CN110806570B - 一种激光跟踪仪温度误差补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光跟踪仪温度误差补偿方法，本发明所用装置包括激光跟踪仪，反射靶球，集成温度传感模块，信号传输模块和计算机，使用本方法首先要选定待测点，然后根据激光跟踪仪的操作方法调整待测点与激光跟踪仪的位置，接下来将反射靶球放置于待测点处并确保反射靶球与激光跟踪仪之间的光路上无遮挡，然后将集成温度传感模块分别置于激光跟踪仪鸟巢附近和待测点处的反射靶球附近，再通过信号传输模块将集成温度传感模块获得的反射靶球附件的温度值T2和激光跟踪仪鸟巢附近的温度值T1传输到计算机，计算机再根据接收到的T1和T2值计算得到补偿后的距离d_m。

Description

一种激光跟踪仪温度误差补偿方法

技术领域

本发明涉及数字化测量技术领域，具体地说，是一种激光跟踪仪温度误差补偿计算领域。

背景技术

由于激光发散性很小，测距精度高，人们在几十年前就开始用激光干涉仪来测距离，进而用它测直线度和角度，特别在较长距离的测量中发挥了它的优势，但是激光干涉仪使用时要求找好准直，如果干涉镜或反射镜偏离了激光光轴，那么就出错，而且不能断光再续，必须重新再来，甚至中间有东西当一下光也是如此，这些限制了它在空间坐标测量中的应用，另一方面激光终究是一个测长的工具，要用来做空间测量则必须寻求其他的定位装置。

激光跟踪测量***(Laser Tracker System)是工业测量***中一种高精度的大尺寸测量仪器，它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，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，适合于大尺寸工件配装测量。

激光跟踪测量***基本都是由激光跟踪头(跟踪仪)、控制器、用户计算机、反射器(靶镜)及测量附件等组成。

激光跟踪测量***的工作基本原理是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标，同时，返回光束为检测***所接收，用来测算目标的空间位置，简单的说，激光跟踪测量***的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。

激光跟踪仪的测量***误差主要来自环境因素、***误差、操作误差三个方面，其中环境因素又包括温度、湿度、气压等等，其中，温度对激光跟踪仪的测量精度有着重要影响，因此，计算激光跟踪仪测量距离时需要加入现场环境温度对其测量距离进行补偿，激光跟踪仪温度补偿公式如下：

d_m＝d(1-(T-20)×10^-6)

其中，T是测量现场的环境温度，d是补偿前测得的仪器中心到靶球中心的距离，d_m是在标准计量温度20℃下的示值。

激光跟踪仪转站测量技术贯穿整个飞机装配过程,为飞机的装配质量检测以及评价提供了准确的数据来源,在装配***的后续维护中也扮演了重要角色，在激光跟踪仪自身精度完好的情况下,测量时的精度主要取决于由转站精度,而ERS点位置变化和测量设备的测量误差严重影响转站精度，随着测量技术的不断提升,激光跟踪仪的测量误差被大大减小,ERS点位置变化成为了影响转站精度的主要因素，其中热变形导致ERS点位置发生变化尤为显著，在转站测量时,掌握ERS点位置随温度变化的规律,结合ERS点位置的变化规律进行转站,对于抑制ERS位置变化对转站精度的不利影响具有重要意义。

该计算模型考虑的是在均匀温度场下的温度补偿计算方法，对于实际测量现场特别是大尺寸零件的测量现场，激光跟踪头和反射靶球之间的距离可能达到几十米，测量现场的温度环境不可避免会出现波动，温差可能高达2-3℃，在这种不均匀温度场下，空气折射率沿光线传播路径上是随时间和空间变化的，如果仅仅采用气象站提供的温度数据进行补偿，不足以对整个大尺寸测量空间环境引起的不确定度进行补偿，本方法通过在模型中引入测量点的温度信息补偿不均匀温度场引起的计算误差，并将补偿后的温度值用于修正的激光跟踪仪的理论距离计算模型，本方法能有效提高激光跟踪仪在不均匀温度场下的测量精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在不均匀的温度场的情况下激光跟踪仪的温度补偿方法，针对温度波动较大的测量现场，测量误差的主要来源是由不均匀温度场引起，该方法在激光跟踪仪理论计算模型中通过引入测量点附近的温度场信息来补偿不均匀温度场引起的测量误差，最终达到提高激光跟踪仪在不均匀温度场下的测量精度的目的。

本发明的技术方案如下：

本发明具体提供了一种激光跟踪仪温度误差补偿方法，使用的装置包括：激光跟踪仪，反射靶球，集成温度传感模块，信号传输模块和计算机，所述集成温度传感模块放于激光跟踪仪鸟巢附近和反射靶球附近，用于检测激光跟踪仪鸟巢附近的温度值T1和反射靶球附近的温度值T2，所述信号传输模块可以将检测得到的T1和T2的值传输给计算机，所述计算机利用T1和T2计算得到补偿后的距离

为了更好地实现本发明，进一步地，在测量时要根据所述激光跟踪仪的操作要求，调整激光跟踪仪的位置，使激光跟踪仪对准待测点，将所述反射靶球放置于待测点处，并确保激光跟踪仪与反射靶球之间的测量光路上无遮挡。

为了更好地实现本发明，进一步地，所述的补偿后的距离d_m的运算依据为：

在计量中，测量值是指在标准计量温度20℃下的示值，这里用n(T_m)表示在20℃下的空气折射率，n(T_s)表示在温度T_s下的空气折射率，d表示补偿前计算的距离，则在标准计量温度20℃下的距离的示值d_m可表示为：

由于在光线传播路径点P₁到点P₂上的温度场为非均匀温度场，距离d_m可用积分公式表示为：

根据Edlen经验公式气压n(T_s)可表示为：

距离d_m改写为：

根据生产现场实际经验与试验数据不均匀温度场下两点之间的温度基本满足线性分布，上式可变换为：

其中：

又因为在20℃左右时：

n(T_m)＝1

由此可得：

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

(1)本发明可以适应更大的环境范围下的测量；

(2)本发明引入了温度误差补偿方法，对于结果的测量更加精准。

附图说明

图1为现场测量模拟示意图；

图2为具体测量步骤示意图。

其中：1-激光跟踪仪鸟巢，2-反射靶球，3-计算机。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

结合图1和图2所示，一种激光跟踪仪温度误差补偿方法，使用的装置包括：激光跟踪仪，反射靶球2，集成温度传感模块，信号传输模块和计算机3，所述集成温度传感模块放于激光跟踪仪鸟巢1附近和反射靶球2附近，用于检测激光跟踪仪鸟巢1附近的温度值T1和反射靶球2附近的温度值T2，所述信号传输模块可以将检测得到的T1和T2的值传输给计算机3，所述计算机3利用T1和T2计算得到补偿后的距离

工作原理：首先选定待测点，根据激光跟踪仪，将反射靶球2放置在待测点处，通过激光跟踪仪可以测得所要求得的目标距离，但由于距离过大的场所会有温差，所以在检测的时候同时在反射靶球2附近和激光跟踪仪鸟巢1附近放置集成温度传感模块，集成温度传感模块可以实时获取测量时反射靶球2附近的温度值T2和激光跟踪仪鸟巢1附近的温度值T1，再T1和T2的值代入温度补偿公式即可获得温度补偿后的距离d_m。

实施例2：

结合图1所示，本实施例在实施例1的基础上做进一步优化：

根据权利要求1所述的一种激光跟踪仪温度误差补偿方法，其特征在于，在测量时要根据所述激光跟踪仪的操作要求，调整激光跟踪仪的位置，使激光跟踪仪对准待测点，将所述反射靶球2放置于待测点处，并确保激光跟踪仪与反射靶球2之间的测量光路上无遮挡。

工作原理：激光跟踪仪工作原理是在目标点上安置一个反射靶球2，激光跟踪仪发出的激光射到反射靶球2上，又返回到激光跟踪仪，当目标移动时，激光跟踪仪调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测***所接收，用来测算目标的空间位置。所以如果激光跟踪仪与反射靶球2之间的测量光路上有遮挡的话，则激光跟踪仪不能进行精确测量，故要确保激光跟踪仪与反射靶球2之间的光路上无遮挡。

本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在实施例1和实施例2的基础上做进一步优化：

实施例1中所述的利用信号传输模块传输的集成温度传感模块收集到的激光跟踪仪鸟巢1附近的温度值T₁和在待测点处的反射靶球2附近的温度值T₂计算得到补偿后的距离

其计算依据为：

在计量中，测量值是指在标准计量温度20℃下的示值，这里用n(T_m)表示在20℃下的空气折射率，n(T_s)表示在温度T_s下的空气折射率，d表示补偿前计算的距离，那么在标准计量温度20℃下的距离的示值d_m可表示为：

设激光跟踪仪鸟巢1位置点为P₁，位于待测点处的反射靶球2位置点为P₂，由于在光线传播路径点P₁到点P₂上的温度场为非均匀温度场，则在标准计量温度20℃下的距离d_m可用积分公式表示为：

根据Edlen经验公式气压n(T_s)可表示为：

所以距离d_m改写为：

根据生产现场实际经验与试验数据将两点之间的温度等效于线性分布，则上式可变换为：

其中：

又因为在20℃左右：

n(T_m)＝1

由此可得：

由于本方法利用了激光跟踪仪鸟巢1附近的温度T1和反射靶球2附近的温度T2建立的激光跟踪仪温度修正模型，本方法与仅采用激光跟踪仪鸟巢1附近温度值T1建立的激光跟踪仪温度修正模型相比，其在大尺寸不均匀温度场下的测量结果通过温度补偿，变得更为准确，本实施例的其他部分与实施例1和实施例2相同，故不再赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种激光跟踪仪温度误差补偿方法，其特征在于，所述方法使用的装置包括：激光跟踪仪，反射靶球(2)，集成温度传感模块，信号传输模块和计算机(3)，所述集成温度传感模块放于激光跟踪仪鸟巢(1)附近和反射靶球(2)附近，用于检测激光跟踪仪鸟巢(1)附近的温度值T1和反射靶球(2)附近的温度值T2，所述信号传输模块可以将检测得到的T1和T2的值传输给计算机(3)，所述计算机(3)利用T1和T2计算得到补偿后的距离

2.根据权利要求1所述的一种激光跟踪仪温度误差补偿方法，其特征在于，在测量时要根据所述激光跟踪仪的操作要求，调整激光跟踪仪的位置，使激光跟踪仪对准待测点，将所述反射靶球(2)放置于待测点处，并确保激光跟踪仪与反射靶球(2)之间的测量光路上无遮挡。

3.根据权利要求1所述的一种激光跟踪仪温度误差补偿方法，其特征在于，所述的补偿后的距离d_m的运算方法为：

在计量中，测量值是指在标准计量温度20℃下的示值，这里用n(T_m)表示在20℃下的空气折射率，n(T_s)表示在温度T_s下的空气折射率，d表示补偿前计算的距离，则在标准计量温度20℃下的距离的示值d_m可表示为：

由于在光线传播路径点P₁到点P₂上的温度场为非均匀温度场，距离d_m可用积分公式表示为：

根据Edlen经验公式气压n(T_s)可表示为：

距离d_m改写为：

根据生产现场实际经验与试验数据不均匀温度场下两点之间的温度基本满足线性分布，上式可变换为：

其中：

又因为在20℃左右时：

n(T_m)＝1

由此可得：

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