大尺寸空间测量中转站误差分析与估计

第４９卷第４期２０１５年４月浙　江　大　学　学　报（工学版）ＪｏｕｒｎａｌｏｆＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅ）Ｖｏｌ．４９Ｎｏ．４Ａｐｒ．２０１５收稿日期：２０１４１０２１．浙江大学学报（工学版）网址：ｗｗｗ．ｊｏｕｒｎａｌｓ．

ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ／ｅｎｇ基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１３７５４４２）．

作者简介：金涨军（１９８５—），男，博士生，从事飞机装配数字化测量技术的研究．Ｅ‐ｍａｉｌ：ｌｅｏｐａｒｄ８５＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎ

通信联系人：俞慈君，男，讲师．Ｅ‐ｍａｉｌ：ｙｕｐｐｙ＠ｚｊｕ．ｅｄｕ．ｃｎＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００８‐９７３Ｘ．２０１５．０４．００７

大尺寸空间测量中转站误差分析与估计

金涨军，李江雄，俞慈君，柯映林

（浙江大学机械工程系，浙江杭州３１００２７）

摘　要：为了评价飞机装配过程中大尺寸测量系统的现场测量精度，介绍了激光跟踪仪转站测量的基本原理．通过

分析激光跟踪仪转站过程中的测量误差传递过程，提出对转站参数误差和转站误差的理论估计模型．该模型描述

了公共观测点的配置和激光跟踪仪对公共观测点的测量误差对转站精度的影响．基于该模型，实现了对转站参数

误差和转站误差的不确定度评定．利用蒙特卡洛方法对激光跟踪仪转站过程进行模拟，验证了提出的转站参数误

差不确定度评定方法和转站误差估计方法的正确性．

关键词：大尺寸测量；激光跟踪仪；转站参数误差；不确定度估计；蒙特卡洛仿真

中图分类号：ＴＨ１６５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８９７３Ｘ（２０１５）０４０６５５０７

Ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｅｒｒｏｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｏｎｉｎｌａｒｇｅ‐ｖｏｌｕｍｅｍｅｔｒｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍ

ＪＩＮＺｈａｎｇ‐ｊｕｎ，ＬＩＪｉａｎｇ‐ｘｉｏｎｇ，ＹＵＣｉ‐ｊｕｎ，ＫＥＹｉｎｇ‐ｌｉｎ

（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｌａｒｇｅ‐ｓｃａｌｅｍｅｔｒｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍｉｎａｉｒｃｒａｆｔａｓｓｅｍｂｌｙ．Ｔｈｅｎａｎｅｘｐｌｉｃｉｔｍｏｄｅｌｗａｓｄｅｒｉｖｅｄｔｏｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｅｒｒｏｒｓａｎｄｔｈｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ．Ｔｈｅｍｏｄｅｌｒｅｖｅａｌｓｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｌａｙｏｕｔｏｆｔｈｅｅｎｈａｎｃｅｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｙｓｔｅｍ（ＥＲＳ）ｐｏｉｎｔｓａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｓｏｆｔｈｅＥＲＳｐｏｉｎｔｓｏｆｔｈｅｌａｓｅｒｔｒａｃｋｅｒ．Ｔｈｅｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｅｒｒｏｒｓａｎｄｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｅｒｒｏｒｗｅｒｅｆｕｌｆｉｌｌｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄｅｒｉｖｅｄｍｏｄｅｌ．Ｍｏｎｔｅ‐Ｃａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｖａｌｉｄａｔｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｒｇｅ‐ｓｃａｌｅｍｅｔｒｏｌｏｇｙ；ｌａｓｅｒｔｒａｃｋｅｒ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｅｒｒｏｒ；ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ；Ｍｏｎｔｅ‐Ｃａｒｌｏｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ

飞机装配是整个飞机制造过程中最重要的环

节，装配劳动量占整个飞机制造劳动量的５０％以

上，是决定飞机质量的关键工艺流程［１］．为了提高飞机装配的精度，现代飞机装配技术大量使用了高精度的大尺寸测量设备，比如激光跟踪仪［２］．由于大飞机部件以及现场工装设备的遮挡，单台激光跟踪仪

无法在一个站位完成对整个装配对象的测量．因此，需要采用多台激光跟踪仪协同工作或者单激光跟踪仪多站位的工作方式来满足飞机装配现场的测量任

务需求．为了便于测量结果和飞机数模直接比较，来

自不同（或不同站位）激光跟踪仪的测量数据需要转

换到统一的飞机装配坐标系下．建立激光跟踪仪测