激光跟踪仪在大尺寸结构物上应用

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1、激光跟踪仪在大尺寸结构物上应用　　摘要：由于我国海洋工程装备制造业在我国刚刚起步，对相关的测量技术的应用还缺乏相应的手段，鉴于光学三维坐标测量技术在航空航天制造、船舶制造的分段制造定位装配测量中占有重要地位。相对于传统的三坐标测量机测量方式，光学三维坐标测量技术具有无导轨、检测速度快、便携性好等特点。但其中的经纬仪、摄影测量系统具有测量精度较差、测量数据处理相对繁琐等缺点。随着制造业技术要求不断提高,对测量提出了更高的要求，而激光跟踪仪具有高精度、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，在高端制造中具有越来越广泛的前景与空间。

2、本文结合我公司实际工程项目，从激光跟踪仪的原理、特点及提高激光跟踪仪测量精度的措施等方面进行了浅析。关键词:测量激光跟踪仪定位高精度中图分类号：TU258文献标识码：A文章编号：一引言8海洋装备在向着大型、高端发展的同时，必然会对其制造、装配等环节提出越来越高的要求。如在浮式起重机制造及装配过程，需要对各部件角度、垂直度、平行度、空间位置进行精确测量及时调整，以控制制造及装配精度。而激光跟踪测量系统是一种高精度的大尺寸测量仪器，在110m的测量范围内测量精度能够达到0.049mm（以FAROION产品为例），具有实时测量、携带

3、方便,可到现场直接测量等优点，因此被广泛应用于航空航天制造、逆向工程、精密数控机床检测维修等大尺寸工件几何参数的测量，显示出了强大的应用空间。本文结合我公司工程项目，对激光跟踪仪在大尺寸结构物上的应用进行探讨。图一测量施工现场二激光跟踪仪简介2.1激光跟踪仪原理介绍激光跟踪仪是大尺寸空间坐标测量系统，其空间坐标的原始测量值为极坐标形式。位置的敏感单元由三部分组成，即两个测角单元和一个测距单元，测距单元是一个单光束激光干涉仪，测角单元是两个角度编码器。激光束由光源出发，经过带有两个角度的编码器的旋转镜，投向反射器，经反射器反射回

4、来的一部分光一部分与参考光相干涉测出反射镜的相对位移，另一部分反射则投向光电位置感应器，将差动信号输出至伺服马达，马达控制旋转镜的转角，使激光束始终指向反射镜中心，两个角度编码器则分别指示出旋转镜的旋转角度。激光干涉仪测距是利用光干涉原理，通过干涉条纹的变化来测量距离的变化量，所以激光跟踪仪测量精度高。8图二激光跟踪仪测量原理激光跟踪仪实际上就是一台激光干涉测距仪和自动跟踪测角测距的全站仪，跟踪仪的激光束、旋转镜和旋转轴构成了激光跟踪仪的三个轴，三个轴相交的中心是测量坐标系的原点。激光跟踪仪可以连续的瞄准、跟踪并确定由移动或稳

5、定的反射目标返回激光束的位置。简单地说，激光跟踪仪的测量系统可静态或动态地跟踪一个空中运动的点，由此形成球坐标系统，并测得两个角度α、β及一个距离OP，即可确定目标直角坐标系的位置矢量P=（x，y，z）。如图4所示。图三测量坐标系其计算公式如下：X=OPsinβcosαY=OPsinαcosβZ=OPcosβ其中αβ是有两个角度编码器来读出的，OP是由整形、放大后输入可逆计数器计算出来的脉冲总数，再由计算机系统计算出来的。图四激光跟踪仪系统组成2.2激光跟踪仪特点8可进行全自动精度校准的激光跟踪仪,可进行智能温度恒稳技术，适应

6、苛刻的温度环境。温度适应性能力最强-15℃~+50℃。可进行全自动水平测量，水平仪为内置，操作者只须点电脑上的命令，无须其他工作。采用轻质转动头，转动惯量小，磨损低。采用激光封闭传输技术，激光稳定性强，无须光学镜组。仪器有多种安装方式软件由FARO针对跟踪仪研发，和激光跟踪仪兼容性好，界面简洁易用，完全汉化。它集合了激光干涉测距、光电探测、精密机械、计算机及控制、现代数值计算理论等各种先进技术,可对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点,适合大尺寸工件装配

7、测量,因此适用于平台类产品空间点位的测量。三激光跟踪仪在工程项目中的应用3.1在旋转平台的测量应用某项目中，根据图纸设计要求，水平方向及垂直方向的形位尺寸要求如下：结构各部位的定位精度要求：（1）1轴与2轴之间水平距离18304±5mm；（2）1轴与2轴之间高差9079±5mm；（3）1轴与2轴平行度差为±2mm。而同在1轴（或者2轴）上的左右铰接孔之间的机加工后同轴度为0.5mm，铰接孔轴线与加工平面的垂直度为0.2mm。测量工具：FAROION激光跟踪。8图五旋转平台尺寸控制要求（1）空间坐标系的建立用激光跟踪仪对物体测量

8、时，坐标原点位于仪器内部，所有测到的空间点坐标都在这个坐标系下。对于体积较小的被测对象，可以在一个位置测到所有待测点的空间坐标，而对于浮吊大型钢结构这样大体积的物体就需要多个这样的坐标系才能反映全部待测点的空间坐标，所以单台激光跟踪仪必须通过“转站”的方法来扩大测量范围，避开