基于激光测距的大尺寸测量应用研究

    1　引　　言

    大尺寸空间测量[1-6]是现代大型机械制造业中亟待解决的关键技术之一,它涉及航空航天、造船工业、汽车制造、港口机械等诸多工业领域。目前,国际上工 业大尺寸测量仪器主要有三大类[2-8],分别是激光干涉仪、固定式坐标测量机、便携式坐标测量系统。由于激光具有准直性好、相干性好、光束细、功率密度 高等优点,国内外各行业都在进行激

    光测量应用的研究开发。有人提出一种新型激光位移传感器[3],其测量范围是20mm,测量精度是0. 3mm,且对周围阳光和温度不敏感,用于火车以64km/h运行时,可以根据实时测量各种铁轨表面曲率,从而对提高测量速度方面具有意义;航空激光扫描 (ALS)[4]易受到温度,振动等环境影响,同时因球面变化导致全反射会产生数据丢失,因此有人对反射率和反射回来的光强度进行研究,通过最小二乘法对 给定模型进行光强、角度和接收信号影响因素对数据进行改进,提高激光扫描的准确率。

    2　测量原理

    激光测距是光波测距中的一种,它采用脉冲式激光测距,通过测量激光光束在待测距离上往返传播的时间来计算距离,其换算公式为:

    L =ct/2             (1)

式中:L为待测距离;c为激光在大气中传播的速度;t为激光在待测距离上的往返传播时间。这里,c作为已知量,t作为待测量。

    LeicaDISTO A6激光脉冲测距仪正是基于此原理,而且它具有蓝牙数据传输功能,能可靠地将数据无线传输到计算机中。测量范围为0.05m至200m,满足了基本尺寸在 500mm以上的大尺寸测量,精度为±1. 5 mm,采用635nm的激光作为光源,具有精确高、快速和可靠等特性。此外具有最大最小值测量、间接长度测量等功能,充分利用这些特点到工业大尺寸测量 中,具有现实的意义。

    测量系统如图1所示,测量部分主要由Leica DISTOA6激光测距仪、伺服系统和机械平台组成,将测量采集的数据通过蓝牙传输到计算机,进行数据处理和拟合计算。根据激光测距原理,为了充分利用自 动非接触式扫描测距效果,使用极坐标转化为直角坐标系实现测量方案。控制测量模型,可准确获知目标点的极坐标位置(ρ,α),转化为XY坐标为 (ρcosα,ρsinα)。对长距离直线,可测量目标直线上一系列数据点,拟合数据点得到目标直线。对任意曲线,可通过测量目标曲线上的极坐标点,转为 化XY坐标系下数据,进行数据换算,得出曲线轮廓特征。测量系统操作方便,综合误差分析后,精度适于目前工业大尺寸测量范围。