基于场模型和关键特性的大尺寸球坐标测量系统优化配置方法

测量系统配置是大型产品加工与装配中实现精确高效测量及质量控制的一个共性问题，目前主要依赖于现场实验，耗时长、费用高，而现有仿真法又存在无障碍物约束的规则布局、没有考虑现场温度分布导致测量模型过于简化、性能指标主要采用点不确定度难以与设计制造相协调等局限。本项目提出基于场模型和关键特性的优化配置思想，通过建立能够表达有障碍、有温度梯度的复杂现场环境的多维度场模型，形成设计、制造和测量的闭环数字链，在现场部署之前的规划阶段进行测量系统的初步和详细配置。初步配置中提出基于虚拟力场进行空间可视性分析并优化求解仪器位置可行域，在详细配置中提出通过能够表征距离和温度双因素的测量模型更加精确地仿真测量点，并以关键特性不确定度为指标优化求解仪器在可行域中的最终位置。研究成果将有助于揭示球坐标测量系统的配置参数与空间及精度性能的内在规律，为面向任务的大型零部件测量系统快速、精确部署提供理论指导和技术支持。

精确、快速和易用的测量系统配置是大型零部件制造中的一个紧迫需求，它主要包含两个阶段：测量系统初步配置与测量系统详细配置。国内外对这类问题的研究都很重视。我们针对测量系统配置的问题进行了深入的研究。首先，我们提出了包含几何场、力场、温度场及不确定场等主要层次的多维度测量场模型，形成了具有通用指导意义的多维度测量场模型框架；然后，以测量场中几何场模型为基础，以包络和可视空间为优化目标，提出了有障碍约束下基于人工势场的测量仪器位置可行域求解方法，能够较准确得到完成测量任务的站位点/区域。其次，根据初步配置得到的初始站位/区域信息，以多关键特性综合不确定最小为优化目标，建立了以每个关键特性不确定度满足测量任务的规范要求、每台仪器的可行域为约束条件并考虑非均匀温度场的仪器详细配置优化模型，基于群体智能优化理论的位置求解方法实现了测量系统的自动详细配置。最后，在数字化制造平台软件(CATIA)上，开发实现了初步配置及详细配置优化方法的软件模块，形成了基于CATIA的集成大尺寸测量软件（I-LVMS），并以某飞船、某大飞机零部件的装配测量任务为案例，验证了本项目方法及软件工具的有效性，部分成果已转化应用于实际生产。