三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的開發(fā)及其在航天器檢測中的應(yīng)用

　　每個物方點(diǎn)有三個未知數(shù),因此每點(diǎn)至少需要用兩臺經(jīng)緯儀觀測水平角和天頂距,或一臺全站儀測角測距,就可進(jìn)行在線測量,且測量坐標(biāo)均在統(tǒng)一的測量坐標(biāo)系中。

　　需要說明的是,對于既有角度觀測值,又有距離觀測值的誤差方程,由于角度和距離觀測精度的不同,需要選取一個合適的權(quán)陣P,觀測值的權(quán)可以根據(jù)儀器的驗(yàn)前觀測精度來選取。

　　5　系統(tǒng)精度測試與應(yīng)用

　　5.1　系統(tǒng)精度測試

　　在實(shí)驗(yàn)室,我們用4臺儀器(3臺T3000和1臺T2000S)布設(shè)成四邊形測站網(wǎng)。為了測試系統(tǒng)對長度測量的誤差,將基準(zhǔn)尺(標(biāo)定長度為900.706±0.008 mm)在測站網(wǎng)包容范圍內(nèi)(6m×5m×2m)的前后左右上下共放置了10個位置。每個點(diǎn)均用交會圖形比較好的三臺儀器測量;然后,根據(jù)基準(zhǔn)尺兩端點(diǎn)的坐標(biāo)計算出基準(zhǔn)尺的實(shí)測長度,結(jié)果見表1。

　　由上表數(shù)據(jù)可統(tǒng)計出所測基準(zhǔn)尺平均長度為900.739mm,與標(biāo)定長度差值為0.033mm。影響系統(tǒng)坐標(biāo)測量不確定度的因素甚多,主要有儀器測角誤差、經(jīng)緯儀之間的基線長短、交會圖形的好壞以及人眼照準(zhǔn)誤差等。所以一直沒有一個精確的誤差評定模型,文獻(xiàn)[2,3,8]經(jīng)測試認(rèn)為,在5米范圍內(nèi),最點(diǎn)位測量精度可達(dá)到0.05mm。

　　5.2　實(shí)際應(yīng)用

　　我們已將經(jīng)緯儀/全站儀三坐標(biāo)測量系統(tǒng)MetroIn成功應(yīng)用在航天器推進(jìn)艙圓度檢測、天線面形測量、三峽大壩1號機(jī)組座環(huán)檢測和大型閘門的安裝與檢測等項目中[2],下面是對某航天器推進(jìn)艙的測量結(jié)果。

　　我們用6臺T3000電子經(jīng)緯儀組成三坐標(biāo)測量系統(tǒng),對某航天器推進(jìn)艙(直徑約3m)后端框的圓度進(jìn)行測量。每10°粘貼一個測量標(biāo)志,整圓共測了36個點(diǎn),用36個點(diǎn)坐標(biāo)按最小二乘法擬合圓,然后計算出對徑方向的18條直徑的數(shù)值,在溫度為20℃和34℃兩種狀態(tài)下分別各測了兩次,并且和傳統(tǒng)的數(shù)控鏜銑床打表法測量結(jié)果進(jìn)行了比較,18條直徑統(tǒng)計結(jié)果列于表2。從上表數(shù)據(jù)可看出,經(jīng)緯儀三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的重復(fù)測量精度很好,重復(fù)測量差值為0.05mm,而傳統(tǒng)的數(shù)控鏜銑床打表法測量的則為0.43mm。

　　6　結(jié)　　論

　　非接觸式大尺寸柔性三坐標(biāo)測量系統(tǒng)MetroIn是國內(nèi)自主開發(fā)的、基于多臺傳感器的經(jīng)緯儀/全站儀三坐標(biāo)測量系統(tǒng),其測量范圍從幾米到幾十米,測量精度在0.05毫米至亞毫米級,和傳統(tǒng)的三坐標(biāo)測量機(jī)相比,它不需工作臺和導(dǎo)軌,便于攜帶和安裝,可在被測物體加工過程或安裝現(xiàn)場內(nèi)進(jìn)行非接觸測量,該系統(tǒng)已成功應(yīng)用于航天器推進(jìn)艙圓度檢測、天線面形測量、三峽大壩1號機(jī)組座環(huán)檢測和大型閘門的安裝與檢測等項目中。

　　參考文獻(xiàn)

　　1　李廣云,倪　涵,徐忠陽.工業(yè)測量系統(tǒng).北京:解放軍出版社,1994

　　2　李廣云.工業(yè)測量系統(tǒng)最新進(jìn)展.北京:解放軍出版社,2000

　　3　黃桂平.多臺電子經(jīng)緯儀/全站儀構(gòu)成混合測量系統(tǒng)的研究與開發(fā):[碩士學(xué)位論文].鄭州:解放軍信息工程大學(xué)測繪學(xué)院,1999

　　4　羅明,段發(fā)階,王學(xué)軍,王春和,葉聲華.非接觸式光學(xué)柔性三坐標(biāo)測量系統(tǒng).光電工程,1996(3)

　　5　金超,李廣云.多波束拋物環(huán)面天線的最小二乘擬合測量.電波科學(xué)學(xué)報,1999(3)

　　6　毋新房.非接觸式大尺寸三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的原理和應(yīng)用.水利電力機(jī)械,1999(6)

　　7　孫曉明,劉慶偉,強(qiáng)錫富,唐文彥.經(jīng)緯儀在航天產(chǎn)品幾何尺寸檢測中的應(yīng)用研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,1998(3)

　　8　徐忠陽.工業(yè)測量系統(tǒng)與應(yīng)用.計量技術(shù). 1996(6)