非正交轴系坐标测量系统误差分析技术研究

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1、非正交轴系坐标测量系统误差分析技术研究ResearchonErrorAnalysisoftheNon-orthogonalCoordinateMeasurementSystem学科专业：仪器科学与技术研究生：丁文指导教师：吴斌副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院2017年4月万方数据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。与我一同工作的同志对

2、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：年月日万方数据中文摘要随着航空航天、轨道交通、汽车、船舶、工程机械、重型机械以及大型通

3、讯设备等高端制造业的发展，对大空间、大尺寸坐标测量系统的需求与日俱增。目前，针对大空间或大尺寸目标的三维坐标、尺寸测量手段仍然以电子经纬仪、激光跟踪仪、全站仪等传统测量仪器设备为主。这些测量设备的测量单元中都存在三个旋转轴，构成严格的正交轴系。对此类仪器而言，三轴正交是其实现精确测量的先决条件，但也直接导致了仪器设计、制造、装配和维护的较高成本。为更好地适应大尺寸空间或大型物体坐标尺寸测量的需要，本课题组突破传统仪器的正交轴系架构，提出并开展了一类新型坐标测量系统——非正交轴系坐标测量系统及其相关技术的研究。非正交轴系坐标测量系

4、统的核心组件是非正交轴系测量单元，该测量单元中也存在三个旋转轴，但三轴间没有正交性要求，因此基于该测量单元构建的测量系统具有明显的成本优势。但显然，传统正交轴系坐标测量系统的测量模型和误差分析模型并不适用于该新型测量系统，而误差分析和测量不确定度评定又是构建测试仪器的核心内容。在课题组前期对非正交轴系坐标测量系统模型构建的基础上，本文主要完成的工作包括：1、确定测量单元的主要误差项——转台转角误差和结构参数误差，采用多面棱体和光电自准直仪对转台的角度精度进行检定，使用蒙特卡洛仿真评估结构参数的不确定度对测量单元动态位姿的影响，并

5、根据不确定度传播律合成测量单元视准轴动态参数的不确定度。2、使用SolidWorks与MATLAB搭建非正交轴系经纬仪坐标测量系统仿真平台，用蒙特卡洛法对测量空间中的200个取样点的测量不确定度进行评估，估计相应平面的空间点位测量不确定度分布，并由此确定系统的最佳测量区域。3、对非正交轴系全站仪坐标测量系统进行不确定度评定，通过测量模型合成系统的点位测量不确定度，并利用系统样机对测量不确定度的理论值进行实验验证。4、提出了非正交轴系全站仪坐标测量系统参数的动态选取方案，使用该方案对系统的测量不确定度验证实验数据进行处理，比对采用

6、动态选取方案前后的结果变化，验证了方案的有效性。关键词：非正交轴系；坐标测量系统；误差分析；测量不确定度万方数据ABSTRACTWiththedevelopmentoftheadvancedmanufacturingthatinvolvesaerospaceengineering,railwayindustry,large-scalemechanizationandcommunicationsystems,thedemandoflarge-volumemetrologyrockets.Themeasurementsystemsb

7、asedontheodolite,totalstationandlasertrackerarestillprevalent.Thecommonpropertyofthesesystemsisthethree-axisorthogonalstructure.Threeaxesaresupposedtobeperpendiculartoeachotherandintersectwitheachotheratonepoint.Thisstrictrequirementensuringthemeasurementaccuracylead

8、stothehighcostofsystemdesign,manufacture,andmaintaining.Tofeedtheincreasingdemandoflarge-volumemetrology,ourgroupproposedanovelkind