数字化三维间隙测量系统的精度标定装置及方法

本发明属于精密测量技术领域，具体涉及一种数字化三维间隙测量系统的精度标定装置及方法。

背景技术：

飞机装配是飞机制造过程的龙头、关键和核心，牵动飞机研制各个环节，直接影响飞机的最终质量、制造成本和研制周期。翼身对接装配是飞机装配的重要环节之一，翼身装配间隙分布状态很大程度上决定翼身装配体的疲劳寿命与可靠性，装配间隙测量与控制成为翼身对接装配工艺面临的共性关键问题。

翼身对接装配间隙测量难题的根源在于对接区域装配间隙的狭长分布特性。对该区域的间隙测量，通常是操作员通过油腔口盖钻入中央翼内，采用塞尺的方式进行检测。然而，该区域的操作空间较小，对操作人员的身高与体形都有要求，需要配备特殊的操作人员。为保证翼身对接质量，外翼通常需要调整多次，且每调整一次都要将间隙测量一次，操作过程十分耗时耗力，成为翼身对接批产提速的技术瓶颈。

鉴于翼身对接缝的高刚度特性，基于数字化的间隙测量方法有着现实的可行性。数字化间隙测量方法是通过获取对接部件之间的相对位姿关系，从而间接求解翼身间隙。

通过数字化三维测量可以获取狭长区域之间的间隙，但是对数字化三维测量系统的精度标定目前还没有合适的方法，现阶段对数字化三维测量系统的精度仍然通过人工测量结果来评价，这种方法的标定精度会随着现场工人的状态而产生变化，不具备稳定性与准确性。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种用于数字化三维测量系统的精度标定装置及方法，能够对数字化三维测量系统的精度标定，标定结果具有稳定性和准确性。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

一种用于数字化三维测量系统的精度标定装置，包括平台3，平台3上固定有支撑2，支撑2上端连接有第一平板11；平台3上固定有多自由度位移台4，多自由度位移台4上连接有第二平板12，第二平板12和第一平板11配合；

所述的第一平板11固定，第二平板12在空间中具有六个自由度；

进行标定时，通过多自由度位移台4控制第二平板12进行移动，将数字化三维测量系统所求出的间隙值与理论值作比较，对数字化三维测量系统所测出的间隙值进行标定。

利用所述的一种用于数字化三维测量系统的精度标定装置的方法，包括以下步骤：

步骤1、将第一平板11与第二平板12贴合，使得两者之间的间隙为0；

步骤2、控制多自由度位移台4进行运动，使得第二平板12在空间中产生位姿变化，记录第二平板12沿xyz方向移动的距离以及旋转角度，将此时第一平板11与第二平板12之间的间隙作为理论值g0；

步骤3、使用数字化三维测量系统求解第一平板11与第二平板12之间的间隙g1，并与理论值g0相减，得到数字化三维测量系统的误差err＝g1-g0。

所述的步骤2具体为：第二平板12沿x轴移动的距离为lx，第二平板12沿y轴移动的距离为ly，第二平板12沿z轴移动的距离为lz，第二平板12绕xyz轴的旋转角度分别为α、β、γ，使用p1表示第二平板12的初始坐标矩阵，使用p2表示第一平板11的初始坐标矩阵，通过公式计算位移后的第二平板12的坐标矩阵：

pnew＝r·p1+t

其中，r为旋转矩阵，t为平移矩阵，表示为：

t＝[lxlylz]^t

获取到位移后第二平板12的坐标矩阵，与第一平板11的坐标矩阵进行相减，得到第一平板11与第二平板12之间的间隙分布作为理论值g0，即g0＝pnew-p2。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明装置基于多自由度位移台4的高精度位移控制，闭环反馈分辨率为1nm，重复定位精度10m，角度控制闭环反馈分辨率1u°；重复定位精度50u°，可于0-100℃下工作。

通过本发明装置对数字化三维测量系统进行标定时，本装置可以模拟狭长空间的三维间隙分布状态，保证数字化三维测量系统的准确性，标定精度具有稳定性，平板之间的间隙理论误差为1nm-10nm，数字化三维测量系统的精度通常在10μm-5000μm之间，使用温度在0-100℃，本发明满可应用于数字化三维测量系统的标定。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参照图1，一种用于数字化三维测量系统的精度标定装置，包括平台3，平台3上固定有支撑2，支撑2上端连接有第一平板11；平台3上固定有多自由度位移台4，多自由度位移台4上连接有第二平板12，第二平板12和第一平板11配合；

所述的第一平板11固定，第二平板12在空间中具有六个自由度；

进行标定时，通过多自由度位移台4控制第二平板12进行移动，将数字化三维测量系统所求出的间隙值与理论值作比较，利用多自由度位移台4对平面内距离的控制精度达到1nm—10nm的特性，来对数字化三维测量系统所测出的间隙值进行标定。

利用所述的一种用于数字化三维测量系统的精度标定装置的方法，包括以下步骤：

步骤1、将第一平板11与第二平板12贴合，使得两者之间的间隙为0；

步骤2、控制多自由度位移台4进行运动，使得第二平板12在空间中产生位姿变化，记录第二平板12沿xyz方向移动的距离以及旋转角度，将此时第一平板11与第二平板12之间的间隙作为理论值g0；

具体为：第二平板12沿x轴移动的距离为lx，第二平板12沿y轴移动的距离为ly，第二平板12沿z轴移动的距离为lz，第二平板12绕xyz轴的旋转角度分别为α、β、γ，使用p1表示第二平板12的初始坐标矩阵，使用p2表示第一平板11的初始坐标矩阵，通过公式计算位移后的第二平板12的坐标矩阵：

pnew＝r·p1+t

其中，r为旋转矩阵，t为平移矩阵，表示为：

t＝[lxlylz]^t

获取到位移后第二平板12的坐标矩阵，与第一平板11的坐标矩阵进行相减，得到第一平板11与第二平板12之间的间隙分布作为理论值g0，即g0＝pnew-p2；

步骤3、使用数字化三维测量系统求解第一平板11与第二平板12之间的间隙g1，并与理论值g0相减，得到数字化三维测量系统的误差err＝g1-g0。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。