《工业测量系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业测量系统（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工业测量系统摘要:工业测量是现代工业技术的主要组成部分，是测绘学科的重要分支。目前主要介绍了除经纬仪外 的五种工业测量系统包括全站仪极坐标测量系统、坐标测量机系统、数字近景摄影测量系统、激光跟踪测 量系统、激光扫描测量系统的原理、特点及最新进展。关键词：工业测量系统；全站仪极坐标测量系统；坐标测量机系统；数字近景摄影测量系统；激光跟 踪测量系统；激光扫描测量系统1前言随着现在科技的迅猛发展，特别是计算机技术、通信技术等的发展，在我们测绘领域出 现了很多的技术创新。其中工业测量系统就是应用广阔、测量精度高、简单方便的一种测量 新技术。2工业测量系统分类二十世纪八十年代开始，工业测量系统在现代工业
2、部门得到广泛的应用。根据所用的测 量仪器的不同，可分为三坐标测量机系统、电子经纬仪工业测量系统、全站仪极坐标测量系 统、数字近景摄影测量系统、激光跟踪测量系统、激光扫描测量系统等。2.1.三坐标测量机系统三坐标测量机系统又包括了固定式的三坐标测量机（如图1）和便携式的关节式坐标测 量机（如图2）。三坐标测量机是指在一个三维空间内，能够对几何形状、长度等进行测量的仪器，它是 传统通用三维坐标测量仪器的代表，通过测头沿导轨的直线运动来实现精确的坐标测量。目 前，通过计算机自动控制的运用，计算机数字控制测量机已经出现并在生产实践中得到广泛图1坐标式测量机的应用。具有自动瞄准定位的功能同时能按照预先编
3、制好的程序自动完成全部 测量和计算过程。其优点是测量精度高、效率高、操作便捷、应用广；其不足 是属于接触式测量，对非刚体的测量误差大，同时是固定的，只适合室内作业, 适用性弱。因此，一般测绘单位已经不配备这类仪器，只在工厂等生产单位使 用。便携式-关节臂式三坐标测量机取代传统的直尺/卷尺/测径器/千分尺/深 度计/直径仪器/测隙规/厚薄规/柱形测孔规/显示测径器/标尺角度测量器甚至 小型台式三坐标测量机。是专为现场测量而设计，是当下通用的在线检测、数字化和质量验证的现代化检测工具。2.3全站仪测量系统特点：极坐标法坐标测量系统的仪器设站非常方便和灵活，测程较远，实际上在100m 范围内的精度可
4、达到士 0.5mm左右，因此特别适用于钢架结构测量和造船工业等中等精度要 求的情况发展：早在1990年之前，瑞士 Leica二公司就推出了商业化系统PCMSplus，其全站仪 采用TC2002，测角精度为0. 5”测距标称精度为1 mm+lpp。用掌上计算机配合微机推出的一 个产品为DCA-TC。其中DCP10软件装入掌上计算机用于控制TC2002进行数据采集和一般性 处理，DCP20软件运行在微机上进行测量数据的综合处理和分析。图3目前，被称为测量机器人的带自动照准和自动识别目标（ATR）技术的全站仪如图己出现并广为应用（如图3TDA5005）。Leica的构成的系统在120米范围内使用精密
5、角偶 棱镜（CCR）的测距精度能达到0. 2mm; 日本S0KKIA公司推出了MONMOS全站仪测量系统，采用NET1200全站仪在100 米范围内对反射片测量精度优于0. 7mm。由于一般必须要有合作目标（如棱镜或反射片）才能测距，所以它无法直接测量目标点测距固定误差的存 在，使其在短距离（20m）测量时相对精度较低。现在已出现了无需棱镜测距的全站仪Leica 的TCR1101），但测距精度均很低，低于3mm。2.4激光跟踪测量系统工作原理：激光跟踪测量系统的工作基本原理是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发 出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。
6、同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。简单的说，激光跟踪测量系 统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在标空间中运动的点，同时确定目标点的空间 坐标。激光跟踪仪的坐标测量是基于极坐标测量原理的。测量点的坐标由跟踪头输出的两个 角度，即水平角H和垂直角V,以及反射器到跟踪头的距离D计算出来的。本系统在实际 应用中采用的一站法激光跟踪测量系统。系统的工作原理从以下几个部分进行讨论:1）距离测量部分包括激光干涉法距离测量装置和放置在被测物体上的逆反射器等。干涉测距是利用光学 干涉法原理，通过测量干涉条纹的变化来测量距离的变化量。一般的干涉测距只能测量相对 距离，如果激光束被打断，
7、则必须重新回到基点以重新初始化。最新研制的激光跟踪系统已 经能够实现绝对距离的测量。2）角度测量部分包括方位角和高度角的角度编码器。3）跟踪控制部分包括控制器、力矩电机和位置监测器。逆反射器反射回的光束经过分光镜时，有一部分 光进入位置检测器，当逆反射器移动时，这一部分光将会在位置探测器上产生一个偏移置, 根据偏移值，位置检测器输出偏移信号至控制器控制力矩电机转动直到偏移值趋向零，从而 达到跟踪的目的。因此当逆反射器在空间运动时，激光跟踪头能一直跟踪逆反射器。4）测量电路部分该部分用于读出距离变化量和两个编码器的输出脉冲数。与计算机之间进行大量的数据 交换，计算机进行数据处理，实时显示运动目标
8、的三维位置。图5激光跟踪测量原理图特点：激光跟踪测量系统（Laser Tracker Sys ten）是工业测量系统中一种高精度的 大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控 制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空 间三维坐标。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于 大尺寸工件配装测量。发展概况：最新的激光跟踪测量系统为Axyz-LTM，它的硬件为LT500/LTD500激光跟踪 仪（如图6）,其测量速度比SMART310快一倍，而LTD500为带绝对测距仪的激光跟踪仪， 在测量信号遮
9、挡后，绝对测距仪能及时测出绝对距离，保证跟踪仪能继续测量。图6激光跟踪仪LTD500应用实例：激光跟踪仪在车床精度检测中的应用利用激光跟踪仪精度高、测量范围大、可进行现场测量等优点对一大型机床进行现场 检测。机床误差的监测方法可以分为单项误差测量和综合误差测量两种，单项误差测量就是 检测各项误差的分量，而综合误差是检测机床做圆插补运动时的轮廓精度。一般来讲，单项 误差测量更精确，其测量原理更简单明了。因此，我们测量车床溜板箱上工作平台在横向（X 轴）和纵向（Y轴）方向的移动直线度。被检测车床为CW61140卧式车床，车身长一米车床 工作台在X轴向上移动的水平面直线度最大允许差为0.050mm,
10、在Y轴方向上导轨方向移动 时距离在（500mm,1000mm）内的水平面直线度为0.030mm，以后每增加1000mm允许差增加 0.020mm,但不能超过0.054mm。如图所示为激光跟踪测量仪用于生产现场车床检测时的系统 机构。（W6! I 4U卧式机味根据检测方案，具体方法为：使机床溜板箱工作台分别沿X轴运动和沿Y轴运动。靶 镜固定在车床溜板箱工作平台上，车床提供标准长度，激光跟踪仪测出个点的空间位置，并 拟合成直线，用CAM2measure软件功能得出各段直线的水平面直线度。将靶镜放置在第一个被测点A上利用激光跟踪仪测量出极径R与两个方位角Vt和1Hz，即可算出该被测点A的空间坐标（x
11、, y，z）。在测出点A后，根据卧式车床自带1 1的刻度以及车床的横向和纵向行程范围，确定X向进给距离为6mm，Y向进给距离为20mm， 这样靶镜移动到第二点A的空间坐标。依此步骤就可以测出100个点的三维坐标。然后利2用激光跟踪仪自带的软件CAM2measure以A点为基准，依次确定112123A A A A 并拟合出一系列直线。用软件对直线进行分析，确定各段直线的水平12N 1 N面直线度，并与机床的允差水平面直线进行比较，依次确定车床是否满足加工要求。工作台沿X轴方向水平面直线度变化曲线图8机嫌工作台X方向糅动1 9 17 25 对 4 49 57 65 73 81 H9 97工作台沿Y
12、轴方向水平面直线度变化曲线机床工柞台奁拆詐林方商棉动9 图tv JI 童KBH 疤餐卡呻毎X出seI握卑2.5激光扫描测量系统原理：由激光脉冲二极管发射的激光脉冲，经过旋转棱镜，射向目标。然后通过探测器，接收 并记录反射回来的激光脉冲。激光束的垂直偏转角（“线扫描”），是通过一个包含几个反 射表面的多面体来控制的。通过不断改变和调整多棱镜的旋转速度，可以得到不同的高速扫 描速度，并可按不同的垂直扫描角9进行扫描，9最大可达到80。激光束的垂直偏转 角（“线扫描”），是通过一个包含几个反射表面的多面体来控制的。通过不断改变和调整 多棱镜的旋转速度，可以得到不同的高速扫描速度，并可按不同的垂直扫描
13、角进行扫描。如 果想获取慢的扫描速度或以小的扫描角进行扫描，将多棱镜进行上下线性振荡就行。而通过 将光学面进行360圆周旋转，可实现水平面内的全方位扫描。特点:(1) 实时、动态、主动性(2) 高密度、高度灵活性、高稳定性(3) 无需和被测物体接触，适应性好(4) 可扩展性发展概况：随着数字地球和数字城市的发展，三维数据获取工具和手段的不断进步，促 进三维空间数据获取朝集成化、实时化、动态化、数字化和智能化的方向发展，现实世界 的立体信息快速地转换为计算机可以处理的数据将成为可能。三维激光扫描技术是一种先进 的全自动高精度立体扫描技术，又称为“实景复制技术”，它采用非接触式高速激光测量方 式，
14、完整并高精度地重建扫描实物及快速获得原始测绘数据。是继GPS空间定位技术后的 又一项测绘技术革新，将使测绘数据的获取方法、服务能力与水平、数据处理方法等进入新 的发展阶段。长江科学院引进了目前世界最先进的三维激光扫描测量系统，该系统可以进行 水平360度、垂直 80度、距离1200m范围内的快速扫描。通过直接与数码相机及 GPS的结合，能在几分钟内获取测量范围内的目标详尽的、高精度的三维地物地貌数据。(如图10)图 11 Lenspho to 软件2.6数字近景摄影测量系统lenspho to是超越以往的近景摄影测量系 统。该系统是基于摄影测量专家张祖勋院士最 新提出的以计算机视觉原理(多基线
15、)代替人 眼双目视觉(单基线)传统摄影测量原理，从空 间一个点由两条光线交会的摄影测量基本法则 变化为空间一个点由多条光线交会而成的全新 概念,从而研发产生的一套全新的数字近景摄影 测量系统。它能对普通单反数码相机获得的影像,完成从自动空三测量到测绘各种比例尺的线划地形图(DLG)的生产，及对普通数码相机所获的近景影像完成三维重建，同时也可以作为直接 由地面摄影的数字影像中获取测绘信息的软件平台。它使近景摄影测量技术发生了质的巨大飞跃,并为其打开了巨大的应用空间它不 同于以往任何近景摄影测量系统，由于它是突破了传统理论的新技术，因而具有强大的处理 近景数据的能力，极高的精度，极强的功能，方便灵活及高度自动化，使过去不可能的事变成了可能！是一种高技术带来的简便，精确，可信的测量新手段，是一个应用前景远大的测量新技术。(如下图)图12近景摄影测量突破性全新技术3.结束语本文主要是介绍了六种工业测量系统，分别从它们的原理、特点、发展、应用进行了分析。 工业测量系统精度高、测量灵活等优点。工业测量任务的多样性，更要求测量系统以及与之 相配套的测量软件的灵活性和完善性。工业测量系统的优点已被越来越多的工业部门所认可，并得到了广泛的应用。可见，进 行工业测最系统的理论研究和国产化工业测量系统的开发已成为当务之急。参考文献【1】厉东
