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探索GTS激光跟蹤儀:如何實現(xiàn)大空間尺度的微米級測量?

更新時間:2024-09-09      點擊次數(shù):492

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量

1.背景:突破單站式測量精度的局限

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

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圖1:單站測量(左)與USMN組站測量(右)


2.解決方案:激光跟蹤儀USMN組網(wǎng)

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

在USMN 測量中,固定目標點的賦值是由該點的所有測站所決定,每個坐標點的不確定度會根據(jù)參與測量的各測站的不確定度得到均化,不確定度的傳播遠小于轉(zhuǎn)站測量,見圖2。

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圖2:單設(shè)備轉(zhuǎn)站與USMN 測量

在SMT軟件的USMN計算界面(如圖3),默認設(shè)置儀器1為主儀器進行計算,可以手動切換為其它儀器,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),確保整體測量數(shù)據(jù)的精度,有效解決因單站位測量距離過遠而導(dǎo)致的精度下降問題。

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圖3:USMN 界面儀器權(quán)重設(shè)置

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

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圖4:USMN 數(shù)據(jù)處理示意圖


3.案例分享:精確到微米的測量

下面以使用GTS系列激光跟蹤儀組網(wǎng)測量標準桿驗證測量精度為例,簡述使用中圖激光跟蹤儀進行USMN組網(wǎng)測量的流程及測量效果。

3.1測量簡介:

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

測量流程:設(shè)備選型與布局→布置定位點并測量→USMN組網(wǎng)→測量驗證。

3.2設(shè)備選型與布局:

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

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圖5:設(shè)備與定位點布局

3.3定位點測量:

跟蹤儀通過路由器連接在同一網(wǎng)絡(luò),四臺GTS激光跟蹤儀依次測量20個定位點,見圖6。USMN通過點的名稱來匹配,不同儀器測量同一個定位點,測量點名稱要一致。

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圖6:定位點測量數(shù)據(jù)

3.4 USMN解算:

通過SMT軟件進行解算分析,選擇4臺儀器的定位點測量數(shù)據(jù)使用USMN配準,解算結(jié)果顯示RMS=0.057mm,最大偏差0.097mm為P13定位點(圖7)。

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圖7:USMN解算

點擊應(yīng)用,生成USMN解算點組并將4臺設(shè)備定位(圖8)。

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圖8:儀器定位

3.5 1m標準桿測量:

標準桿用高精度三坐標進行測量作為標準值,長度為1004.7704mm。

(1)將1m標準桿,橫、豎、斜向不同姿態(tài)擺放,分別在測量空間范圍內(nèi)進行測量,共計20個位置,每個位置重復(fù)3次,擺放位置見圖9。

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圖9:1m標準桿擺放位置

(2)單臺跟蹤儀測量:單臺儀器測量數(shù)據(jù)查詢桿長,以三坐標測量值為標準,進行比較,從圖10中可以看出,單臺跟蹤儀在不同距離,是無法滿足整個測量場任意位置偏差10μm以內(nèi)的要求。

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圖10:62#跟蹤儀的測量桿長偏差

(3)USMN組網(wǎng)測量:四臺跟蹤儀測量數(shù)據(jù)解算查詢的桿長,與標準值進行對比,從圖11中可以看出,多臺跟蹤儀組網(wǎng)測量,結(jié)果得到了非常大的提升,其精度可以滿足測量場中10μm的精度要求。

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圖11:組網(wǎng)測量1m桿長偏差

3.6 2m標準桿測量:

標準桿三坐標測量精度為2299.7103mm。使用2m標準桿,橫、斜向不同姿態(tài)擺放,在空間范圍內(nèi)進行測量,共計12個位置,每個位置重復(fù)3次,擺放位置見圖12。

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圖12:2m標準桿擺放位置

數(shù)據(jù)分析:從圖13折線圖可以看出,在長15m寬7米的測量場內(nèi),USMN組網(wǎng)測量2m的標準桿可以滿足10μm的精度要求。

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圖13:組網(wǎng)測量2m桿長偏差


4.結(jié)語:開啟大空間的高精度檢測

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設(shè)備的組網(wǎng)定位工作,后續(xù)測量實現(xiàn)了測量網(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量效率。這項技術(shù)不僅提升了工業(yè)測量的精度標準,還成為了優(yōu)化生產(chǎn)流程、增強產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵工具,助力企業(yè)在市場競爭中保持優(yōu)勢。選擇中圖激光跟蹤儀,確保每次測量精確無誤,為產(chǎn)品質(zhì)量保駕護航。

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