经纬仪测量系统在工业测量中的应用

　　引 言

　　工业中经常需要在较大范围内对单点坐标的测量、确定长度的测量和曲面型面特征的测量。传统的检测方法多为机械法。这些检测方法通用性差、检测工艺复杂而且精度低，特别是无法实施在特定状态下的检测。经纬仪测量系统的出现解决了传统方法遇到的难题。与以往的检测方法相比，经纬仪测量系统具有下列特点：(1)实时性。它的测量数据可以由经纬仪采集并传输到计算机进行处理。(2)非接触。通过经纬仪对特定目标的对准实现了对难以接近物体的测量。(3)灵活性。经纬仪测量系统可以根据被测物体的特点合理布设，满足不同的使用要求。因此对它进行研制与开发对我国许多工业领域有重要的意义。

　　1 经纬仪测量系统的测量原理

　　1.1 测量原理

　　经纬仪测量系统主要由数台经纬仪(最少两台)和一台计算机组成。另外所需的附件有标准尺、可粘贴标记或激光目标发生器、固定支座等。其测量原理是定基线前方交会测量法。设两台经纬仪的三轴中心分别为1 和2。首先建立如图1 所示的空间直角坐标系。O(1)为坐标系原点，1,2 连线在水平方向的投影为 X 轴，过1 点的铅垂方向为Z 轴，由右手法来确定Y 轴。

　　1.2 基线 b 和高度差 hAB的确定

　　2 经纬仪测量系统的应用

　　2.1 单点坐标测量

　　我们所采用的经纬仪测量系统的硬件是莱卡公司生产的 TC2003 电子经纬仪，相应的数据处理程序自行编写。TC2003 型电子经纬仪的测角精度为0.5″，直读精度为 0.1″。采用的标准尺长1m，精度为0.01mm。

　　两台经纬仪被固定在稳定的支座上。在测量之前需要严格地对两台经纬仪调水平，并且打开经纬仪的角度补偿功能，确保不同位置上的测角精度。表1列出了对一固定点的五次测量结果。通过上面的数据看出单点的单次测量已经达到较高的精度。若采用多次测量可进一步减小测量误差。多次测量同时也加大了测量的工作量。一般重复 3~5 次即可。

　　2.2 确定长度测量

　　在单点坐标测量的基础上，很容易得到任意两点间的距离。在这个实验中要对一个标准尺进行测量。表2 所示的是当标准尺放置在五个不同位置时，被测量两点间的实际距离12L =800mm，测量两点的空间坐标后计算出测量距离12l ，并求出它们的差值。多次测量的相对误差优于10^-5。

　　2.3 曲面测量

　　对于曲面的测量方法是通过对曲面上的若干特征点的测量并对数据进行一定的处理，然后将测量值与被测曲面的基准值进行比较得到被测曲面的型面误差。在实验中测量的是一块天线的样品(120mm×120mm)。样品被固定在一个微调支座上。这个支座可以沿一个方向精密移动，它最小的准确移动距离是 0.01mm。样品在固定时要求其法线与支座的移动方向平行。支座放在大约距离 XOZ 平面5m，距离 XOY 平面 1.5m。我们在样品上选取 9 个采样点(3×3)，对其分别编号为 P11~P19，其中 P5是对称中心。下面分两种情况说明对不同型面误差分布情况的处理。