大尺寸三坐标测量转站热变形误差补偿优化技术研究

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作为在飞机数字化装配领域应用广泛的三坐标测量仪器,激光跟踪仪拥有高精度、高效率等优点。在飞机装配过程中,需要频繁利用公共观测点对激光跟踪仪转站,计算出测量坐标系与装配坐标系之间的转站参数,从而将测量坐标系转换到装配坐标系下。本论文以某机型数字化装配重点科研项目为依托,从激光跟踪仪测量系统、转站误差等方面对提高跟踪仪转站精度技术进行了研究,并着重研究了公共观测点的热变形补偿技术。第一章介绍了数字化测量技术国内外发展现状,激光跟踪仪测量系统以及在数字化装配领域的应用。论述了研究激光跟踪仪转站测量背景和热变形补偿技术的意义,最后给出课题的主要研究内容。第二章介绍了激光跟踪仪测量系统,数字化装配系统中的装配坐标系、测量坐标系、设备坐标系,说明了激光跟踪仪的转站原理,利用SVD法求解转站参数。第三章章从理论上分析了造成转站误差的因素,总结归纳激光跟踪仪在工程应用中测量误差的构成并提出了减小转站误差措施,最后结合转站误差给出了转站精度的评价方法。第四章针对各个ERS点的在不同方向上热变形规律不一致的情况,利用单位温度下热变形补偿系数矩阵补偿ERS点,建立关于补偿后ERS点的多目标优化函数,并利用Levenberg-Marquardt(LM)优化求解,实验表明能够达到有效的补偿效果。第五章分析了求解单位温度下热变形系数矩阵三种方法,比较各方法的转站误差、转站参数相对未补偿转站的变化和热变形系数矩阵随ERS点个数的变化。说明了三种方法的使用场合及条件。第六章总结了本文的研究内容,对需要进一步研究的几个方面进行了展望。
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