[发明专利]一种激光跟踪仪温度误差补偿方法

说明书

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。

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。

激光跟踪测量系统(Laser Tracker System)是工业测量系统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。

激光跟踪测量系统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。

激光跟踪测量系统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，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置，简单的说，激光跟踪测量系统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。

激光跟踪仪的测量系统误差主要来自环境因素、系统误差、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,在装配系统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。