激光跟踪仪现场测量精度检测

　　近年来,在精密制造、装配及检测等工业测量和精密工程测量领域,激光跟踪仪以其测量速度快、精度高、测量范围大的优点得到了广泛应用,被称为移动的三坐标测量机.激光跟踪仪的本质是一种球坐标测量系统,其基本原理是测量目标点的距离及水平和垂直方向的偏转角,建立以测站为中心的极坐标系.距离分量由激光干涉仪测量,角度分量由高精度角度编码器测量[1].

　　通常,激光跟踪仪的测量精度指标由生产厂商在比较理想的实验室条件下测试后提供,可为不同测量仪器的性能比对提供参考.但是,在实际工业测量现场,激光跟踪仪的测量精度除受仪器自身的因素影响外,还会受到环境情况及操作人员的技术水平等外部因素的影响,因此,对激光跟踪仪进行现场校准和精度检测是必要的[2].

　　1　激光跟踪仪的测量原理及精度

　　1.1　测量原理

　　LT300激光跟踪仪对空间目标的坐标测量是通过测量出水平角、垂直角和斜距,然后按球坐标或极坐标测量原理就可以得到空间点的三维坐标x,y,z来.见图1,在球坐标测量系统中,设跟踪器的旋转中心为O点,被测靶镜的中心为P点.

　　用两个角度编码器分别测量出P点的垂直角β和水平角α,用激光干涉仪测量O点到P点的距离d,则P点坐标(x,y,z)很容易由β,α和d计算得出:

　　通过空间齐次坐标变换,可将P点的坐标转换到用户自定义的坐标系中.

　　1.2　测量精度

　　激光跟踪仪的测量精度决定于它的角度和距离测量精度.根据LT300激光跟踪仪的技术参数,它的角度测量分辨率为0. 14″,当测量距离大于2. 5 m时,静态方式测角误差为10μm/m(2σ),动态方式测量的精度还会稍低一些[3];干涉法距离测量的分辨率为1. 26μm (2倍波长),当测量距离大于2. 5m时,测距误差为0. 5μm/m(2σ),其精度主要受到温度和气压测量精度及大气条件均匀性的影响[4].

　　2　理论分析

　　设跟踪仪距离的不确定度md,水平角α和垂直角β的不确定度为mα和mβ,则空间任意一点P(x,y,z)的不确定度up为

　　根据激光跟踪仪了LT300的硬件说明书,水平角和竖直角的测量精度在同一个量级,可设其相等.LT300激光跟踪仪的测距精度为±0. 5μm/m,在2. 5m以外的测角精度为±10μm/m,md=0.5d,mα=10d,可见测距精度较低,并且由式(2)得,mα的系数含距离d,这就使得测量距离越大,测角误差就越大.测角误差如图2所示.

　　根据图可以得到测量距离和测角误差的关系如表1所示

　　3　实验研究

　　3.1　实验测量对象

　　为了检测激光跟踪仪的测量精度,对标准花岗岩三角尺进行测量.其表面理论平面度误差为0,若测量得到的平面度误差不为0,则是由激光跟踪仪的测量误差导致的.同时还对一固定点进行多次测量,从而计算其单点测角测距精度.