本发明专利技术提供了一种激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法及系统，包括：使用四台激光跟踪仪组网架构面向待测空间点位测量的多边测量场；综合考虑靶标在待测空间中的可移动范围以及测量场的观测范围，基于Hammersley序列生成候选校准点集合，与待测点集合并为测量点集合；测量过程中多台激光跟踪仪实时跟踪靶标的位置；以空间均匀度为基本准入原则生成面向待测点坐标解算的特定校准点集合，使用该校准点集合对应的测距数据集进行待测点的空间坐标解算。本发明专利技术提出的坐标解算方法避免了传统激光跟踪仪多边测量场基站位置标定结果的影响，提升了坐标解算的精度与鲁棒性，算法稳定强，对不同工业测量场景的适应性强。
1、在大尺度高柔性加工制造领域，大尺寸多轴机床及工业机器人应用十分广泛，其空间误差综合反映了设备的加工能力，限制了其工业应用场景。基于激光跟踪仪的空间误差标定是常用的机床及机器人空间误差校准方法，本质归属工业三维坐标测量问题。单台激光跟踪仪能在自身固有的测量坐标系中标定靶标的球坐标方位。在单台激光跟踪仪直接输出靶标的球坐标标定结果中，其距离值通过高精度激光干涉测距得到，精度高，不确定度较小，但两个角度值精度相对较低，也使得单台激光跟踪仪不能直接用于高精度的机床及工业机器人标定。
2、基于多台激光跟踪仪组建多边测量场的空间误差标定是常用的机床及机器人空间误差校准方法。该方法的基本思路是在空间内四个及以上的非共线非共面位置设置激光跟踪仪基站，同时观测一个靶标位置。针对四台干涉测距模式的激光跟踪仪组网模式，传统的三维坐标解算模型分为两个步骤。第一步是测量场基站位置及死径标定，需要至少16个校准点参与非线性最小二乘优化问题的迭代计算。第二步是基于第一步的标定结果进行待测点坐标计算，四个激光跟踪仪为测量场内任意空间点的三维位置解算提供了计算冗余度。值得注意的是，传统坐标解算模型在前期测量场标定过程中，无论多少校准点参与基站位置迭代，测量场位置及死径标定始终与实际空间位置存在偏差，而这一标定的误差会成为第二步空间点坐标解算的系统性偏差。
>3、专利文献cn111811396a(申请号：202010530001.2)公开了一种基于平面约束的多边法激光跟踪三维坐标测量方法。通过在传统多边测量场中引入平面约束，为模型提供冗余的优化方程，提高多边系统的标定精度，进而提高多边系统对空间点三维坐标测量的精度。该方法需要增加多个光学面包板作为额外的校准设备，能够对测量场参数标定起到一定的精度提升作用，但其算法后续的平面拟合也引入了新的误差因素，且无法避免测量场参数标定对于后续点坐标解算的系统性影响。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法及系统。
2、根据本专利技术提供的一种激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，包括：
3、步骤s1：搭建激光跟踪仪多边测量场；
4、步骤s2：基于hammersley序列[h]m×n生成候选校准点集合，与待测点集合合并为实测测量点集合；
5、步骤s3：利用多台激光跟踪仪实时跟踪靶标的位置，输出各实测测量点处的距离测量值；
6、步骤s4：基于hammersley序列生成参考校准点集合，计算参考校准点集合的点平均距离，以空间均匀度为基本准入原则从候选校准点集合中筛选面向各待测点坐标解算的特定校准点集，使用特定校准点集对应的测距数据集进行各待测点的空间坐标解算。
7、优选地，所述步骤s1采用：
8、将多台激光跟踪仪连接组网，且多台激光跟踪仪固定于预设的基站位置；
9、所述多台激光跟踪仪在待测空间中的摆放位置不能共面；任意三台激光跟踪仪的位置不能共线；同时，校核当前多边测量场的可测空间范围与测量条件。
10、优选地，所述步骤s2采用：
11、步骤s2.1：生成维度为m，长度为n的hammersley序列[h]m×n；
12、步骤s2.2：依据待测空间范围对生成的hammersley序列进行区间放缩，生成候选校准点集合pcc＝{pcc,i},i＝1,2,…,n；
13、步骤s2.3：合并候选校准点集合pcc与待测点集合pm＝{pm,k},k＝1,2,…,k为实测测量点集合。
14、优选地，所述步骤s3采用：
15、步骤s3.1：依据测量仪器实际情况设置靶标在各实测测量点处的停止时间，依据实测测量点的标称空间坐标值编写机床数控系统可识别的nc程序；
16、步骤s3.2：调节四台跟踪仪的俯仰角以及方位角使其锁定固定在运动装置末端的靶标；
17、步骤s3.3：控制机床各运动轴运动至极限测量位置，若存在断光现象，则需重新调节摆放的基站位置、各基站位置处跟踪仪的姿态或更正可测量的空间范围，直至各轴运动范围内均不发生断光现象，判定为多边测量场测量条件充分；
18、步骤s3.4：当多边测量场测量条件充分时，则运行nc程序，记录各实测测量点处多台跟踪仪输出的距离测量值，直至nc程序运行完毕。
19、优选地，所述步骤s4采用：
20、步骤s4.1：生成参考校准点集合pcr并计算任意两点之间的平均距离
21、生成维度为m，长度为nc的hammersley序列依据待测空间范围进行放缩，生成包含nc个点的机床坐标系下的参考校准点集合pcr＝{pcr,i},i＝1,2,…,nc，计算校准点集合中任意两点的距离并求平均值：
22、
23、步骤s4.2：为待测点pm,k坐标解算选择第一个特定校准点pck,1；
24、遍历候选校准点池pcc＝{pcc,i},i＝1,2,…,n，以λ1为准入原则选择第一个特定校准点pck,1：
25、
26、其中，ls,i＝||pcc,i-pm,k||2,i＝1,2,…,n；选择完毕后将pck,1移出pcc候选点池；
27、步骤s4.3：为待测点pm,k坐标解算选择其余nc-2个特定校准点；
28、选择第j个校准点pck,j,j＝2,3,…,nc-1，此时前j-1个校准点已通过前置步骤选择完毕，pcc候选点池中包含n-j-1个候选校准点；
29、从当前pcc候选点池中选择pcc,i,i＝1,2,…,n-j-1，与已选择的j-1个校准点以及待测点pm,k构成临时点集合s＝{pm,k；pck,1；pck,2；…；pck,j-1；pcc,i}；
30、记s＝{xtemp,m},m＝1,2,…,j+1，计算此临时校准点集合s中点xtemp,m,m＝1,2,…,j+1对应的独占球直径：
31、
32、以xtemp,m,m＝1,2,…,j+1为圆心，以r(xtemp,m)＝m(xtemp,m)/2为半径的独占球体积可通过下式计算：
33、
34、已知待测空间为a，其包含了所有的待测点及候选校准点{pcc,pm}∈a，容积记为v(a)，则对应于点pcc,i,i＝1,2,…,n-j-1的临时校准点集合s的空间均匀度可通过下式计算：
35、
36、遍历pcc候选点池中的n-j-1个候选校准点，第j个校准点pck,j的准入原则为λ2：
37、λ2＝max(λu)
38、选择完毕后将pck,j移出候选点池pcc，进行第j+1个校准点的选择，直本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤S1采用：
3.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤S2采用：
4.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤S3采用：
5.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤S4采用：
6.根据权利要求5所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤S4采用：
7.一种激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算系统，其特征在于，所述模块M1采用：
9.根据权利要求7所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算系统，其特征在于，所述模块M2采用：
10.根据权利要求7所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算系统，其特征在于，所述模块M4采用：
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【技术特征摘要】
1.一种激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤s1采用：
3.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤s2采用：
4.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤s3采用：
5.根据权利要求1所述的激光跟踪仪多边测量场的优化坐标解算方法，其特征在于，所述步骤s4采用：
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【专利技术属性】
技术研发人员：黄诺帝，侯丽瑶，朱利民，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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