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使用激光跟踪仪校准三坐标划线机方法研究

发布时间:2018-11-09 04:05:16 文章来源:未来智库    

杨静萍 王禹鑫 商雪松

[摘 要]利用激光跟踪仪跟踪靶球采集三维坐标点,并可以进行三维空间尺寸计算的原理,采集三坐标划线机三个轴向及空间尺寸的三维坐标变化,从而计算出三坐标划线机的示值误差。

[关键词]激光跟踪仪;三坐标划线机;校准

中图分类号:TH744.5 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2017)25-0159-02

1 引言

激光跟踪仪在空间大尺寸测量领域应用非常广泛,它具有测量范围大、速度快、采点便捷、测量精度高等特点,是目前国际上比较先进的几何量测量仪器。激光跟踪仪利用采集靶球球心坐标的方式,构筑成被测量物体的几何特征,从而实现对被测物体进行测量测量的功能。

本文主要阐述利用激光跟踪仪校准三坐标划线机示值误差方法的研究。

2 校准方法的确定

三坐标划线机的校准一般情况下有几种方式,一是利用激光干涉仪进行检测,但是激光干涉仪只能测量单轴示值误差,很难测量空间示值误差,而且在校准时,每一个轴向的检测都需要重新调整激光干涉仪,使得校准时间增加。二是采用工型平尺和直角尺进行校准,但是这种方法操作不方便,同时测量精度也不是很高,常常很难满足校准三坐标划线机示值误差的精度要求。

本文提出使用激光跟踪仪对三坐标划线机进行校准,既保证操作简单便捷,可以同时测量单轴和空间示值误差,同时也可以保证测量精度。

2.1 校准方法

测量前,将激光跟踪仪放置在三坐标划线机的附近,使得在整个测量过程中三坐标划线机的测头始终不会遮挡激光跟踪仪的激光线,然后对激光跟踪仪进行自校准(图1)。

2.1.1 单轴示值误差校准

将靶球固定在三坐标划线机的测头上(必要时可能需要夹具),移动使三坐标划线机的测头回到零位,并在激光跟踪仪上采点作为坐标原点,分别调整三坐标划线机的测头,在全量程上进行测量(一般情况下不少于10个点,包括起始点和终点),分别记录三坐标划线机上的读数,并采集对应的点,利用激光跟踪仪测量分析软件对采集的点进行处理,与三坐标划线机的读数进行比较,从而计算出三坐标划线机的单轴示值误差。

行驶到全量程终点的时候,反向移动三坐标划线机的测头,在正向采集点的位置再次进行读数,并采集对应的点,利用激光跟踪仪测量分析软件对采集的点进行处理,与三坐标划线机的读数进行比较,从而计算出三坐标划线机的单轴回程误差(表1)。

2.2.2 空间示值误差校准

原理同单轴示值误差一样,将靶球固定在三坐标划线机的测头上,移动使三坐标划线机的测头回到零位(如果三坐标划线机带有定零位功能,也可以是任意位置),并在激光跟踪仪上采点作为坐标原点(起始点),在空间方向上移动三坐标划线机的测头,记录三坐标划线机的读数并在激光跟踪仪上采集对应的点,计算三坐标划线机两点之间的距离与激光跟踪仪采集两点之间的距离进行比较,从而计算出三坐标划线机该段距离的空间示值误差。

利用该方法在空间范围内进行测量(一般情况下不少于10个点),分别计算相邻两点之间的距离,与激光跟踪仪给出的距离进行比较,从而计算出三坐标划线機的空间示值误差。(表2)

2.2 不确定度分析

不确定度评定中主要考虑的几个方面包括:激光跟踪仪精度引起的不确定度分量、测量重复性引起的不确定度分量、测量环境引起的不确定度分量。

以API公司T3型号激光跟踪仪为例:数学模型(为三坐标划线机的示值误差,为激光跟踪仪给出的示值误差)。

激光跟踪仪引起的不确定度分量:激光跟踪仪的示值误差分为激光干涉仪和角度转盘精度两个部分。激光干涉仪的示值误差按均匀分布,角度转盘精度按三角分布,则:

测量重复性引起的不确定度分量:用激光跟踪仪在同一位置重复测量10次,得到一组数据,则:。

测量环境引起的不确定度分量:激光跟踪仪受温度变化的影响由气象站补偿,因此该项可以忽略。

标准不确定度:。一般情况下,三坐标划线机的测量距离不超过6m,则=10.1073μm,取,扩展不确定度U=2×10.1073=20μm 。

3 结论

一般情况下,三坐标划线机的精度都在,对于测量范围在6m以内的划线机来说,划线机的精度为0.35mm,因此利用激光跟踪仪来校准三坐标划线机的示值误差,是完全可行的。

中国科技博览 2017年24期

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