大尺寸激光跟踪仪三维控制网平面精度研究

在简单介绍激光跟踪仪三维控制网测量原理的基础上,结合北京正负电子对撞机的实际测量数据,研究了大尺寸条件下激光跟踪仪三维控制网的平面测量精度,指出基于激光跟踪仪的三维控制网可取得优于0.1mm的相对精度。在直线形控制网中,由于高精度的跟踪仪测距发挥主要作用,所以点位绝对精度约为0.3mm(1s);而在环形控制网中,跟踪仪的测角对测量精度影响显著,点位绝对精度约为0.5mm(1s)。     

Leica AT960激光跟踪仪测量精度分析

粒子加速器的高精度准直要求对测量技术提出很大挑战,由于激光跟踪仪具有大尺寸、高精度及三维空间测量的优势,因此需要开展激光跟踪仪对粒子加速器的测量精度研究。首先,针对激光跟踪仪的标称测量精度,介绍了激光跟踪仪标称测量精度的表达方法、测试方法,对标称精度指标的计算方法进行推导,并对其具体含义进行解释,为激光跟踪仪的测量应用及数据处理提供了理论基础。然后,以直线控制网为代表开展激光跟踪仪对粒子加速器控制网的测量方法和测量精度分析,在中国散裂中子源大科学装置直线加速器进行了实际测量,采用激光跟踪仪分两组在同一时间内进行观测,通过对控制网单组的平差精度以及两组的坐标对比分析,全面准确地评价其测量精度,发现200 m长直线控制网点位横向最弱精度优于0.2 mm。同时,以导线网为简化模型对直线控制网的精度进行理论估算,发现直线控制网中部点位横向精度与控制网长度的三次方开根号成正比,从而可快速推算出其他规模的直线控制网的的测量精度,为陆续建设的粒子加速器的准直精度分析以及准直方案决策提供指导。

     

大尺寸高精度三维控制网技术探讨

空间大尺寸机构的位置和姿态测量是诸多领域中不可或缺的必要环节。而传统的一维测量技术在精度、范围和速度上已经无法满足越来越高的需求,因此必须探索新的测量技术和方法。激光跟踪仪的单站坐标测量精度在局部范围内能够达到几十个微米量级,如果要在大尺度空间内同样实现该坐标测量精度,则需要建立全局的精密三维控制网。为了解算控制点全局坐标以及测站的位置和姿态参数,文中基于边角观测值和坐标转换模型建立了激光跟踪仪三维边角网整体平差模型。平差过程中,为了削弱激光跟踪仪测角误差的影响,建立了合理的角度和距离观测值权矩阵,为高精度距离观测值赋予较大的权值,从而对其进行约束。将该方法应用于宝钢不锈钢冷轧厂生产线的安装检测和轧辊轴线平行度测量,基于激光跟踪仪自由设站理论实现大尺寸精密三维控制网的建立,取得了良好效果。     

基于激光跟踪仪的三维控制网测量精度分析

介绍三维控制网的优点及激光跟踪仪测量系统的特点,讨论了光束法平差原理及不同观测值的权比问题,并以100MeV电子直线加速器安装测量控制网的模拟计算和实测结果,论证了利用激光跟踪仪进行三维控制网的精度。     

利用激光跟踪仪三维控制网测量及其精度分析

随着社会的发展,工业化进程的推进,复杂的大尺寸精密工业制造业与精密设备安装及检校的需求越来越大,精度要求也越来越高。精密工程测量技术也在这些需求的推动下不断革新。激光跟踪仪已经在这类工业工程中广泛应用,起到了无法替代的作用,而且激光跟踪仪必不可少地使用于三维控制网的建立中。因此本文基于激光跟踪仪对三维控制网的设计、测量及其精度分析进行了研究。     

基于遗传算法的激光跟踪仪控制网优化设计

针对跟踪仪三维控制网测量时因跟踪仪设站位置凭经验布设无法保证测量结果最优的问题,提出一种基于遗传算法的跟踪仪控制网优化设计方法。该方法以多台激光跟踪仪三维网的距离前方交会为理论基础,取目标点精度均方差最小为目标函数,兼顾了工作区域边界、目标点的可视性、跟踪仪间距等约束条件,基于遗传算法实现了跟踪仪设站位置的优化设计。实验结果表明,该优化设计算法具有明显的效果,算法设计出的网形较随机网形的测量精度有明显提高,能够为实际测量中跟踪仪的布设位置提供参考。     

激光跟踪仪结合全站仪的三维控制网测量及其精度分析

激光跟踪仪测角精度较低,不适宜单独实施三维控制网测量。针对这种现状,本文从理论上分析了激光跟踪仪结合全站仪进行三维控制网测量的合理性,并在上海软X射线FEL装置安装三维控制网测量中对这一方法进行验证。实验结果表明,本文采用的方法具有较高的精度和效率,控制网总体网点误差0.03mm,平均网点误差0.02mm,X、Z轴中误差均0.09mm,满足上海软X射线FEL装置精密安装要求。同时,该法弥补了激光跟踪仪测角精度不高的缺陷,因此不失为一种提高三维控制网精度的有效方法,也为类似控制测量的施展提供了一个新的技术视点。     

激光跟踪仪进行控制网精度估算与分析

本文针对激光跟踪仪测距精度高但测角精度差的问题,在60 m线性测区内对比了测边网、测角网及边角网3种控制网点位精度,得出边角网精度最高的结论。同时对比了不同测角精度的边角网试验,得出若激光跟踪仪测角精度达到0.5″,其最弱点点位精度可提高35%。最后对比了不同设站高差的测边网精度,得出设站高差达到2 m时,最弱点点位精度可提高60%。因此,激光跟踪仪建立控制网可配合高精度测角经纬仪,以及不同高差的站位提高测量精度。     

长直轨道精密准直测量方案研究与应用

针对长直轨道设备安装中的准直问题,提出一种结合全站仪和激光跟踪仪的简易准直测量方案。在仅有轴线首尾端控制点的情况下,无需建立三维控制网,仅利用高精度全站仪建立两端短直线基准,并以此确定激光跟踪仪坐标基准,实现直线中间段准直测量。实验结果表明,对于长约110m的实验轨道,该准直测量方案的平面直线精度优于0.2mm,满足精密安装的要求,且安装效率和可靠性相应提高。     

SMX激光跟踪仪在CSR准直安装中的应用

SMX公司生产的激光跟踪仪是一种便携式的坐标测量机，它以“测量精度高，测量效率高，测量范围大”而著称。中科院兰州近代物理所的国家“九五”重大工程项目“兰州重离子加速器冷却储存环”（简称CSR）的准直安装工作的主要特点是：范围大，精度要求高，因而难度较大。在其安装过程中，从控制网的建立到磁铁的安装定位都将主要采用SMX公司生产的SMX4500型激光跟踪仪进行。本文主要介绍了SMX4500型激光跟踪仪的主要特点以及在环形加速器准直安装中的使用情况。     

激光干涉测距技术在垂直控制网中布设研究

目前在水利水电工程中,建筑物往超高层方向设计,基于狭小空间垂直控制网的布设越来越重要。在狭小空间中控制点位置局限、架站困难。整个控制网为垂直方向布设,常规测量手段无法满足该情况下的控制点测量要求。因此,基于激光跟踪仪短距离高精度的测量特性,模拟实际升船机测量环境,进行垂直控制网布设实验。实验结果表明,控制点最大误差为0.069 mm,精度满足工程测量需要,证明了激光跟踪仪在狭小空间垂直控制网布设中拥有广泛应用前景。     

高速磁浮轨道安装测控高程控制网测设实验及其精度分析

针对高速磁浮交通工程轨道安装测控的精度要求,设计了一段长度约为350 m的实验用的磁浮轨道安装测控高程控制网(CFIII),并在实验网中分别使用电子水准仪进行一等水准测量和激光跟踪仪进行三角高程间接高差测量,以实验研究分别用这2种仪器及其对应的测量方法建立CFIII高程控制网的精度及其可行性。通过对实测数据的处理与分析,认为采用现行DS05级电子水准仪的一等水准测量和采用激光跟踪仪的间接高差三角高程测量,均能够达到高速磁浮轨道安装测控高程控制网相邻点高差中误差小于0.25 mm和高程中误差小于0.5 mm的精度要求。     

粒子加速器隧道准直测量中激光跟踪仪光束法平差的误差分析和应用研究

粒子加速器隧道准直测量往往沿直线或环形布设控制网,利用激光跟踪仪进行测站搭接测量时,误差会沿测站前进方向不断积累。为了提高现有跟踪仪控制网测量精度,首先推导了激光跟踪仪光束法测量的误差传递路径公式,分析了未知控制点的误差来源;然后根据激光跟踪仪光束法平差原理得到4种不同方案,即无固定站心参数、固定站心姿态、固定站心位置和固定站心位姿,通过光束法平差解算并对比分析各方案。实验结果显示,4种方案解算点的绝对位置精度从高到低依次为固定站心位姿、固定站心位置、固定站心姿态和无固定站心参数。首尾闭合解算的平面位置均方根误差为0.147 mm,小于未闭合解算的0.163 mm,且在15 m×10 m×3 m的测量范围内,无固定方案平差解算的姿态和平面位置均方根误差分别为3.58 s和0.144 mm。实验结果表明,测站闭合能增强约束,固定站心位姿能有效抑制光束法测量的误差积累,从而提高整网平差解算精度。固定站心位置结果优于固定站心姿态,说明站心位置是影响激光跟踪仪平面光束法平差的重要参数。该研究可为今后高精度激光跟踪仪光束法平差方案设计提供参考。     

激光干涉测量三维点坐标的PDOP模型研究和应用

激光跟踪仪的激光干涉测距精度可以达到0.5μm/m,利用激光干涉精密距离测量值可以建立高精度的三维控制网,点位误差受到测站点和定向点的空间几何分布影响。建立三维位置几何精度衰减因子模型,可以计算空间点的三维坐标测量精度随着空间位置的变化,估算激光干涉三维测距网的先验精度信息,避免不利测量位置,提高空间点测量精度。本文基于激光干涉三维测距网PDOP值计算模型,仿真计算了PDOP值的空间分布等值线模型,分析了体积值与PDOP值和点位误差的关系,并对实际算例进行了解算。     

目标动态位姿激光跟踪测量方法研究

激光跟踪仪可对空间目标点进行动态跟踪并测量其三维坐标值,具有测量精度高、跟踪速度快和动态测量等优点。根据测量对象动态性的特点以及工业测量对位姿测量的需求,文章对目标动态位姿测量进行研究;由3台激光跟踪仪组成动态测量系统,建立测站坐标系,根据空间直角坐标系转换模型统一测量坐标系;利用三维边角网平差方法解算定向参数;通过不同定向点分布验证定向解算的精度;并通过实验模拟平台位姿测量。     

激光跟踪仪建立精密控制网方法研究

本文提出一种仅利用激光跟踪仪所观测的高精度距离观测值参与平差来建立控制网的方法。利用徕卡AT960激光跟踪仪建立三维测边控制网,在网中采用空间后方交会计算各点位初始近似坐标,然后利用秩亏自由网平差模型进行平差,平差过程只有高精度距离观测值参与,排除角度观测值建立高精度控制网。该控制网建立的方法减轻甚至消除了角度观测值误差对于最终点位误差的影响,平差结果表明,空间点三维坐标平差值反算的距离与测量距离的差值优于8μm,单位权中误差为12μm,证明了该方法的准确性。     

大型DRAP轧钢辊系精密控制测量及检测

不绣冷轨带钢(DRAP)轧钢辊系的几十个不同类型的辊分布在约600 m的长度上,最大高差达10 m。实现对各个轧钢辊的检测是确保安全生产的重要前提,检测工作具有测量精度高、测量难度大、测量空间狭窄等缺点。本文基于激光跟踪仪任意姿态下的三维边角网平差模型并顾及边角合理赋权,在狭长空间内建立高精度的首级三维控制网,通过激光跟踪仪任意姿态自由设站模型,依次检测各个轧钢辊的平行度、水平度等参数,以此为基础进行各个轧钢辊的精密调整以满足设计要求,对于DRAP轧钢辊系的安全生产具有重要意义。     

动态位姿激光跟踪测量定向解算精度分析

激光跟踪仪采用激光干涉测量技术,可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其空间三维坐标,具有采样频率高、测量精度高、测量范围大等特点。根据测量对象动态性的特点,对动态位姿测量的需求更加迫切,由多台激光跟踪仪组成的测量系统对目标进行实时动态位姿测量引起人们的关注。文中由3台激光跟踪仪组成动态测量系统,建立测站坐标系,根据空间直角坐标系转换模型统一测量坐标系,提出两种转换参数的计算方法,并通过实验验证两种方法的可行性和精度。     

激光跟踪仪测量精度的评定

介绍了影响激光跟踪仪测量精度的各种因素及对其测量精度进行评定的意义、指标及方法,阐述了比较法在仪器现场检查和校准中的应用,并以100MeV直线加速器的测量控制网为例,说明统计分析法在验后精度评定中应用。     

一种大型天线自动化变形测量新方法

针对大型天线变形测量自动化程度低的问题,该文提出了基于emScon二次开发应用程序控制激光跟踪仪,对天线面板进行高精度点位测量的方法。设计了天线面板固定点位自动化测量总体方案及激光跟踪仪联机控制系统,阐述了激光跟踪仪精确照准目标反射镜的机制,并通过模拟实验对提出的方法进行了验证。结果表明,该方法可满足自动化测量的要求,解决了大型天线因自身和外界环境因素而难以捕捉其微小变化的难题,为设备的正常运行提供可靠的数据支撑。