激光跟踪仪现场测量不确定度的评定

　　1　引　言

　　激光跟踪仪作为一种新型大尺寸坐标测量仪器,具有精度高,操作简单等特点,在机械制造、设备装配和产品检测等领域得到越来越广泛的应用。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,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。

　　通常,激光跟踪仪的测量不确定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,可以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,激光跟踪仪的测量不确定度除受仪器自身的因素影响外,还会受到环境情况以及操作人员的技术水平等外部因素的影响,只有将这些因素考虑进去,对激光跟踪仪进行现场的不确定度评估,才能为用户提供实际测量条件下的仪器性能指标。

　　目前常用的坐标测量仪器的不确定度评定有如下两种方法:

　　①通过对标准件的测试进行评定。如三坐标测量机所用的标准球板、经纬仪所用的基准尺等,通过对标准件的已知几何参数进行重复测量,并对结果进行分析,得到仪器的测量不确定度。

　　②通过与测量精度更高的仪器比对进行评定,将两者的测量结果相比较,也可得出仪器的测量不确定度。但对于激光跟踪仪而言,由于其测量范围可达数十m,要加工适合于该测量范围的标准件是不现实的;同样,由于测量范围大,目前尚没有精度更高的坐标测量仪器可与之比对;双频激光干涉测长仪只能在一维方向上测量,在现场条件下难以完成综合比对实验。因此,现有的测量不确定度评定方法都不能适用于激光跟踪仪的现场测量不确定度的评定。

　　2　现场测量不确定度评定方法

　　激光跟踪仪在测量过程中需布设公共点,而这些公共点在测量过程中的空间位置是固定的,因此可以看作是一个参数未知的“标准件”。利用跟踪仪从不同位置对这些公共点进行测量,如果假设整个系统是理想状况,那么从不同位置测得的同一个公共点坐标经移站坐标转换后应该完全相同,但是由于测量的不确定性,使得各次的测量结果并不相同,导致该变化的原因包括仪器自身因素、环境因素和操作人员的人为因素等所有现场实际条件的影响。据此,我们提出了对多个公共点进行多次移站测量,分析各点的坐标变化来评定激光跟踪仪现场测量不确定度的方法。

　　2.1测量数据的获取

　　首先要在测量空间布设若干个公共点。由于满足移站要求的最少公共点数为3个,为提高转换精度,一般在跟踪仪的移站中选择6个公共点,因此,采用6个或6个以上的公共点来评定测量不确定度在现场测量中是比较可行的。过多的公共点会影响测量效率,另外,通过仿真计算发现,采用20个公共点和6个公共点进行分析,其计算结果是十分相近的。在测量现场对公共点的布设应尽量包容待测空间,然后将跟踪仪进行多次移站,从不同的位置对这些公共点进行测量,因此,公共点的布设还要保证在每个站都能测量到。由于要对公共点的重复性进行评定,因此测量次数要不少于6次,即要移站5次以上。另外为了减小公共点本身空间位置受环境影响而发生的变化,应尽可能在短时间内一次完成全部测量。