光学经纬仪大尺寸三坐标测量系统的分析研究

　　一、引言

　　现代测试技术广泛应用于工业、科研、国防等领域,汽车车身、飞机机身、轮船船体等加工制造中的在线检测,特别是大型工件的曲面检测一直是生产中的关键技术难题。在计量室条件下采用三坐标测量机测量,虽然精度较高,但数据采集速度慢,测量成本高,且难于实现在线测量。鉴于接触式测量方法的局限性, 激光三角法,工业视觉测量法、激光经纬仪等多种非接触测量方法日益受到重视,其应用也渐趋广泛。

　　利用双经纬仪法实现坐标测量,具有灵活、便携、非接触测量的特点,它们可用于测量很大、很笨重的工件乃至整个机组或工程。与传统的正交系三坐标测量机不同,它们不需要将物体放到测量机上进行测量,而可在现场测量,它们的测量空间也不像传统测量机那样受结构尺寸限制,从理论上可以测量任何大型物体。

　　二、光学经纬仪测量系统介绍

　　1.测量系统的基本组成

　　经纬仪大尺寸三坐标测量系统是由两台高精度光学经纬仪构成的测量系统。该系统以经纬仪为工具,来获取目标点的空间三维坐标,利用数据库来管理测量数据,并可对测量数据进行初步的几何分析与形状误差的检测。测量系统的基本配置如图1所示。

　　2.测量系统的软件功能

　　该系统是基于Windows平台开发的,采用数据库来组织与管理各种测量和非测量数据,直接对数据库操作,比较方便、简单。该软件窗口显示功能如图2所示。

　　该系统具有多窗口、后台数据采集与测量结果显示功能,可以容纳其它外部数据,并可对数据进行各种点、线、面关系的分析和计算,进行各种规则几何形状的拟合与形状误差的检测。还可以将数据和结果输出到外部文件。系统功能主要包括以下几个内容。

　　1)系统定向

　　系统定向,即完成二台或多台角度传感器间的相对和绝对定向,通过测站间进行互描或观测一定数量的物方点和基准尺并进行定向解算。相对定向用来确定角度的起始方向,而绝对定向给出大尺寸三坐标测量系统的尺度基准。

　　观测基准尺来确定系统的尺度基准,理论上每个测站间只需观测一个基准尺即可,实际上可观测多个位置的基准尺,以消除偶然观测误差的影响。系统定向是最为关键的步骤,定向的好坏直接影响后续单点测量的质量。

　　2)坐标测量

　　系统定向完成后,即可进行实时三维坐标测量。对于一般工件可事先用专用标志标出待测点,然后通过逐点观测,确定各点的空间坐标。对于不可接触的工件或粗贴标志有困难时,可用激光束投影到工件上形成激光点,利用激光点作为测量标志。多台经纬仪的系统在定向完成后可以二台或多台间构成多个测量系统同时开展测量,测量数据显示在屏幕的不同窗口中。对于多台仪器,实际测量时可任选二台或多台组合测量,其测量结果均为在统一定向坐标系中的坐标,并对数据进行分析、计算和处理。