陸軍 鄧達(dá)纮 張靜波

摘 ? ?要：近年來(lái)，我國(guó)的海洋工程裝備制造越來(lái)越多。為了滿足海洋工程高端裝備制造與裝配過(guò)程中對(duì)宏觀測(cè)量大尺寸和局部細(xì)節(jié)高精度的雙重要求，提出了一種構(gòu)建全局控制網(wǎng)絡(luò)并優(yōu)化轉(zhuǎn)站測(cè)量海洋工程精度的方法，分析其影響轉(zhuǎn)站精度的因子。試驗(yàn)證明，實(shí)測(cè)結(jié)果與仿真數(shù)據(jù)具有較好的一致性。

關(guān)鍵詞：海洋工程;制造精度;組網(wǎng)測(cè)量;坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

中圖分類號(hào)：U671.4 ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：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

海洋工程高端裝備具有裝置龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高、原位制造裝配和調(diào)整量大等特點(diǎn)，在制造、測(cè)量過(guò)程中存在著勞動(dòng)強(qiáng)度大、重復(fù)調(diào)整周期長(zhǎng)等問(wèn)題，需現(xiàn)場(chǎng)對(duì)制造設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并與CAD理想模型進(jìn)行比較與修正。

本文研究現(xiàn)場(chǎng)原位測(cè)量的控制技術(shù)與裝置，利用激光跟蹤儀測(cè)量布控在測(cè)量空間的全局控制點(diǎn)，建立穩(wěn)定的全局坐標(biāo)系控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期、大范圍空間內(nèi)多坐標(biāo)系的統(tǒng)一，解決多坐標(biāo)系基準(zhǔn)變換引起的誤差累積，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一基準(zhǔn)制造、測(cè)量。

利用激光跟蹤儀構(gòu)建全局控制網(wǎng)絡(luò)，從本質(zhì)上講就是全局控制點(diǎn)的點(diǎn)位匹配問(wèn)題，即利用不同測(cè)站對(duì)于全局控制點(diǎn)的測(cè)量與演算，確定測(cè)站之間的定向關(guān)系，實(shí)現(xiàn)不同坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換。

2 ? ?激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)特點(diǎn)

激光跟蹤儀測(cè)量系統(tǒng)有3個(gè)顯著的優(yōu)點(diǎn)：（1）測(cè)量原理符合阿貝原則;（2）以激光的波長(zhǎng)作為測(cè)量的參考，分辨力和測(cè)量精度高;（3）結(jié)合不同的終端裝置，可以完成不同種類的測(cè)量任務(wù)。

3 ? ?全局控制網(wǎng)的建立

激光跟蹤儀以其測(cè)量范圍大、便捷性高、動(dòng)態(tài)測(cè)量、較高精度等優(yōu)點(diǎn)，是目前構(gòu)建全局控制網(wǎng)絡(luò)的最有效手段。全局控制網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過(guò)程一般如下：（1）首先設(shè)置激光跟蹤儀測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的全局控制點(diǎn)，對(duì)于全局控制點(diǎn)的布設(shè)一般要求多于6個(gè)，其分布應(yīng)該均勻以充滿整個(gè)測(cè)量空間;（2）隨后將跟蹤儀放置于每一個(gè)測(cè)站，依次測(cè)量全局控制點(diǎn);（3）最后根據(jù)跟蹤儀在每個(gè)測(cè)站下對(duì)全局控制點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，通過(guò)相應(yīng)的配置算法求得各個(gè)測(cè)站在全局坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)站參數(shù)，最終會(huì)在測(cè)量空間構(gòu)成一個(gè)空間三維控制網(wǎng)絡(luò)。

4 ? ?誤差分析

為了分析轉(zhuǎn)站參數(shù)精度的影響因子，可以建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)比轉(zhuǎn)站后的全局控制點(diǎn)的坐標(biāo)與其在全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，以兩個(gè)坐標(biāo)再次轉(zhuǎn)站的形式，使用轉(zhuǎn)站參數(shù)作為評(píng)價(jià)，以總體最小二乘法的形式分析轉(zhuǎn)站參數(shù)，得出其影響因子。

由上式可知，任意一點(diǎn)P的轉(zhuǎn)站精度在空間分布為二次曲面。由于式中a4、a5、a6相對(duì)較小，a1、a2、a3恒為正，因此該二次曲面接近橢球的標(biāo)準(zhǔn)型，通過(guò)無(wú)約束最優(yōu)化的方法可以求得最小值。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文研究了激光跟蹤儀測(cè)量規(guī)律，建立相應(yīng)的簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型，并以此估算激光跟蹤儀在測(cè)量不同位置時(shí)的不確定度，并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者具有較好的一致性。為了更好的優(yōu)化轉(zhuǎn)站精度，還需要對(duì)激光跟蹤儀建立更復(fù)雜和全面的數(shù)學(xué)模型，以加入外部環(huán)境的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]俞慈君，李江雄，余鋒杰，等.帶工程約束的點(diǎn)匹配算法[J].機(jī)械? ? ? 工程學(xué)報(bào)，2010，46（5）.

[2]謝政委，林嘉睿，邾繼貴，等.基于空間長(zhǎng)度約束的坐標(biāo)控制場(chǎng)精? ? ? 度增強(qiáng)方法[J].中國(guó)激光，2014，42（1）.

[3]林嘉睿，邾繼貴，張皓琳，等.激光跟蹤儀測(cè)角誤差的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)價(jià)[J].? ? ?儀器儀表學(xué)報(bào)，2012，33（2）.