CN105203131B - 激光跟踪仪转站方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光跟踪仪转站方法，其包括步骤：S1，固定转站标志点，以使激光跟踪仪第一站位和第二站位均能测量到各转站标志点；S2，测出固定的各个转站标志点之间的距离值L；S3，激光跟踪仪第一站位对各个转站标志点进行测量，得到各个转站标志点相对激光跟踪仪的坐标值X1；S4，步骤S2中和步骤S3中的观测值进行测量平差优化，得到最优值和S5，将激光跟踪仪转移到第二站位；S6，激光跟踪仪在第二站位对各个转站标志点进行测量，得到各个转站标志点相对激光跟踪仪的坐标值X2；S7，步骤S2中和步骤S6中的观测值进行测量平差优化，得到最优值和S8对最优值和进行标志点配准，求得站位间的旋转矩阵R和平移向量T，提高了激光跟踪仪的转站精度。

Description

激光跟踪仪转站方法
技术领域
本发明涉及大型零部件装配测量技术领域，尤其涉及一种激光跟踪仪转站方法。
背景技术
激光跟踪仪是一种大尺寸高精度测量仪器，广泛应用于大型零部件的装配测量领域。在大型零部件装配中，由于部件尺寸大，测量距离远，激光跟踪仪无法在一个站位完成全部测量任务，这时就需要进行激光跟踪仪的转站。激光跟踪仪的转站一般采用标志点配准的方法。即固定若干个转站标志点，激光跟踪仪在第一站位和第二站位分别对这些标志点进行测量，对两次测量得到的坐标值进行标志点配准，求得两个站位之间的旋转矩阵和平移向量。
但是采用上述方法存在着中激光跟踪仪转站精度低的问题。
此外影响激光跟踪仪转站精度的因素众多，诸转站标志点的数量、空间布局和测量精度等。在大型零部件装配中，测量范围大、距离远，特殊的部件形状容易对激光跟踪仪的测量光线造成遮挡，这都给激光跟踪仪转站标志点的设置带来很大困难，很难增加转站标志点的数量或者优化其布局，从而降低了激光跟踪仪的转站精度。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种激光跟踪仪转站方法，其能解决大型零部件装配过程中激光跟踪仪转站精度低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种激光跟踪仪转站方法，其包括步骤：S1，事先固定转站标志点，转站标志点的个数为n个，n≥4且n个转站标志点形成三维立体结构，以使激光跟踪仪在已定的第一站位和激光跟踪仪在待转移到的第二站位均能测量到各转站标志点；S2，测出事先固定的各个转站标志点两两之间的距离值L，共计得到个多余观测值；S3，激光跟踪仪在已定的第一站位对各个转站标志点进行测量，得到各个转站标志点相对激光跟踪仪的三维坐标测量值X1，共计得到3n个必要观测值；S4，步骤S2中测得的个多余观测值和步骤S3中测得的3n个必要观测值构成冗余测量，对这些个观测值进行测量平差优化，得到最优观测值和S5，将激光跟踪仪转移到第二站位；S6，激光跟踪仪在第二站位对各个转站标志点进行测量，得到各个转站标志点相对激光跟踪仪的三维坐标测量值X2，共计得到3n个必要观测值；S7，步骤S2中测得的个多余观测值和步骤S6中测得的3n个必要观测值构成冗余测量，对这些个观测值进行测量平差优化，进行测量平差优化后得到最优观测值和S8，对在已定的第一站位和待转移到的第二站位得到的最优观测值和进行标志点配准，求得两个站位之间的旋转矩阵R和平移向量T，从而完成激光跟踪仪从第一站位到第二站位的转站。
本发明的有益效果如下：
在本发明的激光跟踪仪转站方法中，对事先测得的各个转站标志点两两之间的距离值L以及在第一站位和第二站位分别测得的各个转站标志点相对激光跟踪仪的三维坐标测量值X1、X2进行测量平差优化，得到最优观测值和提高了转站标志点的测量精度；将得到的最优观测值和进行标志点配准并求得两个站位之间的旋转矩阵R和平移向量T，从而提高了激光跟踪仪的转站精度。
附图说明
图1是根据本发明的激光跟踪仪转站方法的示意图，仅示出了两个站位之间的转站，为了清楚起见，图中箭头指示出转站方向；
图2是在图1的基础上进行第二次转站(还可以继续进行多次转站，不局限于附图)的示意图，为了清楚起见，图中箭头指示出转站方向。
其中，附图标记说明如下：
1 转站标志点
L各个转站标志点两两之间的距离值
2 激光跟踪仪
3 转站架
31 杆件
A 第一站位
B 第二站位
具体实施方式
下面参照附图来详细说明根据本发明的激光跟踪仪转站方法。
参照图1至图2，根据本发明的激光跟踪仪转站方法包括步骤：S1，事先固定转站标志点1，转站标志点1的个数为n个，n≥4且n个转站标志点1形成三维立体结构，以使激光跟踪仪2在已定的第一站位A和激光跟踪仪2在待转移到的第二站位B均能测量到各转站标志点1；S2，测出事先固定的各个转站标志点1两两之间的距离值L，共计得到个多余观测值；S3，激光跟踪仪2在已定的第一站位A对各个转站标志点1进行测量，得到各个转站标志点1相对激光跟踪仪2的三维坐标测量值X1，共计得到3n个必要观测值；S4，步骤S2中测得的个多余观测值和步骤S3中测得的3n个必要观测值构成冗余测量，对这些个观测值进行测量平差优化，得到最优观测值和S5，将激光跟踪仪2转移到第二站位B；S6，激光跟踪仪2在第二站位B对各个转站标志点1进行测量，得到各个转站标志点1相对激光跟踪仪2的三维坐标测量值X2，共计得到3n个必要观测值；S7，步骤S2中测得的个多余观测值和步骤S6中测得的3n个必要观测值构成冗余测量，对这些个观测值进行测量平差优化，进行测量平差优化后得到最优观测值和以及S8，对在已定的第一站位A和待转移到的第二站位B得到的最优观测值和进行标志点配准，求得两个站位之间的旋转矩阵R和平移向量T，从而完成激光跟踪仪2从第一站位A到第二站位B的转站。
在本发明的激光跟踪仪转站方法中，对事先测得的各个转站标志点1两两之间的距离值L以及在第一站位A和第二站位B分别测得的各个转站标志点1相对激光跟踪仪2的三维坐标测量值X1、X2进行测量平差优化，得到最优观测值和提高了转站标志点1的测量精度；将得到的最优观测值和进行标志点配准并求得两个站位之间的旋转矩阵R和平移向量T，从而提高了激光跟踪仪的转站精度。
在一实施例中，参照图1至图2，在步骤S1中，事先通过转站架3来固定转站标志点1，转站架3为由多个杆件31连接而成的桁架结构，各转站标志点1位于转站架3的两杆件31之间的连接处且n≥4，通过将转站架3放置在第一站位A和第二站位B附近，以使激光跟踪仪2在已定的第一站位A和激光跟踪仪2在待转移到的第二站位B均能测量到各转站标志点1，从而事先固定转站标志点1；在步骤S2中，测出事先固定的各个转站标志点1两两之间的距离值L为转站架3的各杆件31的长度。在本发明中，当采用桁架结构的转站架3时，转站架3的体积较小，转站标志点1相对集中在一个很小的范围内，在对转站标志点1进行测量时，不容易被大型零部件遮挡。而背景技术中的转站方法需要在较大的范围内布置较多的转站标志点，激光跟踪仪在对所有的转站标志点进行测量时，容易被大型零部件遮挡。
在一实施例中，当n＝4时，杆件31数为6，由此转站架3形成三维四面体的桁架结构，此时为最简单的可实现体积最小的桁架结构，从而在对转站标志点1进行测量时，更不容易被大型零部件遮挡。
在一实施例中，转站架3由对环境因素变化不敏感的材料制成，以使各转站标志点1之间的距离基本不随环境变化而改变。进一步地，环境因素可包括温度和湿度，但不仅限如此，其它的环境因素也可带来一定的影响。对环境因素变化不敏感的材料可为碳纤维或者殷钢，但也不仅限如此，还可为其它对环境因素变化不敏感的材料。
在一实施例中，在步骤S1中，测出事先固定的各个转站标志点1两两之间的距离值L的精度在5μm以内。可采用三坐标测量仪测出事先固定的各个转站标志点1两两之间的距离值L，当然不限如此，还可采用其它的方法和仪器进行测量。
在一实施例中，参照图1至图2，所述站位为至少两个，当所述站位超过两个(参照图2,在图2中为3个站位)时，将已转移到的第二站位B(即图2的右侧的站位)重新定义为已定的第一站位A，将下一个待转移的站位重新定义为待转移的第二站位B(即图2的上部的站位)，在重新定义的第一站位A和第二站位B之间重复步骤S1至步骤S8，依此类推，实现当所述站位超过两个时所有站位的转移。
最后补充如下：
第一，测量平差是一种现有的理论，是测绘学中常用的一种方法。它是建立在冗余观测的基础上的，因为有冗余观测，各个观测值之间就会产生矛盾，测量平差就是依据一定的原则(即加权矩阵)，用最小二乘法将这个矛盾值分配给各个观测值，以实现对观测值的优化，从而降低高精度观测值的精度，同时提高低精度观测值的精度。在本文中各个转站标志点1两两之间的距离值L(即各杆件长)是高精度测量，各个转站标志点1相对激光跟踪仪2的三维坐标测量值X1、X2是低精度测量，经过测量平差使得各个转站标志点1相对激光跟踪仪2的三维坐标测量值X1、X2的精度有所提高。
第二，标志点配准也是现有的理论，通过最小二乘法寻找最优的旋转矩阵R和平移向量T，使得经配准之后的两组标志点测量值之间距离最小。即这个距离的表达式是其中n是标志点的数量。

Claims (9)

1.一种激光跟踪仪转站方法，其特征在于，包括步骤：
S1，事先固定转站标志点(1)，转站标志点(1)的个数为n个，n≥4且n个转站标志点(1)形成三维立体结构，以使激光跟踪仪(2)在已定的第一站位(A)和激光跟踪仪(2)在待转移到的第二站位(B)均能测量到各转站标志点(1)；
S2，测出事先固定的各个转站标志点(1)两两之间的距离值L，共计得到个多余观测值；
S3，激光跟踪仪(2)在已定的第一站位(A)对各个转站标志点(1)进行测量，得到各个转站标志点(1)相对激光跟踪仪(2)的三维坐标测量值X1，共计得到3n个必要观测值；
S4，步骤S2中测得的个多余观测值和步骤S3中测得的3n个必要观测值构成冗余测量，对这些个观测值进行测量平差优化，得到最优观测值和
S5，将激光跟踪仪(2)转移到第二站位(B)；
S6，激光跟踪仪(2)在第二站位(B)对各个转站标志点(1)进行测量，得到各个转站标志点(1)相对激光跟踪仪(2)的三维坐标测量值X2，共计得到3n个必要观测值；
S7，步骤S2中测得的个多余观测值和步骤S6中测得的3n个必要观测值构成冗余测量，对这些个观测值进行测量平差优化，进行测量平差优化后得到最优观测值和
S8，对在已定的第一站位(A)和待转移到的第二站位(B)得到的最优观测值和进行标志点配准，求得两个站位之间的旋转矩阵R和平移向量T，从而完成激光跟踪仪(2)从第一站位(A)到第二站位(B)的转站。
2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，
在步骤S1中，事先通过转站架(3)来固定转站标志点(1)，转站架(3)为由多个杆件(31)连接而成的桁架结构，各转站标志点(1)位于转站架(3)的两杆件(31)之间的连接处且n≥4，通过将转站架(3)放置在第一站位(A)和第二站位(B)附近，以使激光跟踪仪(2)在已定的第一站位(A)和激光跟踪仪(2)在待转移到的第二站位(B)均能测量到各转站标志点(1)，从而事先固定转站标志点(1)；
在步骤S2中，测出事先固定的各个转站标志点(1)两两之间的距离值L为转站架(3)的各杆件(31)的长度。
3.根据权利要求2所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，n＝4时，杆件(31)数为6，由此转站架(3)形成三维四面体的桁架结构。
4.根据权利要求2所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，转站架(3)由对环境因素变化不敏感的材料制成，以使各转站标志点(1)之间的距离基本不随环境变化而改变。
5.根据权利要求4所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，环境因素包括温度和湿度。
6.根据权利要求4所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，对环境因素变化不敏感的材料为碳纤维或者殷钢。
7.根据权利要求1所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，在步骤S1中，测出事先固定的各个转站标志点(1)两两之间的距离值L的精度在5μm以内。
8.根据权利要求7所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，在步骤S1中，采用三坐标测量仪测出事先固定的各个转站标志点(1)两两之间的距离值L。
9.根据权利要求1所述的激光跟踪仪转站方法，其特征在于，所述站位为至少两个，当所述站位超过两个时，将已转移到的第二站位(B)重新定义为已定的第一站位(A)，将下一个待转移的站位重新定义为待转移的第二站位(B)，在重新定义的第一站位(A)和第二站位(B)之间重复步骤S1至步骤S8，依此类推，实现当所述站位超过两个时所有站位的转移。
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