海洋工程装备制造现场大尺寸组网测量研究

陆军 邓达纮 张静波

摘    要：近年来，我国的海洋工程装备制造越来越多。为了满足海洋工程高端装备制造与装配过程中对宏观测量大尺寸和局部细节高精度的双重要求，提出了一种构建全局控制网络并优化转站测量海洋工程精度的方法，分析其影响转站精度的因子。试验证明，实测结果与仿真数据具有较好的一致性。

关键词：海洋工程;制造精度;组网测量;坐标转换

中图分类号：U671.4                              文献标识码：A

Abstract： In recent years， more and more offshore engineering equipment are manufactured in China. In order to satisfy the double requirements of macro measurement of large size and high precision of local details in the manufacturing and assembling process of high-end marine engineering equipment， a method of constructing global control network and optimizing the accuracy of transfer station measurement in offshore engineering is proposed， and the factors affecting the accuracy of transfer station are analyzed. Experimental results show that the measured results are in good agreement with the simulated data.

Key words： ocean engineering; manufacturing accuracy; networking measurement; coordinate transformation

1    引言

海洋工程高端裝备具有装置庞大、结构复杂、精度要求高、原位制造装配和调整量大等特点，在制造、测量过程中存在着劳动强度大、重复调整周期长等问题，需现场对制造设备进行实时监测，并与CAD理想模型进行比较与修正。

本文研究现场原位测量的控制技术与装置，利用激光跟踪仪测量布控在测量空间的全局控制点，建立稳定的全局坐标系控制网络，实现长周期、大范围空间内多坐标系的统一，解决多坐标系基准变换引起的误差累积，实现统一基准制造、测量。

利用激光跟踪仪构建全局控制网络，从本质上讲就是全局控制点的点位匹配问题，即利用不同测站对于全局控制点的测量与演算，确定测站之间的定向关系，实现不同坐标系的转换。

2    激光跟踪仪测量系统特点

激光跟踪仪测量系统有3个显著的优点：（1）测量原理符合阿贝原则;（2）以激光的波长作为测量的参考，分辨力和测量精度高;（3）结合不同的终端装置，可以完成不同种类的测量任务。

3    全局控制网的建立

激光跟踪仪以其测量范围大、便捷性高、动态测量、较高精度等优点，是目前构建全局控制网络的最有效手段。全局控制网络的构建过程一般如下：（1）首先设置激光跟踪仪测量网络的全局控制点，对于全局控制点的布设一般要求多于6个，其分布应该均匀以充满整个测量空间;（2）随后将跟踪仪放置于每一个测站，依次测量全局控制点;（3）最后根据跟踪仪在每个测站下对全局控制点的测量数据，通过相应的配置算法求得各个测站在全局坐标系下的转站参数，最终会在测量空间构成一个空间三维控制网络。

4    误差分析

为了分析转站参数精度的影响因子，可以建立数学模型，对比转站后的全局控制点的坐标与其在全局坐标系下的坐标，以两个坐标再次转站的形式，使用转站参数作为评价，以总体最小二乘法的形式分析转站参数，得出其影响因子。

由上式可知，任意一点P的转站精度在空间分布为二次曲面。由于式中a4、a5、a6相对较小，a1、a2、a3恒为正，因此该二次曲面接近椭球的标准型，通过无约束最优化的方法可以求得最小值。

5    结语

综上所述，本文研究了激光跟踪仪测量规律，建立相应的简单数学模型，并以此估算激光跟踪仪在测量不同位置时的不确定度，并将实验数据与仿真数据对比，发现二者具有较好的一致性。为了更好的优化转站精度，还需要对激光跟踪仪建立更复杂和全面的数学模型，以加入外部环境的影响。

参考文献

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