專利名稱：室內(nèi)測量定位系統(tǒng)單發(fā)射站位姿參數(shù)在線修正方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于工業(yè)現(xiàn)場大尺寸三維坐標(biāo)測量方法，特別涉及一種采用光信號(hào)接收器的工作空間測量定位系統(tǒng)發(fā)射站位姿參數(shù)在線修正方法，即室內(nèi)測量定位系統(tǒng)單發(fā)射站位姿參數(shù)在線修正方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所涉及的方法是基于論文《掃描平面激光空間定位系統(tǒng)測量網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建》 中所述的工作空間測量定位系統(tǒng)(WMPS Workspace Measurement Positioning System), 該系統(tǒng)為針對大型制造業(yè)測量需求及全局測量控制網(wǎng)的特點(diǎn)發(fā)展一種新的多站網(wǎng)絡(luò)式室內(nèi)測量定位系統(tǒng)。WMPS系統(tǒng)借鑒全球定位系統(tǒng)的思想，使用多個(gè)激光發(fā)射裝置(發(fā)射站) 組成測量網(wǎng)絡(luò)，采用基于光電掃描的空間角度交會(huì)自動(dòng)測量方法對單個(gè)接收器進(jìn)行定位， 發(fā)射站在工作時(shí)不負(fù)責(zé)解算接收器坐標(biāo)，而是通過向外發(fā)射帶有角度信息的光信號(hào)，為測量空間內(nèi)的光電接收器提供定位服務(wù)。激光發(fā)射站結(jié)構(gòu)如圖2所示，發(fā)射站工作時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)繞固定軸勻速旋轉(zhuǎn)并向外發(fā)射兩束隨轉(zhuǎn)臺(tái)一同旋轉(zhuǎn)的平面激光，同時(shí)每當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)至一個(gè)預(yù)定位置時(shí)基座上的激光器發(fā)出全向光脈沖作為單周旋轉(zhuǎn)起點(diǎn)的同步標(biāo)記。接收器接收到同步標(biāo)記光信號(hào)及掃描平面光信號(hào)并通過內(nèi)部計(jì)時(shí)器記錄此時(shí)時(shí)間值，解算轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)過角度。處理電路在獲得發(fā)射站角度信息后通過無線網(wǎng)絡(luò)將角度值發(fā)送給解算工作站。在已知發(fā)射站方位信息后，只要有兩個(gè)以上基站的角度測量值，解算工作站便可以使用角度交匯方法計(jì)算出此時(shí)接收器的精確坐標(biāo)。實(shí)現(xiàn)WMPS測量網(wǎng)絡(luò)的前提之一即保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)射站空間位姿(坐標(biāo)及方向角) 穩(wěn)定不變。工業(yè)現(xiàn)場使用時(shí)雖然發(fā)射站一般安裝在穩(wěn)定地基或墻壁側(cè)立面上，但是由于現(xiàn)場工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，大型裝配設(shè)備長時(shí)間運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的震動(dòng)和安裝框架受溫度影響產(chǎn)生的變形將不可避免的影響某些發(fā)射站位姿，使發(fā)射站位置及姿態(tài)角發(fā)生微量偏移，引起測量精度降低。在現(xiàn)有方法中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中某測量區(qū)域內(nèi)一臺(tái)發(fā)射站位姿偏移時(shí)，則需要停止該區(qū)域測量任務(wù)并對該發(fā)射站及其鄰近發(fā)射站進(jìn)行局部重新定向，然后將局部位姿參數(shù)通過坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換方法轉(zhuǎn)換到全局測量坐標(biāo)系下修正發(fā)射站位姿偏差。采用局部定向方法在應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場時(shí)一方面將引起測量工作局部中斷浪費(fèi)生產(chǎn)時(shí)間降低測量效率，另一方面定向后的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換過程也會(huì)引入轉(zhuǎn)換誤差影響修正后的測量效果。因此，研究實(shí)時(shí)單發(fā)射站位姿的實(shí)時(shí)在線修正技術(shù)對提高WMPS系統(tǒng)測量效率及測量精度具有重要價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提高測量效率，降低測量誤差，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，室內(nèi)測量定位系統(tǒng)單發(fā)射站位姿參數(shù)在線修正方法包括下列步驟1、在工作空間內(nèi)布置好發(fā)射站，完成發(fā)射站定向過程，記錄發(fā)射站定向結(jié)果既每個(gè)發(fā)射站位姿參數(shù)；2、在工作空間內(nèi)安裝4個(gè)以上用于修正發(fā)射站位姿的接收器，并使每個(gè)接收器可接收到該測量區(qū)域內(nèi)的所有發(fā)射站信息，用于安裝接收器的支架由溫度系數(shù)較小的殷鋼 或陶瓷材料制成并固連在エ位地基上；3、采用已完成定向的發(fā)射站或已將坐標(biāo)系統(tǒng)一到測量坐標(biāo)系下的激光跟蹤儀等 高精度輔助定向設(shè)備測量每個(gè)用于位姿修正的接收器的坐標(biāo)值，并將測量結(jié)果保存在上位 機(jī)中作為基準(zhǔn)值；4、當(dāng)測量區(qū)域內(nèi)某一發(fā)射站位姿發(fā)生改變影響測量精度時(shí)，采用位姿修正用接收 器接收器該發(fā)射站所發(fā)出的光信號(hào)，構(gòu)建形如(7)式的方程組，通過發(fā)射站光平面與接收 器幾何約束關(guān)系解算發(fā)射站旋轉(zhuǎn)四元數(shù)修正量Sqran及坐標(biāo)修正量SPTxen，
權(quán)利要求
1. 一種室內(nèi)測量定位系統(tǒng)單發(fā)射站位姿參數(shù)在線修正方法，其特征是，包括如下步驟1)、在工作空間內(nèi)布置好發(fā)射站，完成發(fā)射站定向過程，記錄發(fā)射站定向結(jié)果既每個(gè)發(fā)射站位姿參數(shù)；2)、在工作空間內(nèi)安裝4個(gè)以上用于修正發(fā)射站位姿的接收器，并使每個(gè)接收器可接收到該測量區(qū)域內(nèi)的所有發(fā)射站信息，用于安裝接收器的支架由溫度系數(shù)較小的殷鋼或陶瓷材料制成并固連在工位地基上；3)、采用已完成定向的發(fā)射站或已將坐標(biāo)系統(tǒng)一到測量坐標(biāo)系下的激光跟蹤儀等高精度輔助定向設(shè)備測量每個(gè)用于位姿修正的接收器的坐標(biāo)值，并將測量結(jié)果保存在上位機(jī)中作為基準(zhǔn)值；4)、當(dāng)測量區(qū)域內(nèi)某一發(fā)射站位姿發(fā)生改變影響測量精度時(shí)，采用位姿修正用接收器接收器該發(fā)射站所發(fā)出的光信號(hào)，構(gòu)建形如(7)式的方程組，通過發(fā)射站光平面與接收器幾何約束關(guān)系解算發(fā)射站旋轉(zhuǎn)四元數(shù)修正量SqTxen及坐標(biāo)修正量δΡτχ(;η，其中R'Txe求得，q' ^及…TX(；為原始值加修正量形式，此時(shí)有Sqran及SPran 7個(gè)修正量待求，發(fā)射站光平面參數(shù)(a' ffl b' ffl c' ffl d' m)在出廠時(shí)經(jīng)標(biāo)定得到， 轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度θ” θ 2可測，如果接收器坐標(biāo)(XKXe yEXG zEXG )已知，則每個(gè)發(fā)射站可構(gòu)造兩個(gè)光平面與接收器的約束關(guān)系方程；5)、采用四元數(shù)修正量Sqran及坐標(biāo)修正量δ Pran與初始定向時(shí)發(fā)射站位姿參數(shù)通過 (5)式及(6)式計(jì)位姿改變后的發(fā)射站新位姿參數(shù)R' ^及…TXG, (5)式及(6)式如下
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征是，所述公式(7)及SqTxen及坐標(biāo)修正量δΡτχ(;η* 下列步驟獲得1)、激光發(fā)射站的數(shù)學(xué)模型被抽象為繞公共轉(zhuǎn)軸上一點(diǎn)的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的非平行半平面及一個(gè)以固定頻率發(fā)射脈沖光的點(diǎn)光源，而接收器可簡化為以靶面光學(xué)中心為中心的質(zhì)點(diǎn)， 組裝完畢后定義發(fā)射站坐標(biāo)系可定義如下，以激光平面1與轉(zhuǎn)軸的交點(diǎn)為激光發(fā)射站原點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)軸為Z軸，X軸為初始時(shí)刻，即轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)至固定位置，發(fā)射站發(fā)射脈沖光時(shí)，激光器1光軸所在位置，Y軸遵循右手定則。出廠前，對發(fā)射站旋轉(zhuǎn)角速度ω進(jìn)行設(shè)定，并標(biāo)定發(fā)射站激光平面在初始位置處的平面ABCD參數(shù)，則發(fā)射站坐標(biāo)系下光平面方程可表示為 a[x + b[y + c[z + J1' = 0
全文摘要
本發(fā)明屬于工業(yè)現(xiàn)場大尺寸三維坐標(biāo)測量方法。為提高測量效率，降低測量誤差，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，室內(nèi)測量定位系統(tǒng)單發(fā)射站位姿參數(shù)在線修正方法包括下列步驟1、在工作空間內(nèi)布置好發(fā)射站；2、在工作空間內(nèi)安裝4個(gè)以上用于修正發(fā)射站位姿的接收器用于安裝接收器的支架由溫度系數(shù)較小的殷鋼或陶瓷材料制成并固連在工位地基上；3、測量每個(gè)用于位姿修正的接收器的坐標(biāo)值，并將測量結(jié)果保存在上位機(jī)中作為基準(zhǔn)值；4、構(gòu)造兩個(gè)光平面與接收器的約束關(guān)系方程；5、采用四元數(shù)修正量δqTXGn及坐標(biāo)修正量δPTXGn與初始定向時(shí)發(fā)射站位姿參數(shù)通過(5)式及(6)式計(jì)位姿改變后的發(fā)射站新位姿參數(shù)R′TXG及P′TXG。本發(fā)明主要應(yīng)用于三維坐標(biāo)測量。
文檔編號(hào)G01B11/00GK102435177SQ201110270930
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者任永杰, 葉聲華, 楊凌輝, 楊學(xué)友, 邾繼貴 申請人:天津大學(xué)