激光跟踪绝对测长多边法坐标测量系统研究

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1、激光跟踪绝对测长多边法坐标测量系统研究Researchon3DCoordinateMeasuringSystemBasedonLaserTrackingAbsoluteLengthMeasurementMultilateralMethod学科专业：仪器科学与技术作者姓名：许友指导教师：吴斌副教授天津大学精密仪器与光电子工程学院2017年11月摘要在诸如飞机制造、天线装调等航空航天领域及其它领域大型高端装备的制造和装配过程中，迫切需要测量范围大、测量精度高的先进测量技术和手段。传统仪器系统，如经纬仪、激光跟踪仪等虽然满

2、足大空间测量要求并被广泛应用，但仪器中较大的角度误差限制了其空间坐标测量精度的进一步提升，无法满足精度要求更高的应用场合。而多边法坐标测量技术，原理上仅利用距离（长度）信息，通过多边约束即可实现空间坐标测量。尤其是基于激光跟踪的绝对测长多边法坐标测量技术，摈弃了相对误差较大的角度信息，仅利用基于激光干涉原理的高精度距离测量信息，因此理论上可以达到很高的坐标测量精度。同时采用先进的ADM激光绝对测距技术，克服了传统相对测距的应用局限性。既满足大尺寸、高精度的测量需要，又使测量过程简便、高效，具有广阔的应用前景。本文围绕

3、基于激光跟踪的绝对测长多边法坐标测量技术开展了研究，主要工作包括：1、针对目前几种通用的大尺寸坐标测量系统进行了对比分析，概述了激光跟踪多边法坐标测量技术的发展现状，明确了论文研究内容。2、研究了激光跟踪仪的测量原理和两种不同的激光测距模式，并在对基于多站激光跟踪仪组网实现多边法坐标测量原理分析的基础上，推导了基于三边测量原理实现四站激光跟踪坐标测量的数学模型。3、研究了基于激光跟踪绝对测长的多边测量系统参数自标定模型，并基于平差理论和L_M算法，建立了残差模型，进行了参数优化求解。4、研究了四站激光跟踪坐标测量系统

4、的最优布局方法和最佳测量区域，并对布局引入的误差进行了分析和仿真验证。5、搭建了基于激光跟踪绝对测长的多边测量实验系统，编写了测量控制程序，对系统的误差源及测量不确定度进行了分析，并结合最优布局理论，进行了现场组网测试，对自标定模型和系统测量精度进行了实验验证。实验结果表明，在20m测量空间内，该系统可实现优于20m的坐标测量精度。关键词：激光跟踪，绝对测长，多边法，坐标测量，最优布局IIIABSTRACTInthemanufacturingandassemblyoflargehigh-endequipmentsu

5、chasaircraftmanufacturing,antennamountingandotheraerospacefieldsandotherfields,thereisanurgentneedforadvancedmeasurementtechniquesandmeasureswithalargemeasurementrangeandhighmeasurementaccuracy.Althoughthetraditionalinstrumentsystemssuchastheodolitesandlasertra

6、ckersatisfytherequirementsoflargespacemeasurementandarewidelyused,thelargerangleerroroftheinstrumentlimitsthefurtherimprovementofthemeasurementaccuracyoftheirspacecoordinatesandcannotmeettherequirementsofhigherprecision.However,themulti-lateralcoordinatemeasuri

7、ngtechniqueonlyusesthedistance(length)informationtoachievespatialcoordinatemeasurementthroughmultilateralconstraints.Inparticular,thelaser-basedabsolutemeasurementofthelengthofthepolygoncoordinatemeasurementtechnology,eliminatingtherelativelylargerelativeanglee

8、rrorinformation,usingonlythelaserinterferometrybasedonthehigh-precisiondistancemeasurementinformation,sotheoreticallycanachievehighcoordinatemeasurementaccuracy.Atthesametim