计量学报000107
计量学报
ACTA METROLOGICA SINICA
2000 Vol.21 No.1 P.34～39
工业动态跟踪测量的原则与技术特点
王佳 刘永东 梁晋文
摘 要：叙述了工业动态跟踪测量的特征和内容,提出了实现动态跟踪测量的基本目标和任务。并且介绍了测量的原理、原则、方法和虚拟坐标系的建立以及冗余测量配置与测量方法、测量系统的自标定、实用测量系统的技术特点等。最后对动态跟踪测量的发展趋势进行讨论。
关键词：动态跟踪测量； 激光跟踪； 自标定； 冗余测量
分类号：TB92 文献标识码：A
Main Principles and Technological Characteristics for
Industrial Dynamic Tracking Measurement
WANG Jia, LYU Yong-dong, LIANG Jin-wen
（Department of Precision Instruments and Mechanology, Tsinghua University, Beijing 100084）Abstract：This paper presents the characteristics and concepts of dynamic tracking measurement used for industrial purpose and puts forward the basic targets and tasks for the actualization of dynamic measurement. Meanwhile, the paper also gives a more detailed discussion about the key techniques related to dynamic tracking measurement, such as: the measuring principle and method, establishment principle of the virtual coordinate system , self-calibration principle, the redundancy design and allocation principle, etc. Finally, the developing trend of laser tracking system for dynamic measurement is also discussed.
Key words：Dynamic tracking measurement; Laser tracking; Self-calibration; Redundancy measurement▲1 引言
在大型机械设备的制造、安装过程中，大型工件的几何尺寸和形位误差的测量和质量控制，是保证整套设备质量的关键因素之一。因而，大型零部件、组装件的整体外形几何参数和形位误差的测量以及加工现场的在位测量成为亟待解决的问题。然而，针对大型工件几何尺寸测量(如发电机的5～6m外径)，通常所采用的测量方案属于有导轨测量，测量装置中需要配备与工件尺寸相当的长导轨［1］。但是，对于更大型工、部件的几何尺寸和空间位置关系的测量，如飞机机翼或船体装配、大型水轮发电机组动子直径(达20m)的测量，由于无法在加工现场架设相应长度的导轨，研制的仪器难以完成测量要求。而对于大范围的运动物体位置和姿态(以下简称位姿)的实时测量，如机器人执行器(终端效应器)、导弹发射的初始姿态监测及标定等，更是缺乏有效的测量手段；传统的三坐标测量机(CMM)的测量范围有限(一般不超过2m)，电子经纬仪工作站的测量精度随测量距离增加而下降，且两者均为静态或极低速的测量。因此，在原有“大尺寸测量”研究的基础上，进行运动目标激光动态跟踪测量系统的研究，旨在满足由于实际发展需要和科技的进步，工业技术领域对于工件或目标空间形位测量所提出的新的测量要求：(1)高精度、大型、重型工件的无导轨测量；(2)动态实时跟踪测量；(3)全姿态测量等。
动态跟踪测量多数是以军事需求为动力而发展起来的，如激光雷达，靶场光电跟踪经纬仪，红外制导系统等。本文所讨论的内容仅限于工业大尺寸测量，工业领域的动态跟踪测量还是一个新课题。虽然工业动态几何参数测量的研究已经有所开展，但主要限于一维时间周期性动态几何参数的测量，如：线纹尺圆度、径向跳动在线动态测量，机械振动振幅和相位测量等。本课题所讨论的是广义三维空间中运动目标位姿的实时跟踪测量，即运动目标轨迹可以是无规则的随机运动路径。动file:///E|/qk/jlxb98/jlxb2000/0001/000107.htm（第 1／7 页）2010-3-23 0:55:29