CN101387494B - 大型隧道管片构件几何量测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大型隧道管片构件几何量测量装置和方法。以激光跟踪仪为坐标采集设备，布设两个激光跟踪仪测量站，扫描所有型面坐标信息，并通过公共点统一坐标系，通过VC编写的软件读入数据，最小二乘法拟合平面，半径约束最小二乘法拟合弧面，从而评价形状和尺寸信息。通过最佳适配算法将测量值配准到CAD坐标系中，并与CAD数模相比较。以图形和数值两种方式生成测量报告。本发明充分利用激光跟踪仪优越的大尺寸测量能力和自主开发的数据处理软件，有效解决小分段角、大尺寸的管片状构件几何量精密测量难题。可广泛应用于船舶、飞机等制造业分段制造的各项几何量测量。

Description

大型隧道管片构件几何量测量装置和方法

技术领域

本发明涉及一种大型隧道管片构件几何量测量装置和方法，具体为管片状大型隧道构件的几何量精密测量方法。

背景技术

分段制造，整体拼装作为一种先进制造方法，广泛应用在船舶、飞机和隧道构件等大型结构制造中。要保证每一段和拼装后整体的几何尺寸、形状、相互位置精度，需要对每一段的几何量信息进行质量控制。目前隧道施工多采用盾构法，即采用预制钢筋混凝土管片等构件作为衬砌结构，在大力提倡的精益工程中，管片的尺寸和形状误差有着严格的设计标准，需要控制的参数有：型面的形状误差，即4个平面的平面度，内外弧面的圆度；尺寸检测项目有管片厚度、管片宽度、弧长、楔形角和边角等重要尺寸；还要将测量模型和CAD设计模型比较偏差。随着山洞、地铁、越海等隧道的大力发展，隧道的长度和隧道直径都日益增加，制造和配合精度要求也日益苛刻，因此对尺寸测量的准确度要求更高，急需一种高效的大型隧道构件空间几何信息的精密测量***，为用户提供更快捷、方便的测量技术支撑。

大尺寸构件的测量方法主要有摄影测量法、经纬仪测量***、三坐标测量机和测量臂等。摄影测量法需要粘贴大量编码标志，并采用图像拼接方法实现整体测量，单幅图像测量精度能达到0.1mm；经纬仪测量***需要两台以上的经纬仪精确互瞄，测点较多时，效率低下；测量臂量程较小，需要多次移站或者安装导轨；这些测量方法在测量准确度和效率上与大尺寸分段构件的精度控制要求相比还不完善。同时，虽然有比较多的通用测量和坐标处理软件，但由于分段测量需要控制的几何参数较多，后续数据处理要求复杂，一般的数据处理与空间几何量算法软件还不能满足要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大型隧道管片构件几何量测量的装置和方法，可以解决大型分段制造隧道构件的几何量测量难题。该方法具有效率高、精度高，劳动强度低等优点。

本发明提供的一种大型隧道管片构件几何量测量的装置包括：

空间坐标测量装置，用于获取大范围空间点坐标数据；

球面反射靶标，用于与被测表面点接触；

所述的空间坐标测量装置为：空间测量激光跟踪仪、激光雷达球坐标测量仪、经纬仪、局域GPS或CCD摄像机装置；所述空间测量激光跟踪仪，它包括激光干涉测长和光栅码盘角度传感部件和球面反射靶标。

本发明提供的一种大型隧道管片构件几何量测量的方法包括的步骤：

1).新型号管片数模构建设计

隧道有直线段、左转弯段和右转弯段，每一环还有不同的标准块、封顶块和左右邻接块；每个工程的盾构隧道直径、分块数量也不同，本发明方法适用于所有尺寸的管片，只需在开始测量新型号不同尺寸管片之前，按照CAD图纸重新构建数模设计坐标系，统一指定迎千斤顶面为环向前平面，以环向前平面上圆截面的圆心为原点，以原点和封顶块前平面圆弧中点2的连线为X轴，以圆环轴心为Z轴，利用右手正交定义Y轴，以此为测量基准，将所有的测量数据通过与CAD模型的最佳适配，得到旋转矩阵和平移向量并对齐到全局坐标系中；

所述最佳适配算法如下：设M和F分别为测量坐标系和参考坐标系下的同一组公共点坐标值。由于公共点的测量存在测量误差，当测量多个公共点时，适配必然存在残差。可根据适配残差平方和最小准则求解旋转矩阵R和平移向量T，即目标函数为：

$f=\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|e(\mathrm{\α},\mathrm{\β},\mathrm{\γ},x,y,z)\left|\right|}^2=\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\left|\right|F-(M\·R+T)\left|\right|}^2$

其中N为公共点个数。采用基于奇异值分解的适配算法。在最佳适配时，两组点应有相同的重心。因此先将两组坐标数据重心化，这样可以从目标函数中分离T，先求取旋转矩阵R。两组坐标的重心分别为：

$\stackrel{\‾}{F}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}F}{N},$ $\stackrel{\‾}{M}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}M}{N}$

重心化后的坐标分别为：

F_C＝F-F，M_C＝M-M

则目标函数可写为：

$f=\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{{\left|\right|F}_C-{\mathrm{RM}}_C\left|\right|}^2=\min \underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(F_C^T{F}_C+M_C^T{M}_C-2F_C^T{\mathrm{RM}}_C)$

目标函数等价于

RM_C最大化。令 $H=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{M}_C{F}_C^T,$ 则等价于Trace(RH)最大化。其中Trace是矩阵对角线元素求和算子。

求H的奇异值分解为H＝UΛV^T，则最佳旋转矩阵和平移向量分别为：

R＝VU^T

T＝F_C-R·M_C

利用该最佳适配法求解仪器站与CAD之间的转换参数R₁，T₁，从而将所有测量值统一到CAD全局坐标系下，可直接与CAD比较偏差。该算法还用于下面仪器站之间的坐标统一

2).采集测量数据

本发明以便携大尺寸测量仪器为空间坐标测量装置，可以是激光跟踪干涉测量***，激光雷达等球坐标测量仪器，也可以用经纬仪、局域GPS、摄影测量***等纯角度测量仪器获取大范围空间点坐标数据，以激光跟踪干涉测量装置为例，其测量范围可以超过35m，全程测量精度优于0.04mm，包括激光干涉测长***和光栅码盘角度传感***，用球面反射靶标(sphericallymountedretroreflector，SMR)作为合作目标，可测量仪器到被测目标点的距离、方位角和天顶角，从而得到大范围被测点空间点坐标数据，利用激光跟踪干涉测量装置自动跟踪扫描功能，可快速获得被测型面的大量三维坐标数据，将管片表面数字化。SMR与被测表面为点接触，对表面粗糙度造成的测量误差敏感，因此将SMR放置在磁力底座上，利用小平面接触滤除表面粗糙度带来的误差，测量值为角锥棱镜的中心坐标，为了得到被测表面点坐标，测量值需要在拟合表面的法线方向上减去SMR半径和底座高度，即得到表面点；扫描时均匀用力地手持SMR接触被测表面，均匀覆盖整个型面，并设置适当的采点扫描间隔。间隔过疏，采样点较少，不利于提高拟合精度；间隔过密，采样点过多，数据处理任务过重，且对提高精度意义不大。参见图2，型面包括前面、后面、左面、右面和内外圆柱面组成，其中圆柱面采用测量两个圆截面恢复圆柱面，这两个圆截面分别紧邻前后面，即外弧面的两个截面和内弧面的两个截面，因此共扫描8个特征，尽管测量***量程较大，但由于通视障碍，仅设置一个测量站难以获取大型构件所有型面的三维数据，布设两个测量站，通过两个测量站同时测量公共点，用上述最佳适配算法统一两个测量站的坐标系，求解两个仪器站点之间的转换参数R₂，T₂；由于激光干涉测距***精度高，而光栅码盘测角精度稍低，因此沿测量空间的对角线的两个角落位置布设两个测量站，干涉仪方向沿对角线方向，距离构件适当距离，仪器和被测物高度大致相当，这样可以充分利用测距，而减小仪器方位角和天顶角的变动，快速获得构件的全部型面坐标，每个测量站都可以没有障碍地测量到相邻四个型面，其中测量站T1测量前面、左面、靠近前面的外圆弧和内圆弧，测量站T2测量后面、右面、靠近后面的外圆弧和内圆弧，所有测量数据保存为txt文本文件；

3).基于控制参数的测量计算

需要定义充足的参数来保证构件测量质量，定义6类参数：

①首先提取有效的特征信息，如果存在粗大噪声点则利用一定准则剔除噪声点，例如3σ准则，再按照各自的数学模型，用最小二乘法拟合构造四个平面，即纵向最优左平面、纵向最优右平面、环向最优前平面和环向最优后平面，评价四个平面的平面度；

②圆弧点云向就近的邻***面投影，半径约束最小二乘拟合四个圆弧，评价四个圆弧的圆度；最优圆的拟合如果采取常规最小二乘方法，则会由于分段构件占整体比例较小，采集的型面数据少，且不满足采集点均匀分布的最优原则，拟合信息不足，导致拟合精度低。因此采用半径约束最小二乘法，即以设计半径值为约束条件，最小二乘目标函数为：

$\min f(a,b,r)=\mathrm{\Σ}{(\sqrt{{(x-a)}^2+{(y-b)}^2}-r)}^2$

约束条件：r＝r₀

其中(a，b)为圆心，r为待测半径，r₀为设计值。

半径约束拟合可有效地提高拟合精度，鲁棒性明显增强。

③由于无法直接提取角点和边缘特征，因此将最优平面与最优圆柱面相交，参见图3，分别得到角点坐标，角点相连获得边缘特征，求取厚度、宽度和弧长；

④求纵向最优左平面L与纵向最优右平面R二者之间交角为圆心角；

⑤环向前平面和环向后平面构造环向中平面，其与纵向最优左平面L相交得到一条边，内圆弧面扫描的两条点云分别向环向中平面投影，延长后与纵向最优左平面L的交点处的切线为另一条边，两条边的火角平均后为边角α_L，同理可以定义α_R，2与5为一条边，5与10连线为另一条边，其夹角为α_F，同理可以定义α_B；

⑥定义纵向最优左平面L与环向最优前平面夹角F为纵向锥度β_LF，同理定义L与B的夹角为纵向锥度β_LB，R与F夹角为纵向锥度β_RF，R与B夹角为纵向锥度β_RB；通过定义这些参数，可以充分了解管片的尺寸形状，帮助判断产品是否符合技术要求。

4).多环装配

精确地测量每个分段的尺寸，是为了保证整体拼装质量，尽管已经通过多项参数控制每一块管片的几何误差在公差内，仍然需要试拼装以保证拼装后的段与段、环与环之间位置关系。一般要求纵缝相邻块间间隙和环缝相邻环面间隙均小于1mm。目前采取的通用方法是每制造100环随机抽3环整环水平试拼装。而利用计算机可视化手段模拟装配结果，可为操作人员进行辅助分析。一整环中各块的测量数据在同一CAD设计坐标系下，可全部导入直接单环整体装配；多环装配时，以第1环坐标系为基准坐标系，后续其他整环坐标系沿Z轴平移环宽设计值w，绕Z轴旋转错缝拼接角度γ，即旋转矩阵和平移向量为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\γ}& 0\\ \sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right),$ $T=\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ w\end{array}\right)$

即可在同一坐标系下顺序多环装配。

为实现上述方法的自动化，用VisualC++6.0开发后续数据处理软件，实现上述算法，将型面三坐标数据转换为直观的几何量信息，软件由读入数据、分析运算、最佳适配、生成报表等模块组成。读入数据模块读入型面点云三坐标。分析运算模块由点构建线、面等几何要素，通过各几何要素之间的运算求取被测量。最佳适配模块对比实际测量模型与CAD模型。生成报表模块生成通用PDF格式的报表，以数字和图形两种方式输出各项测量结果。软件界面友好，可输入必要的测量信息如操作人员、环境温度等，报表可打印。

本发明的优点在于：充分利用激光跟踪仪优越的大尺寸测量能力和自主开发的数据处理软件，解决了大半径，小曲率的管片形状的工件几何信息评定方法。降低了人工劳动强度，提高了检测效率，为保障隧道质量奠定基础。对于船舶、飞机等制造业分段制造的精度控制也具有参考价值。该方法可准确测量小分段角、大半径的构件几何形状和尺寸信息。开发的软件实现了测量数据的后续数据处理算法，配合测量装置和测量方法，可以快速自动得到结果。

附图说明

图1为本发明结构框图。

图2为本发明隧道构件的三维数据获取示意图。

图3为本发明隧道构件空间几何模型。

图4为本发明数据处理软件流程图。

图5为本发明测量报告图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步详述本发明技术方案：

整体结构框图如图1。本发明适用于所有尺寸的管片，只需在开始测量新型号不同尺寸管片之前，按照CAD图纸重新构建数模设计坐标系，统一指定迎千斤顶面为环向前平面，以环向前平面上圆截面的圆心为原点，以原点和封顶块前平面圆弧中点2的连线为X轴，以圆环轴心为Z轴，利用右手正交定义Y轴，以此为测量基准，将所有的测量数据通过与CAD模型的最佳适配，得到旋转矩阵R₁和平移向量T₁并对齐到全局坐标系中。根据所述最佳适配算法求解仪器站与CAD之间的转换参数R₁，T₁和两个仪器站点之间的转换参数R₂，T₂，从而将所有测量值统一到CAD全局坐标系下，可直接与CAD比较偏差。

以便携激光跟踪干涉测量***获取大范围空间点坐标数据，其测量范围可以超过35m，全程测量精度优于0.04mm，内部包括激光干涉测长***和光栅码盘角度传感***，用球面反射靶标(sphericallymountedretroreflector，SMR)作为合作目标，利用激光跟踪干涉测量装置的自动跟踪扫描功能，可快速获得被测型面的大量三维坐标数据，将管片表面数字化。将SMR放置在磁力底座上，利用小平面接触滤除表面粗糙度带来的误差，测量值为角锥棱镜的中心坐标，为了得到被测表面点坐标，测量值需要在拟合表面的法线方向上减去SMR半径和底座高度，即得到表面点；扫描时均匀用力地手持SMR接触被测表面，均匀覆盖整个型面，并设置适当的采点扫描间隔。参见图2，型面包括前面F、后面B、左面L、右面R和内外圆柱面组成，其中圆柱面采用测量两个圆截面恢复圆柱面，这两个圆截面分别紧邻前后面，即外弧面的两个截面OF、OB和内弧面的两个截面IF、IB，因此共扫描8个特征，尽管测量***量程较大，但由于通视障碍，仅设置一个测量站难以获取大型构件所有型面的三维数据，布设两个测量站T1和T2，通过两个测量站同时测量公共点C1、C2和C3，用所述最佳适配算法统一两个测量站的坐标系；由于激光干涉测距***精度高，而光栅码盘测角精度稍低，因此沿测量空间的对角线的两个角落位置布设两个测量站，干涉仪方向沿对角线方向，距离构件适当距离，仪器和被测物高度大致相当，这样可以充分利用测距，而减小仪器方位角和天顶角的变动，快速获得构件的全部型面坐标，每个测量站都可以没有障碍地测量到相邻四个型面，其中测量站T1测量F、L、OF和IF，测量站T2测量B、R、OB和IB，所有测量数据保存为txt文本文件；

需要定义充足的参数来保证构件测量质量，如图3定义6类参数：

①首先提取有效的特征信息，如果存在粗大噪声点则利用一定准则剔除噪声点，例如3σ准则，再按照各自的数学模型，用最小二乘法拟合构造4个平面，即纵向最优左平面L、纵向最优右平面R、环向最优前平面F和环向最优后平面B，评价4个平面的平面度；

②圆弧点云向就近的邻***面投影，半径约束最小二乘拟合4个圆弧，得到OF、OB、IF和IB，评价4个圆弧的圆度；最优圆的拟合如果采取常规最小二乘方法，则会由于分段构件占整体比例较小，采集的型面数据少，且不满足采集点均匀分布的最优原则，拟合信息不足，导致拟合精度低。因此采用半径约束最小二乘法可有效地提高拟合精度，鲁棒性明显增强。

③由于无法直接提取角点和边缘特征，因此将最优平面与最优圆柱面相交，分别得到角点坐标，角点相连获得边缘特征，求取厚度、宽度和弧长；

④求纵向最优左平面L与纵向最优右平面R二者之间交角为圆心角；

⑤环向前平面和环向后平面构造环向中平面，其与纵向最优左平面L相交得到一条边，内圆弧面扫描的两条点云分别向环向中平面投影，延长后与纵向最优左平面L的交点处的切线为另一条边，两条边的夹角平均后为边角α_L，同理可以定义α_R，2与5为一条边，5与10连线为另一条边，其夹角为α_F，同理可以定义α_B；

⑥定义纵向最优左平面L与环向最优前平面夹角F为纵向锥度β_LF，同理定义L与B的夹角为纵向锥度β_LB，R与F火角为纵向锥度β_RF，R与B夹角为纵向锥度β_RB；通过定义这些参数，可以充分了解管片的尺寸形状，帮助判断产品是否符合技术要求。

用VisualC++6.0开发后续数据处理软件，实现上述算法，将型面三坐标数据转换为直观的几何量信息，软件由读入数据、分析运算、最佳适配、生成报表等模块组成，流程图如图4所示。读入数据模块读入型面点云三坐标。分析运算模块由点构建线、面等几何要素，通过各几何要素之间的运算求取被测量。最佳适配模块对比实际测量模型与CAD模型。生成报表模块生成通用PDF格式的报表，以数字和图形两种方式输出各项测量结果，如图5。软件界面友好，可输入必要的测量信息如操作人员、环境温度等，报表可打印。

需要试拼装以保证拼装后的段与段、环与环之间位置关系。一般要求纵缝相邻块间间隙和环缝相邻环面间隙均小于1mm。一整环中各块的测量数据在同一CAD设计坐标系下，可全部导入直接装配；多环装配时，以第1环坐标系为基准坐标系，后续其他整环坐标系沿Z轴平移环宽设计值w，绕Z轴旋转错缝拼接角度r，即可在同一坐标系下顺序多环虚拟装配。

应用实施例

以某一段隧道构件为例，如图2所示，其弧长约5m，宽约2m，外半径15米，内半径13.7m。测量设备为FARO激光跟踪干涉测量***，设置两个跟踪干涉测量站，如图3所示的T1和T2。沿测量空间的对角线的两个角落位置布设两个测量站，干涉仪方向沿对角线方向，距离构件2m左右，仪器和被测物高度大致相当。用1.5英寸直径SMR和0.25英寸底座，则测量值需要在拟合表面的法线方向上减去1英寸半径，选择扫描间隔20mm，通过判断相邻两点间距离，当距离大于20mm时采集一个点，一般一个型面采集200个左右的点。每个测量站都可以没有障碍地测量到相邻四个型面。在测量站T1，扫描平面F、L、相邻的外圆弧OF和内圆弧IF，并测量公共点C1到C3。同样，在测量站T2，以相同方式测量其余四个型面，即平面B、R、相邻的外圆弧OB和内圆弧IB，以及测量公共点C1到C3。如图3所示，Cld为一个测量点云。通过C1到C3公共点的测量，测量站T2的信息拼合到测量站T1的坐标系中，即可确保所有测量数据在同一坐标系下。按照CAD图纸构建数模设计坐标系，统一指定为迎千斤顶面为环向前平面，以环向前平面上圆截面的圆心为原点，以原点和封顶块弧中点的连线为X轴，以圆环轴心为Z轴，用右手正交确定Y轴，以此为测量基准，将所有的点云测量数据通过与CAD模型的最佳适配转换到全局坐标系中，对齐为设计坐标系下的测量数据；将该测量数据保存为70120B6U002.txt文件。

开启上述VisualC++6.0编写的软件。软件由读入数据、分析运算、最佳适配、生成报表等模块组成，如图4。读入数据模块读入型面点云三坐标。分析运算模块由点构建线、面等几何要素，通过各几何要素之间的运算求取被测量。最佳适配模块对比实际测量模型与CAD模型。生成报表模块生成通用PDF格式的报表，以数字和图形两种方式输出各项测量结果。软件界面友好，可输入必要的测量信息如操作人员、环境温度等，报表可打印。

启动控制界面，输入环境温度，操作人员等测量报告中的标题显示；其中有一些参数不需经常改变，如客户名称，工作地点等，往往是整个工程所有管片均为一个标题，因此不宜放置在软件界面上输入，设置了.ini配置文件，保存基本参数，各项参数的公差；软件自动读取内部参数，当新工程开始时，只需编辑一次该.ini文件并保存即可。在ini文件中输入配置参数，管环类型为U，即直线段，纵向最佳平面公差为0.5mm，外径圆度公差3mm，内径圆度公差2mm，宽度公差0.8mm，厚度公差3mm，弧长公差1mm，圆心角公差0.01度，边角公差0.02度，锥角公差0.01度。管片类型可选择为标准块、左邻接块、右邻接块和封顶块；选择“管片类型”为“标准块”；点击“浏览”按钮，将打开文件打开对话框，导入保存的70120B2U.txt文件，点击“计算”按钮，算法自动按照F、B、L、R、OF、OB、IF和IB为标识符判断该测量文件中的所有测量点三坐标数据，剔除较大误差的噪点，用最小二乘法拟合平面F，L，B和R，得到平面度，以外圆弧半径设计值r₀＝7500mm，半径约束最小二乘法拟合圆弧OF，OB，同样以内圆弧半径设计值r₀＝6850mm为约束条件拟合圆弧IF，IB，得到圆度。通过相邻拟合型面信息相交，最终得到8个角点坐标，进一步求解长度、宽度、厚度、锥角和圆心角等几何量信息，并与CAD数模直接比较。以图形和数值两种方式生成测量报告；软件提示用户保存报告文件到本地磁盘中任意位置，保存后，自动打开一次该报告，显示/打印PDF报告，如图5所示。一环共10块管片全部测量后，装配成管环。

Claims (2)

1.一种大型隧道管片构件几何量测量的方法，所述方法采用一种大型隧道管片构件几何量测量装置，所述测量装置包括：

空间坐标测量装置，用于获取大范围空间点坐标数据；

球面反射靶标，用于与被测表面点接触；

所述的空间坐标测量装置为：空间测量激光跟踪仪或激光雷达球坐标测量仪或经纬仪或局域GPS或CCD摄像机装置；其特征在于包括如下步骤：

1)待测的大型隧道管片的数学模型构建设计

在开始测量待测的大型隧道管片之前，按照CAD图纸重新构建数学模型设计坐标系，包括标准块、封顶块和左右邻接块，直线段、左转弯段和右转弯段，统一指定迎千斤顶面为环向前平面，以环向前平面上圆截面的圆心为原点，以原点和封顶块前平面圆弧中点的连线为X轴，以圆环轴线为Z轴，利用右手正交定义Y轴，以此为测量基准，将所有的测量数据与CAD模型做最佳适配，对齐到全局坐标系中；

2)采集测量数据

使用空间测量激光跟踪仪布设两个测量站，沿测量空间的对角线的两个角落位置布设两个测量站，干涉仪方向沿对角线方向，距大型隧道管片构件适当距离，空间测量激光跟踪仪和待测的大型隧道管片高度大致相当，将目标球面反射靶标放在磁力底座上，用小平面代替SMR点接触，并将测量结果在拟合表面的法线方向上减去SMR半径和磁力底座高度，设置采点扫描间隔，手持SMR均匀接触扫描整个被测表面，快速获得大型隧道管片构件所有型面的大量三维数据，包括前面、后面、左面、右面和内外圆柱面，其中采用测量两个圆截面恢复圆柱面，这两个圆截面分别紧邻前后面，即外弧面的两个截面和内弧面的两个截面，每个测量站测量相邻四个型面，两个测量站同时测量公共点，用最佳适配算法统一两个测量站的坐标系，所有测量数据保存为txt文本文件，导入编写的数据处理软件，计算需要控制的参数；

3)基于控制参数的测量计算

定义6类参数保证构件测量质量：

①提取有效的特征信息，如果存在粗大噪声点则剔除噪声点，再按照各自的数学模型，用最小二乘法拟合构造四个平面，即纵向最优左平面、纵向最优右平面、环向最优前平面和环向最优后平面，评价四个平面的平面度；

②圆弧点云向就近的邻***面投影，半径约束最小二乘拟合四个圆弧，评价四个圆弧的圆度；采用半径约束最小二乘法，以设计半径值为约束条件，最小二乘目标函数为：

$\min f(a,b,r)=\mathrm{\Σ}{(\sqrt{{(x-a)}^2+{(y-b)}^2}-r)}^2$

约束条件：r＝r₀

其中(a，b)为圆心，r为待测半径，r₀为设计值；

③将最优平面与最优圆柱面相交，提取角点和边缘特征，分别得到八个角点的坐标，角点相连获得边缘特征，求取厚度、宽度和弧长；

④求纵向最优左平面与纵向最优右平面二者之间交角为圆心角；

⑤环向前平面和环向后平面构造环向中平面，其与纵向最优左平面相交得到一条边，内圆弧面扫描的两条点云分别向环向中平面投影，延长后与纵向最优左平面的交点处的切线为另一条边，两条边的夹角平均后为边角，同理构造出另三个边角；

⑥定义出四个纵向锥度；

用VisualC++6.0开发后续数据处理软件，实现上述算法：

将型面三坐标数据转换为直观的几何量信息，软件由读入数据、分析运算、最佳适配、生成报表模块组成；读入数据模块读入型面点云三坐标；分析运算模块由点构建线、面几何要素，通过各几何要素之间的运算求取被测量；最佳适配模块对比实际测量模型与CAD模型；生成报表模块生成通用PDF格式的报表，以数字和图形两种方式输出各项测量结果；

4)多环装配

导入一整环中各块的测量数据直接整环装配；以第1环坐标系为基准坐标系，后续其他整环坐标系沿Z轴平移环宽设计值w，绕Z轴旋转错缝拼接角度γ，即旋转矩阵和平移向量为：

$R=\left(\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\γ}& -\sin \mathrm{\γ}& 0\\ \sin \mathrm{\γ}& \cos \mathrm{\γ}& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right),T=\left(\begin{array}{c}0\\ 0\\ w\end{array}\right)$

实现多环装配。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述空间坐标测量装置为空间测量激光跟踪仪时，所述的空间测量激光跟踪仪包括激光干涉测长部件和光栅码盘角度传感部件。

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