐标系里面方向以及坐标对应的偏斜量。

2.2 产品精测数据精度分析

通过上述的方法来针对某一个型号所属的航天设备产品相关大尺寸测量精度实行相应的测量，针对部组件4来说，没有运用标准器进行转站，角度偏斜量和检测最终结果其最大偏差值为6.74′，坐标偏斜量和检定最终结果其最大偏差数值为0.84mm。而通过标准器转站进行运算能获得角度偏斜量对应的检测最终结果其最大偏差角度于6.68′范畴里面，坐标偏斜量对比于检测最终结果其最大偏差数值在0.76mm范畴里面，重复性差值便是于0.2mm范围内，实现了相关技术指标的条件，转站精确度更加优越于不运用标准器所处的情况。

总而言之，于某个型航天设备产品整体性安装精测期间运用产品高精度检测数据信息的转站设计，对比于不运用标准器实施转站的状况，运用选取得出特殊点“合格”的测量信息数据，保障了空间坐标各个测量点所处的测量实际精度，保证了激光跟踪仪所对的转站精确度，在最后得到了每一个部组件相对满意的高精度检测结果。

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