三坐标测量系统的开发及其在航天器检测中的应用

　　每个物方点有三个未知数,因此每点至少需要用两台经纬仪观测水平角和天顶距,或一台全站仪测角测距,就可进行在线测量,且测量坐标均在统一的测量坐标系中。

　　需要说明的是,对于既有角度观测值,又有距离观测值的误差方程,由于角度和距离观测精度的不同,需要选取一个合适的权阵P,观测值的权可以根据仪器的验前观测精度来选取。

　　5　系统精度测试与应用

　　5.1　系统精度测试

　　在实验室,我们用4台仪器(3台T3000和1台T2000S)布设成四边形测站网。为了测试系统对长度测量的误差,将基准尺(标定长度为900.706±0.008 mm)在测站网包容范围内(6m×5m×2m)的前后左右上下共放置了10个位置。每个点均用交会图形比较好的三台仪器测量;然后,根据基准尺两端点的坐标计算出基准尺的实测长度,结果见表1。

　　由上表数据可统计出所测基准尺平均长度为900.739mm,与标定长度差值为0.033mm。影响系统坐标测量不确定度的因素甚多,主要有仪器测角误差、经纬仪之间的基线长短、交会图形的好坏以及人眼照准误差等。所以一直没有一个精确的误差评定模型,文献[2,3,8]经测试认为,在5米范围内,最点位测量精度可达到0.05mm。

　　5.2　实际应用

　　我们已将经纬仪/全站仪三坐标测量系统MetroIn成功应用在航天器推进舱圆度检测、天线面形测量、三峡大坝1号机组座环检测和大型闸门的安装与检测等项目中[2],下面是对某航天器推进舱的测量结果。

　　我们用6台T3000电子经纬仪组成三坐标测量系统,对某航天器推进舱(直径约3m)后端框的圆度进行测量。每10°粘贴一个测量标志,整圆共测了36个点,用36个点坐标按最小二乘法拟合圆,然后计算出对径方向的18条直径的数值,在温度为20℃和34℃两种状态下分别各测了两次,并且和传统的数控镗铣床打表法测量结果进行了比较,18条直径统计结果列于表2。从上表数据可看出,经纬仪三坐标测量系统的重复测量精度很好,重复测量差值为0.05mm,而传统的数控镗铣床打表法测量的则为0.43mm。

　　6　结　　论

　　非接触式大尺寸柔性三坐标测量系统MetroIn是国内自主开发的、基于多台传感器的经纬仪/全站仪三坐标测量系统,其测量范围从几米到几十米,测量精度在0.05毫米至亚毫米级,和传统的三坐标测量机相比,它不需工作台和导轨,便于携带和安装,可在被测物体加工过程或安装现场内进行非接触测量,该系统已成功应用于航天器推进舱圆度检测、天线面形测量、三峡大坝1号机组座环检测和大型闸门的安装与检测等项目中。

　　参考文献

　　1　李广云,倪　涵,徐忠阳.工业测量系统.北京:解放军出版社,1994

　　2　李广云.工业测量系统最新进展.北京:解放军出版社,2000

　　3　黄桂平.多台电子经纬仪/全站仪构成混合测量系统的研究与开发:[硕士学位论文].郑州:解放军信息工程大学测绘学院,1999

　　4　罗明,段发阶,王学军,王春和,叶声华.非接触式光学柔性三坐标测量系统.光电工程,1996(3)

　　5　金超,李广云.多波束抛物环面天线的最小二乘拟合测量.电波科学学报,1999(3)

　　6　毋新房.非接触式大尺寸三坐标测量系统的原理和应用.水利电力机械,1999(6)

　　7　孙晓明,刘庆伟,强锡富,唐文彦.经纬仪在航天产品几何尺寸检测中的应用研究.哈尔滨工业大学学报,1998(3)

　　8　徐忠阳.工业测量系统与应用.计量技术. 1996(6)