复合式精度测量坐标系的转换与统一方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种复合式精度测量坐标系的转换与统一方法及系统，包括：通过经纬仪空间点坐标的交会测量以建立经纬仪测量坐标系；建立机床测量坐标系；计算公共基准点的坐标；将经纬仪测量坐标系转换为机床测量坐标系。本发明还提供相应的系统。本发明将机床和经纬仪测量系统坐标系组合起来，构建融合测量系统，成功的解决了产品装配阶段的测量需求，测量精度和测量性能均较好的满足了要求；本发明通过引入高精度基准球提供公共基准点，将机床测量坐标系和经纬仪坐标系转换和统一到一个坐标系下，实现了同一坐标系的数据解算和处理，经过系统误差改正，其测量精度明显提高，在特殊条件下具有良好的应用。
【专利说明】复合式精度测量坐标系的转换与统一方法及系统
【技术领域】
[0001]本发明属于工业测量【技术领域】，具体来说，本发明涉及一种复合式精度测量坐标系的转换与统一方法及系统。
【背景技术】
[0002]航空、航天器大尺寸工件的空间坐标测量主要采用的测量手段有接触式和非接触式两种。接触式测量设备以在线检测修整设备或三坐标为代表；非接触式测量则以光学电子经纬仪为代表。但是这两种测量设备在各自独立工作时，由于设备自身固有功能的限制都存在着某些无法避免的缺点:
[0003](I)接触式测量方法
[0004]以在线检测修整设备(或三坐标)为代表，优点在于测量范围大、通用性强、可根据测量结果实时生成数控加工程序进行工件修正，但存在以下缺点:
[0005]1.由于测头的位置限制，特殊构型的工件型面如孔、洞等无法实施测量；
[0006]2.测量臂受加工轴尺寸限制以及空间结构的机械干涉，无法实施对桁架内部或平台舱内部结构的测量。
[0007](2)非接触式测量方法
[0008]以光学电子经纬仪为代表，优点在于测量精度高、测量方位角度灵活，可对桁架或平台舱内部实施测量，但存在以下缺点:
[0009]1.受经纬仪交汇测量原理的限制，被测物测点位置必须粘贴靶标或棱镜；
[0010]2.测空间距离尺寸精度不如在线检测修正设备(或三坐标)；
[0011]3.无法根据测量结果实时地对工件加工修正。
[0012]鉴于以上现实问题，必须将目前接触式和非接触式测量方法进行复合，最大程度地发挥各自技术优势，取长补短，以获取被测工件更为全面准确的精度数据，这对于确保今后大尺寸工装、产品的精度测量具有重要的意义。
【发明内容】
[0013]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复合式精度测量坐标系的转换与统一方法及系统。
[0014]为了实现复合测量目的，必须突破电子经纬仪交会测量与机床测量的坐标系转换与统一、空间数据的解算、复合测量系统的融合等关键技术。
[0015]本发明即涉及用于接触式和非接触式测量系统的解算方法，包括机床测量坐标系构建、经纬仪系统建标、3个公共基准点的引入和转化、空间数据传输和空间数据解算等。
[0016]本发明所要解决的技术问题是接触式测量系统(即三坐标)和非接触测量系统(gp经纬仪)无法满足同一坐标系下点位测量的要求。而本发明针对该问题提出复合式精度测量的坐标系转换与统一方法，该方法能够发挥各测量系统技术优势，取长补短，既解决了各独立坐标系下的测量问题，又解决了由于复合式精度测量带来的公共坐标系转化的测量问题。
[0017]根据本发明的一个方面，提供一种复合式精度测量坐标系的转换和统一方法，
[0018]包括如下步骤:
[0019]步骤1:通过经纬仪空间点坐标的交会测量以建立经纬仪测量坐标系；
[0020]步骤2:建立机床测量坐标系；
[0021]步骤3:获取经纬仪测量坐标系和机床测量坐标系的多个公共基准点的坐标；
[0022]步骤4:利用多个公共基准点的坐标将经纬仪测量坐标系与机床测量坐标系进行转化和统一；
[0023]所述步骤I包括如下步骤:
[0024]步骤1.1:确定经纬仪测量坐标系，具体为，以经纬仪A、经纬仪B连线在水平面的投影为X轴，以过经纬仪A的中心的垂线反方向为Z轴，以右手法则确定Y轴，由此构成经纬仪测量坐标系；
[0025]步骤1.2:读出经纬仪A和经纬仪B之间互瞄的水平方向观测值YAB, Yba和垂直方向观测值αΑΒ，αΒΑ，读出经纬仪A观测目标点P的水平方向观测值和垂直方向观测值Yap, α AP以及经纬仪B观测目标点P的水平方向观测值和垂直方向观测值YBP, a Bp ；
[0026]步骤1.3:计算目标点P的三维坐标，具体为，设水平角α、β为
【权利要求】
1.一种复合式精度测量坐标系的转换和统一方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1:通过经纬仪空间点坐标的交会测量以建立经纬仪测量坐标系； 步骤2:建立机床测量坐标系； 步骤3:获取经纬仪测量坐标系和机床测量坐标系的多个公共基准点的坐标； 步骤4:利用多个公共基准点的坐标将经纬仪测量坐标系与机床测量坐标系进行转化和统一； 所述步骤I包括如下步骤: 步骤1.1:确定经纬仪测量坐标系，具体为，以经纬仪A、经纬仪B连线在水平面的投影为X轴，以过经纬仪A的中心的垂线反方向为Z轴，以右手法则确定Y轴，由此构成经纬仪测量坐标系； 步骤1.2:读出经纬仪A和经纬仪B之间互瞄的水平方向观测值Y.Yba和垂直方向观测值aAB，ciBA，读出经纬仪A观测目标点P的水平方向观测值和垂直方向观测值gammaΑΡ，αΑρ以及经纬仪B观测目标点P的水平方向观测值和垂直方向观测值gammaΒΡ，αΒΡ； 步骤1.3:计算目标点P的三维坐标，具体为，设水平角α、β为
2.根据权利要求1所述的复合式精度测量坐标系的转换和统一方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤: 步骤3.1:在经纬仪测量坐标系中计算公共基准点的经纬坐标； 步骤3.2:在机床测量坐标系中计算公共基准点的机床坐标； 其中，重复步骤3.1至步骤3.2以获取至少三个公共基准点坐标。
3.根据权利要求1所述的复合式精度测量坐标系的转换和统一方法，其特征在于，所述步骤4包括如下步骤: 步骤4.1:将经纬仪测量坐标转换为机床测量坐标，具体为，设经纬仪测量坐标系O-XYZ先平移(Xtl, Y0, Z0)再旋转(ε χ，ε y，ε z),最后缩放k倍后，转换到机床测量坐标系O' -V Y' V，则公共基准点在O-XYZ中的坐标为(X，Y，Z)，在O' -V Y' V中的坐标为(X' , V , I' )； 步骤4.2:计算坐标转换后的矩阵方程，
4.根据权利要求1所述的复合式精度测量坐标系的转换和统一方法，其特征在于，在步骤3中采用靶标球作为基准物来获取公共基准点的坐标。
5.一种复合式精度测量坐标系的转换和统一系统，其特征在于，包括如下装置: 经纬仪测量坐标系数据获取装置，用于获取通过经纬仪空间点坐标的交会测量所建立的经纬仪测量坐标系下的数据； 机床测量坐标系数据获取装置，用于获取机床测量坐标系下的数据； 坐标计算装置，用于从经纬仪测量坐标系数据获取装置和机床测量坐标系数据获取装置获取多个公共基准点的坐标； 坐标系转换装置，用于利用多个公共基准点的坐标将经纬仪测量坐标系与机床测量坐标系进行转化和统一； 所述经纬仪测量坐标系的建立，具体为，以经纬仪A、经纬仪B连线在水平面的投影为X轴，以过经纬仪A的中心的垂线反方向为Z轴，以右手法则确定Y轴，由此构成经纬仪测量坐标系； 经纬仪测量坐标系数据获取装置包括如下模块: 目标点观测值读出模块，用于采集经纬仪A和经纬仪B之间互瞄的水平方向观测值Yab, Yba和垂直方向观测值αΑΒ，α ΒΑ，读出经纬仪A观测目标点P的水平方向观测值和垂直方向观测值ΥΑΡ，αΑΡ以及经纬仪B观测目标点P的水平方向观测值和垂直方向观测值Y BPJ Q BP ; 三维坐标计算模块，用于计算目标点P的三维坐标，具体为，设水平角α、β为
6.根据权利要求5所述的复合式精度测量坐标系的转换和统一系统，其特征在于，坐标计算装置包括如下模块: 经纬坐标计算模块，用于在经纬仪测量坐标系中计算公共基准点的经纬坐标； 机床坐标计算模块，用于在机床测量坐标系中计算公共基准点的机床坐标。
7.根据权利要求5所述的复合式精度测量坐标系的转换和统一系统，其特征在于，坐标系转换装置包括如下模块: 坐标转换模块，用于将经纬仪测量坐标转换为机床测量坐标，具体为，设经纬仪测量坐标系O-XYZ先平移(Xtl, Y0, Z0)再旋转(ε χ，ε y，ε z),最后缩放k倍后，转换到机床测量坐标系O' -V Y' V，则公共基准点在O-XYZ中的坐标为(X，Y，Z)，在O' -V Y' V中的坐标为(X'，V ,1')； 矩阵方程计算模块，用于计算坐标转换后矩阵方程，
8.根据权利要求5所述的复合式精度测量坐标系的转换和统一系统，其特征在于，在坐标计算装置中采用靶标球作为基准物来计算公共基准点的坐标。
【文档编号】G01C1/02GK103673976SQ201310643714
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月3日 优先权日:2013年12月3日
【发明者】倪俊, 陈小弟, 汤红涛, 陈伟男 申请人:上海卫星装备研究所