1、在先進(jìn)工業(yè)制造領(lǐng)域（例如航空航天、船舶、高鐵、汽車等）中等或大尺寸目標(biāo)的三維幾何測(cè)量必須具備簡(jiǎn)單并快速完成的特點(diǎn)。至今，基于不斷革新的測(cè)量技術(shù)（例如光學(xué)、機(jī)械、電磁方面等），新的測(cè)量方法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念不斷地被研究與創(chuàng)新以實(shí)現(xiàn)上述要求。盡管如此，大多數(shù)測(cè)量系統(tǒng)不得不面對(duì)測(cè)量場(chǎng)景條件、操作人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、測(cè)量時(shí)間和空間、測(cè)量精度、可攜帶性等約束問(wèn)題。而解決或優(yōu)化這些問(wèn)題關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)出具有快速測(cè)量、高自動(dòng)化、高精度、測(cè)量范圍可擴(kuò)展和抗環(huán)境干擾

2、的測(cè)量系統(tǒng)。基于上述設(shè)計(jì)理念，本論文針對(duì)中等或大尺寸規(guī)則工件，提出基于集成分布式移動(dòng)激光掃描技術(shù)的大空間動(dòng)態(tài)坐標(biāo)測(cè)量方法，從而實(shí)現(xiàn)工件多個(gè)大尺寸關(guān)鍵特征表面輪廓的自動(dòng)快速同步采樣，對(duì)分布在不同空間位置的大尺寸特征間幾何關(guān)系的動(dòng)態(tài)描述。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)融入了虛擬基準(zhǔn)的思想，使得系統(tǒng)測(cè)量具有柔性，測(cè)量范圍更易擴(kuò)展延拓，更適應(yīng)于集成多個(gè)規(guī)則特征的大尺寸工件在線測(cè)量。
　　本論文所取得的創(chuàng)新性成果主要體現(xiàn)在：
　?。?）將大空間動(dòng)態(tài)坐標(biāo)

3、測(cè)量方法與大尺寸虛擬測(cè)量環(huán)境相結(jié)合，建立既保持基準(zhǔn)特征又能夠體現(xiàn)激光掃描路徑軌跡變化的虛擬測(cè)量基準(zhǔn)面，從而使得系統(tǒng)測(cè)量范圍具有主動(dòng)并柔性擴(kuò)展的能力。同時(shí)，大尺寸虛擬測(cè)量基準(zhǔn)面的建立實(shí)現(xiàn)了在大空間內(nèi)不同關(guān)鍵特征點(diǎn)間動(dòng)態(tài)幾何關(guān)系的實(shí)時(shí)表達(dá)、不同大尺寸特征間三維幾何關(guān)系的精確描述。
　?。?）針對(duì)大尺寸規(guī)則特征，建立具有一般線性特點(diǎn)的激光掃描路徑自動(dòng)規(guī)劃的模型。該模型以虛擬測(cè)量基準(zhǔn)面為參考，將相鄰路徑關(guān)鍵點(diǎn)的幾何關(guān)系以立體空間分解方法正

4、交分解，并計(jì)算出其相對(duì)于基準(zhǔn)面的偏移量，以此估計(jì)出下一處激光掃描儀的空間位置，從而逐步自動(dòng)生成體現(xiàn)被測(cè)特征幾何變化的路徑軌跡。在標(biāo)識(shí)的激光掃描視角前提下，該路徑規(guī)劃模型實(shí)現(xiàn)了大尺寸關(guān)鍵區(qū)域輪廓的快速采樣，并使得激光掃描儀相對(duì)于被測(cè)區(qū)域的空間位置接近最佳距離，從而保證了獲取點(diǎn)云的質(zhì)量。最后，該模型以整體優(yōu)化掃描策略完成了局部缺失區(qū)域的填補(bǔ)。
　?。?）在三維幾何特征檢測(cè)的初期，建立描述總檢測(cè)成本與采樣樣本量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，以輔助

5、完成測(cè)量策略規(guī)劃。該數(shù)學(xué)模型是在采樣模型確立之后，通過(guò)分析總檢測(cè)成本與采樣樣本量的理論關(guān)系，來(lái)優(yōu)化并確定對(duì)被測(cè)特征檢測(cè)的最佳采樣樣本量，從而權(quán)衡出測(cè)量成本與檢測(cè)誤差成本之間的臨界區(qū)域，近似實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)特征的最低成本檢測(cè)。
　?。?）通過(guò)設(shè)計(jì)加工的工件制品，建立評(píng)價(jià)激光掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)對(duì)獲取的點(diǎn)云質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。該?shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头謩e測(cè)試了激光掃描系統(tǒng)相對(duì)于被測(cè)區(qū)域的掃描深度、掃描視角、移動(dòng)速度、掃描路徑以及自身溫度對(duì)工件交叉邊緣的拐點(diǎn)

6、、角點(diǎn)等關(guān)鍵特征定位精度的影響。
　　本論文將分布式移動(dòng)激光掃描技術(shù)分別集成到大尺寸規(guī)則工件動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度快速測(cè)量系統(tǒng)、大尺寸工件多規(guī)則特征目標(biāo)三維幾何測(cè)量系統(tǒng)中，開(kāi)發(fā)并部署相應(yīng)的輔助測(cè)量軟件，構(gòu)建了大尺寸三維虛擬測(cè)量場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)了工件多特征的同步分散測(cè)量和集中處理的策略，測(cè)量信息與設(shè)計(jì)信息能夠自由流動(dòng)并具有互操作性。在工業(yè)制造現(xiàn)場(chǎng)，以不同類型典型的中等和大尺寸工件對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)的測(cè)量節(jié)拍、測(cè)量精度和測(cè)量可靠性均滿足