大型复杂物体组合测量方法的研究

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1、大型复杂物体组合测量方法研究ResearchontheCombinedMeasurementMethodofLargeComplexObjects一级学科：仪器科学与技术学科专业：仪器科学与技术研究生：林嘉睿指导教师：叶声华教授邾继贵教授天津大学精密仪器与光电子工程学院二零一二年五月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的

2、同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日我是爱天大的！！学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要随着机械制造尺度增加，大尺度空间内复杂物体的形

3、貌尺寸测量问题，已成为制约大型装备研制与技术进步的瓶颈。大型复杂物体测量面临着空间尺寸大、相对精度要求高、被测特征结构复杂等问题，目前还没有形成完善的测量理论和方法。现有的单站式测量方法，测量效率低，适应性差，无法满足大尺寸现场测量效率、精度统一及误差控制等方面所需要求。本文针对当前制造领域内以重大装备为代表的大型复杂物体精密测量问题，研究一种系统、创新的组合测量方法。论文提出了组合测量方法的研究思路，阐明了组合测量基本原理、主要问题和关键技术，给出了明确的研究体系框架。随后以其中的关键环节——“空间误差”为线索，分析研

4、究了空间非均匀误差的分布与表达、全局精密测量控制场的构建、激光跟踪仪性能指标的现场评价以及坐标系转站精度等重要问题，并完成了实验验证工作。最后结合国家“大飞机”重大科技专项，首次在外场环境、无特殊辅助工装设施条件下实施了大型飞机全机尺寸数字化测量，将整机测量时间缩短至1~2天，并取得高质量的数模结果。论文主要研究内容和工作如下：1、总结了大型复杂物体测量的工程需求和研究现状，结合应用背景，分析单站测量模式的缺陷，提出一种以远距离全局控制结合近距离终端测量的组合测量方法，并以此开展理论和应用研究。2、从非正交坐标测量导致的

5、非均匀性空间误差出发，分析了空间误差的分布规律和表达方式，利用多测量单元（观测量）交会测量原理，采用数学解析、蒙特卡洛仿真以及可视化误差椭圆（球）等数值仿真方法来对空间非均匀误差进行准确表达。3、全局测量控制场是决定整体测量精度和性能的关键，研究了利用冗余测距约束来构建精密坐标全局测量控制场的方法。通过跟踪仪多站位下的高精度测长值建立误差方程，结合测长方向位移矢量约束来解算并优化跟踪仪测角误差，以此评价跟踪仪现场测量性能，实验表明测量场精度在20m范围内优于0.1mm。4、分析了组合测量中坐标系变换的转站精度问题，转站精

6、度分布涉及空间误差传递规律，是空间误差分析的基础。通过坐标变换误差传播理论结合转站参数最小二乘估计方法，推导出转站精度分布模型及精度影响因素，利用该模型可以估计空间任意被测点转站精度，并对公共点进行合理配置。关键词：大型复杂物体组合测量数值仿真测量控制场距离约束转站精度ABSTRACTWiththesizeincreasingofmachinerymanufacturing,dimensionsmeasurementoflargecomplexobjectshasbecomeabottleneckrestrictingi

7、nmanufactureandtechnologicalprogressoflargeequipments.Thedimensionmeasurementoflargecomplexobjectsfacesplentyofdifficulties,suchaslargespatialdimensions,relativelyhighmeasuringaccuracy,complexstructures,etc.Andtherearenoperfectmeasurementtheoriesandmethodstosolve

8、theseproblems.Theexistingmeasurementmethodsaremostlybasedonsingle-stationmeasurement,whichcannotmeettherequirementsofoverallerrorcontrol,unityofoverallandparti