基于关节臂式坐标测量机的某飞行器装配测量方法研究

论文摘要

飞行器装配是航天工业领域中的重要环节,装配质量的高低将直接影响到飞行器的姿态及轨道的控制。某型号飞行器尺寸较大、结构复杂,对其装配测量属于大尺寸几何量测量范畴。关节臂是一种新型的坐标测量机,具有灵活轻便,效率高,能够实现对复杂结构和隐蔽点的测量等特点。因此研究利用关节臂是坐标测量机实现某型号飞行器装配测量方法并开发专用测量软件对于提高飞行器的装配质量和效率具有重要的应用价值。首先,本文阐述了飞行器装配的现状以及常见坐标测量系统的测量原理,对关节臂的组成、原理和特点做了分析介绍;根据实际被测体外形特点提出采用关节臂并配合CAM2软件获取空间特征点的坐标;研究了坐标系建立的方法并针对具体的长度量和角度量的测量设计了相应的方案。其次,研究了空间线面的拟合算法,推导了最小二乘模型,对于拟合结果的选取以及计算中特殊情况的处理做了详细的阐述;对空间圆的方程组进行了线性化处理,并利用广义逆矩阵法解出圆参数的最小二乘解;同时对空间角度、距离以及投影等参量计算进行了说明。然后在VB6.0平台上开发了专用测试软件,并对软件中数据的读写,测头补偿等功能的实现做了详细叙述。该软件界面友好并且可以“一键式”输出测量结果,极大提高了测量的便捷性。最后,结合测量数据,对专用软件的计算结果与CAM2软件的计算结果做了对比实验,验证了设计的测量方案及编写的软件达到了预期的目的,为后续工作的开展奠定了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 大尺寸测量技术研究现状
• 1.2.1 正交坐标系坐标测量系统
• 1.2.2 非正交坐标系坐标测量系统
• 1.3 飞行器装配测量现状
• 1.3.1 经纬仪和立方镜组合测量法
• 1.3.2 激光跟踪仪多站组合测量法
• 1.3.3 现有方法存在的不足
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第2章 基于关节臂的测量系统方案设计
• 2.1 测量项目概述
• 2.2 关节臂坐标测量原理
• 2.3 测量方案设计
• 2.3.1 测量系统总体设计
• 2.3.2 特征点坐标测量方法
• 2.3.3 测量相关坐标系的建立
• 2.3.4 长度量测量方案设计
• 2.3.5 角度量测量方案设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 测量数据处理的数学方法
• 3.1 空间线面拟合
• 3.1.1 空间直线拟合
• 3.1.2 空间平面拟合
• 3.1.3 空间圆线（圆面）拟合
• 3.2 空间参数计算
• 3.2.1 空间点到平面的距离
• 3.2.2 空间点到直线的距离
• 3.2.3 空间异面直线距离
• 3.2.4 直线与直线的夹角
• 3.2.5 直线与平面的夹角
• 3.2.6 向量投影计算
• 3.3 空间坐标系变换
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统专用测量软件设计
• 4.1 开发平台简介
• 4.2 软件设计原则
• 4.3 系统软件总体设计
• 4.4 软件操作功能设计
• 4.4.1 读写功能模块设计
• 4.4.2 测头补偿模块设计
• 4.4.3 软件其它功能设计
• 4.5 软件操作界面设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 实验结果及分析
• 5.1 实验条件
• 5.2 实验内容及分析
• 5.2.1 基本长度测量实验分析
• 5.2.2 轨控推力轴线相关量测量实验分析
• 5.2.3 坐标系角度偏差测量实验分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢