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探索GTS激光跟蹤儀:如何實(shí)現(xiàn)大空間尺度的微米級(jí)測(cè)量?

更新時(shí)間:2024-09-09      點(diǎn)擊次數(shù):350

GTS激光跟蹤儀USMN聯(lián)合組網(wǎng)應(yīng)用——精確到微米的大空間尺度測(cè)量

1.背景:突破單站式測(cè)量精度的局限

當(dāng)前,對(duì)于激光跟蹤儀的大尺寸測(cè)量應(yīng)用,普遍采用單臺(tái)作業(yè)或多站位轉(zhuǎn)站測(cè)量的模式。然而,單站式激光跟蹤儀的空間測(cè)量精度為15μm+6μm/m,隨著測(cè)量范圍越大,其測(cè)量不確定度越大,跟蹤儀的測(cè)角精度對(duì)空間測(cè)量精度的影響較大。例如測(cè)量半徑10m,空間測(cè)量精度為75um,對(duì)某些高精度、大范圍應(yīng)用場(chǎng)景是不夠的。在此背景下,行業(yè)需要引入更為先進(jìn)的技術(shù)手段,以突破現(xiàn)有測(cè)量技術(shù)的局限,實(shí)現(xiàn)測(cè)量精度和效率的提升。

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圖1:?jiǎn)握緶y(cè)量(左)與USMN組站測(cè)量(右)


2.解決方案:激光跟蹤儀USMN組網(wǎng)

如何在大范圍空間測(cè)量中,突破單站激光跟蹤儀精度限制,實(shí)現(xiàn)更高精度的測(cè)量呢?為了解決這一問(wèn)題,中圖儀器推出的激光跟蹤儀測(cè)量分析軟件SpatialMaster(SMT軟件)集成了USMN功能。USMN 技術(shù)是一種由多測(cè)量設(shè)備構(gòu)建的空間坐標(biāo)測(cè)量網(wǎng),它通過(guò)足夠數(shù)量的固定參考點(diǎn)將多個(gè)測(cè)量設(shè)備聯(lián)系起來(lái)并統(tǒng)一在一個(gè)坐標(biāo)系下。USMN采用優(yōu)化數(shù)值計(jì)算技術(shù),利用多測(cè)站權(quán)重分配優(yōu)化平差,可以顯著減小角度測(cè)量誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾,充分利用激光跟蹤儀測(cè)距精度高的特點(diǎn)。

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在USMN 測(cè)量中,固定目標(biāo)點(diǎn)的賦值是由該點(diǎn)的所有測(cè)站所決定,每個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的不確定度會(huì)根據(jù)參與測(cè)量的各測(cè)站的不確定度得到均化,不確定度的傳播遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)站測(cè)量,見圖2。

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圖2:?jiǎn)卧O(shè)備轉(zhuǎn)站與USMN 測(cè)量

在SMT軟件的USMN計(jì)算界面(如圖3),默認(rèn)設(shè)置儀器1為主儀器進(jìn)行計(jì)算,可以手動(dòng)切換為其它儀器,并且儀器屬性設(shè)置可以根據(jù)不同儀器的精度情況,進(jìn)行權(quán)重和自由度設(shè)置,從而最大限度的利用數(shù)據(jù),確保整體測(cè)量數(shù)據(jù)的精度,有效解決因單站位測(cè)量距離過(guò)遠(yuǎn)而導(dǎo)致的精度下降問(wèn)題。

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圖3:USMN 界面儀器權(quán)重設(shè)置

同時(shí)可以利用USMN 的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能(圖4)幫助測(cè)量分析者判斷結(jié)果的可靠性,在多站位擬合時(shí),也可及時(shí)發(fā)現(xiàn)某一站位的測(cè)量點(diǎn)中粗大誤差,及時(shí)剔除防止干擾后續(xù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。

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圖4:USMN 數(shù)據(jù)處理示意圖


3.案例分享:精確到微米的測(cè)量

下面以使用GTS系列激光跟蹤儀組網(wǎng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)桿驗(yàn)證測(cè)量精度為例,簡(jiǎn)述使用中圖激光跟蹤儀進(jìn)行USMN組網(wǎng)測(cè)量的流程及測(cè)量效果。

3.1測(cè)量簡(jiǎn)介:

測(cè)量需求:在長(zhǎng)10米寬5米的空間范圍內(nèi),搭建四臺(tái)跟蹤儀USMN測(cè)量網(wǎng),該范圍內(nèi)的測(cè)量精度需要控制在10μm以內(nèi)。

測(cè)量流程:設(shè)備選型與布局→布置定位點(diǎn)并測(cè)量→USMN組網(wǎng)→測(cè)量驗(yàn)證。

3.2設(shè)備選型與布局:

根據(jù)測(cè)量空間的特點(diǎn),選擇4臺(tái)GTS3300型號(hào)激光跟蹤儀,采用分布四角高度不同的布局,確保每個(gè)站位跟蹤儀將合理范圍內(nèi)且視線無(wú)干涉的點(diǎn)位全部采集,后考慮誤差分析再進(jìn)行權(quán)重取舍。在長(zhǎng)15米寬7米的測(cè)量空間范圍內(nèi),布置20個(gè)定位點(diǎn)。跟蹤儀和定位點(diǎn)布置見圖5。

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圖5:設(shè)備與定位點(diǎn)布局

3.3定位點(diǎn)測(cè)量:

跟蹤儀通過(guò)路由器連接在同一網(wǎng)絡(luò),四臺(tái)GTS激光跟蹤儀依次測(cè)量20個(gè)定位點(diǎn),見圖6。USMN通過(guò)點(diǎn)的名稱來(lái)匹配,不同儀器測(cè)量同一個(gè)定位點(diǎn),測(cè)量點(diǎn)名稱要一致。

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圖6:定位點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)

3.4 USMN解算:

通過(guò)SMT軟件進(jìn)行解算分析,選擇4臺(tái)儀器的定位點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)使用USMN配準(zhǔn),解算結(jié)果顯示RMS=0.057mm,最大偏差0.097mm為P13定位點(diǎn)(圖7)。

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圖7:USMN解算

點(diǎn)擊應(yīng)用,生成USMN解算點(diǎn)組并將4臺(tái)設(shè)備定位(圖8)。

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圖8:儀器定位

3.5 1m標(biāo)準(zhǔn)桿測(cè)量:

標(biāo)準(zhǔn)桿用高精度三坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量作為標(biāo)準(zhǔn)值,長(zhǎng)度為1004.7704mm。

(1)將1m標(biāo)準(zhǔn)桿,橫、豎、斜向不同姿態(tài)擺放,分別在測(cè)量空間范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量,共計(jì)20個(gè)位置,每個(gè)位置重復(fù)3次,擺放位置見圖9。

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圖9:1m標(biāo)準(zhǔn)桿擺放位置

(2)單臺(tái)跟蹤儀測(cè)量:?jiǎn)闻_(tái)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)查詢桿長(zhǎng),以三坐標(biāo)測(cè)量值為標(biāo)準(zhǔn),進(jìn)行比較,從圖10中可以看出,單臺(tái)跟蹤儀在不同距離,是無(wú)法滿足整個(gè)測(cè)量場(chǎng)任意位置偏差10μm以內(nèi)的要求。

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圖10:62#跟蹤儀的測(cè)量桿長(zhǎng)偏差

(3)USMN組網(wǎng)測(cè)量:四臺(tái)跟蹤儀測(cè)量數(shù)據(jù)解算查詢的桿長(zhǎng),與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比,從圖11中可以看出,多臺(tái)跟蹤儀組網(wǎng)測(cè)量,結(jié)果得到了非常大的提升,其精度可以滿足測(cè)量場(chǎng)中10μm的精度要求。

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圖11:組網(wǎng)測(cè)量1m桿長(zhǎng)偏差

3.6 2m標(biāo)準(zhǔn)桿測(cè)量:

標(biāo)準(zhǔn)桿三坐標(biāo)測(cè)量精度為2299.7103mm。使用2m標(biāo)準(zhǔn)桿,橫、斜向不同姿態(tài)擺放,在空間范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量,共計(jì)12個(gè)位置,每個(gè)位置重復(fù)3次,擺放位置見圖12。

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圖12:2m標(biāo)準(zhǔn)桿擺放位置

數(shù)據(jù)分析:從圖13折線圖可以看出,在長(zhǎng)15m寬7米的測(cè)量場(chǎng)內(nèi),USMN組網(wǎng)測(cè)量2m的標(biāo)準(zhǔn)桿可以滿足10μm的精度要求。

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圖13:組網(wǎng)測(cè)量2m桿長(zhǎng)偏差


4.結(jié)語(yǔ):開啟大空間的高精度檢測(cè)

中圖GTS激光跟蹤儀USMN組網(wǎng)技術(shù),僅需30分鐘單人操作即可完成四臺(tái)設(shè)備的組網(wǎng)定位工作,后續(xù)測(cè)量實(shí)現(xiàn)了測(cè)量網(wǎng)中任意位置的10微米精度,展現(xiàn)出突破性的精度提升和高測(cè)量效率。這項(xiàng)技術(shù)不僅提升了工業(yè)測(cè)量的精度標(biāo)準(zhǔn),還成為了優(yōu)化生產(chǎn)流程、增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工具,助力企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)。選擇中圖激光跟蹤儀,確保每次測(cè)量精確無(wú)誤,為產(chǎn)品質(zhì)量保駕護(hù)航。

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