復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一方法及系統(tǒng)，包括：通過經(jīng)緯儀空間點坐標(biāo)的交會測量以建立經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系；建立機(jī)床測量坐標(biāo)系；計算公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)；將經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為機(jī)床測量坐標(biāo)系。本發(fā)明還提供相應(yīng)的系統(tǒng)。本發(fā)明將機(jī)床和經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)坐標(biāo)系組合起來，構(gòu)建融合測量系統(tǒng)，成功的解決了產(chǎn)品裝配階段的測量需求，測量精度和測量性能均較好的滿足了要求；本發(fā)明通過引入高精度基準(zhǔn)球提供公共基準(zhǔn)點，將機(jī)床測量坐標(biāo)系和經(jīng)緯儀坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系下，實現(xiàn)了同一坐標(biāo)系的數(shù)據(jù)解算和處理，經(jīng)過系統(tǒng)誤差改正，其測量精度明顯提高，在特殊條件下具有良好的應(yīng)用。
【專利說明】復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一方法及系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)測量【技術(shù)領(lǐng)域】，具體來說，本發(fā)明涉及一種復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]航空、航天器大尺寸工件的空間坐標(biāo)測量主要采用的測量手段有接觸式和非接觸式兩種。接觸式測量設(shè)備以在線檢測修整設(shè)備或三坐標(biāo)為代表；非接觸式測量則以光學(xué)電子經(jīng)緯儀為代表。但是這兩種測量設(shè)備在各自獨立工作時，由于設(shè)備自身固有功能的限制都存在著某些無法避免的缺點:
[0003](I)接觸式測量方法
[0004]以在線檢測修整設(shè)備(或三坐標(biāo))為代表，優(yōu)點在于測量范圍大、通用性強(qiáng)、可根據(jù)測量結(jié)果實時生成數(shù)控加工程序進(jìn)行工件修正，但存在以下缺點:
[0005]1.由于測頭的位置限制，特殊構(gòu)型的工件型面如孔、洞等無法實施測量；
[0006]2.測量臂受加工軸尺寸限制以及空間結(jié)構(gòu)的機(jī)械干涉，無法實施對桁架內(nèi)部或平臺艙內(nèi)部結(jié)構(gòu)的測量。
[0007](2)非接觸式測量方法
[0008]以光學(xué)電子經(jīng)緯儀為代表，優(yōu)點在于測量精度高、測量方位角度靈活，可對桁架或平臺艙內(nèi)部實施測量，但存在以下缺點:
[0009]1.受經(jīng)緯儀交匯測量原理的限制，被測物測點位置必須粘貼靶標(biāo)或棱鏡；
[0010]2.測空間距離尺寸精度不如在線檢測修正設(shè)備(或三坐標(biāo))；
[0011]3.無法根據(jù)測量結(jié)果實時地對工件加工修正。
[0012]鑒于以上現(xiàn)實問題，必須將目前接觸式和非接觸式測量方法進(jìn)行復(fù)合，最大程度地發(fā)揮各自技術(shù)優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，以獲取被測工件更為全面準(zhǔn)確的精度數(shù)據(jù)，這對于確保今后大尺寸工裝、產(chǎn)品的精度測量具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一方法及系統(tǒng)。
[0014]為了實現(xiàn)復(fù)合測量目的，必須突破電子經(jīng)緯儀交會測量與機(jī)床測量的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一、空間數(shù)據(jù)的解算、復(fù)合測量系統(tǒng)的融合等關(guān)鍵技術(shù)。
[0015]本發(fā)明即涉及用于接觸式和非接觸式測量系統(tǒng)的解算方法，包括機(jī)床測量坐標(biāo)系構(gòu)建、經(jīng)緯儀系統(tǒng)建標(biāo)、3個公共基準(zhǔn)點的引入和轉(zhuǎn)化、空間數(shù)據(jù)傳輸和空間數(shù)據(jù)解算等。
[0016]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是接觸式測量系統(tǒng)(即三坐標(biāo))和非接觸測量系統(tǒng)(gp經(jīng)緯儀)無法滿足同一坐標(biāo)系下點位測量的要求。而本發(fā)明針對該問題提出復(fù)合式精度測量的坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換與統(tǒng)一方法，該方法能夠發(fā)揮各測量系統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢，取長補(bǔ)短，既解決了各獨立坐標(biāo)系下的測量問題，又解決了由于復(fù)合式精度測量帶來的公共坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化的測量問題。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一方法，
[0018]包括如下步驟:
[0019]步驟1:通過經(jīng)緯儀空間點坐標(biāo)的交會測量以建立經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系；
[0020]步驟2:建立機(jī)床測量坐標(biāo)系；
[0021]步驟3:獲取經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系和機(jī)床測量坐標(biāo)系的多個公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)；
[0022]步驟4:利用多個公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)將經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系與機(jī)床測量坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化和統(tǒng)一；
[0023]所述步驟I包括如下步驟:
[0024]步驟1.1:確定經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系，具體為，以經(jīng)緯儀A、經(jīng)緯儀B連線在水平面的投影為X軸，以過經(jīng)緯儀A的中心的垂線反方向為Z軸，以右手法則確定Y軸，由此構(gòu)成經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系；
[0025]步驟1.2:讀出經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B之間互瞄的水平方向觀測值YAB, Yba和垂直方向觀測值αΑΒ，αΒΑ，讀出經(jīng)緯儀A觀測目標(biāo)點P的水平方向觀測值和垂直方向觀測值Yap, α AP以及經(jīng)緯儀B觀測目標(biāo)點P的水平方向觀測值和垂直方向觀測值YBP, a Bp ；
[0026]步驟1.3:計算目標(biāo)點P的三維坐標(biāo)，具體為，設(shè)水平角α、β為
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟1:通過經(jīng)緯儀空間點坐標(biāo)的交會測量以建立經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系； 步驟2:建立機(jī)床測量坐標(biāo)系； 步驟3:獲取經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系和機(jī)床測量坐標(biāo)系的多個公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)； 步驟4:利用多個公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)將經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系與機(jī)床測量坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化和統(tǒng)一； 所述步驟I包括如下步驟: 步驟1.1:確定經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系，具體為，以經(jīng)緯儀A、經(jīng)緯儀B連線在水平面的投影為X軸，以過經(jīng)緯儀A的中心的垂線反方向為Z軸，以右手法則確定Y軸，由此構(gòu)成經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系； 步驟1.2:讀出經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B之間互瞄的水平方向觀測值Y.Yba和垂直方向觀測值aAB，ciBA，讀出經(jīng)緯儀A觀測目標(biāo)點P的水平方向觀測值和垂直方向觀測值gammaΑΡ，αΑρ以及經(jīng)緯儀B觀測目標(biāo)點P的水平方向觀測值和垂直方向觀測值gammaΒΡ，αΒΡ； 步驟1.3:計算目標(biāo)點P的三維坐標(biāo)，具體為，設(shè)水平角α、β為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一方法，其特征在于，所述步驟3包括如下步驟: 步驟3.1:在經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系中計算公共基準(zhǔn)點的經(jīng)緯坐標(biāo)； 步驟3.2:在機(jī)床測量坐標(biāo)系中計算公共基準(zhǔn)點的機(jī)床坐標(biāo)； 其中，重復(fù)步驟3.1至步驟3.2以獲取至少三個公共基準(zhǔn)點坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一方法，其特征在于，所述步驟4包括如下步驟: 步驟4.1:將經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)床測量坐標(biāo)，具體為，設(shè)經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系O-XYZ先平移(Xtl, Y0, Z0)再旋轉(zhuǎn)(ε χ，ε y，ε z),最后縮放k倍后，轉(zhuǎn)換到機(jī)床測量坐標(biāo)系O' -V Y' V，則公共基準(zhǔn)點在O-XYZ中的坐標(biāo)為(X，Y，Z)，在O' -V Y' V中的坐標(biāo)為(X' , V , I' )； 步驟4.2:計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后的矩陣方程，
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一方法，其特征在于，在步驟3中采用靶標(biāo)球作為基準(zhǔn)物來獲取公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)。
5.一種復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于，包括如下裝置: 經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系數(shù)據(jù)獲取裝置，用于獲取通過經(jīng)緯儀空間點坐標(biāo)的交會測量所建立的經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)； 機(jī)床測量坐標(biāo)系數(shù)據(jù)獲取裝置，用于獲取機(jī)床測量坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)； 坐標(biāo)計算裝置，用于從經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系數(shù)據(jù)獲取裝置和機(jī)床測量坐標(biāo)系數(shù)據(jù)獲取裝置獲取多個公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)； 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換裝置，用于利用多個公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)將經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系與機(jī)床測量坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)化和統(tǒng)一； 所述經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系的建立，具體為，以經(jīng)緯儀A、經(jīng)緯儀B連線在水平面的投影為X軸，以過經(jīng)緯儀A的中心的垂線反方向為Z軸，以右手法則確定Y軸，由此構(gòu)成經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系； 經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系數(shù)據(jù)獲取裝置包括如下模塊: 目標(biāo)點觀測值讀出模塊，用于采集經(jīng)緯儀A和經(jīng)緯儀B之間互瞄的水平方向觀測值Yab, Yba和垂直方向觀測值αΑΒ，α ΒΑ，讀出經(jīng)緯儀A觀測目標(biāo)點P的水平方向觀測值和垂直方向觀測值ΥΑΡ，αΑΡ以及經(jīng)緯儀B觀測目標(biāo)點P的水平方向觀測值和垂直方向觀測值Y BPJ Q BP ; 三維坐標(biāo)計算模塊，用于計算目標(biāo)點P的三維坐標(biāo)，具體為，設(shè)水平角α、β為
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于，坐標(biāo)計算裝置包括如下模塊: 經(jīng)緯坐標(biāo)計算模塊，用于在經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系中計算公共基準(zhǔn)點的經(jīng)緯坐標(biāo)； 機(jī)床坐標(biāo)計算模塊，用于在機(jī)床測量坐標(biāo)系中計算公共基準(zhǔn)點的機(jī)床坐標(biāo)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于，坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換裝置包括如下模塊: 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模塊，用于將經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為機(jī)床測量坐標(biāo)，具體為，設(shè)經(jīng)緯儀測量坐標(biāo)系O-XYZ先平移(Xtl, Y0, Z0)再旋轉(zhuǎn)(ε χ，ε y，ε z),最后縮放k倍后，轉(zhuǎn)換到機(jī)床測量坐標(biāo)系O' -V Y' V，則公共基準(zhǔn)點在O-XYZ中的坐標(biāo)為(X，Y，Z)，在O' -V Y' V中的坐標(biāo)為(X'，V ,1')； 矩陣方程計算模塊，用于計算坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后矩陣方程，
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合式精度測量坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換和統(tǒng)一系統(tǒng)，其特征在于，在坐標(biāo)計算裝置中采用靶標(biāo)球作為基準(zhǔn)物來計算公共基準(zhǔn)點的坐標(biāo)。
【文檔編號】G01C1/02GK103673976SQ201310643714
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月3日
【發(fā)明者】倪俊, 陳小弟, 湯紅濤, 陳偉男 申請人:上海衛(wèi)星裝備研究所