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三维工业测量系统

2014-07-27  xg2691

 近年来随着测绘仪器和计算机技术的发展,相继出现了一些可以实时获取产品三维信息的工业测量系统,三维工业测量系统在各个工业领域中有着广泛的应用,如飞机、汽车、船舶等工业中外形尺寸的检测及行架、导轨的定位安装与检测,工业产品零部件的放样、加工、维修和检测,科学研究领域中粒子加速器的定期检测与调整,雷达工业中雷达表面形状及安装位置的检测,大型射电天文望远镜的精密安装定位,逆向工程的应用等。三维工业测量系统则是利用各种测量仪器包括电子经纬仪、全站仪、激光跟踪仪、扫描仪、专业相机等组合,在计算机的操控下,完成工件的实时三维坐标测量,并在现场进行数据处理,得出成果报表的系统。目前,三维工业测量系统包括:三坐标测量机系统、经纬仪工业测量系统、全站仪极坐标测量系统、近景数字摄影视觉测量系统以及激光跟踪干涉测量系统。

 1.三坐标测量机系统。三坐标测量机是目前在制造业得到世界范围广泛应用的传统通用坐标精密测量代表设备,它已经成为3D检测工业标准设备。但受到直线型导轨运动的限制,一般只能用于专用的测量环境,不能应用于制造现场,且传统的三坐标测量机(CMM)的测量范围有限,一般不超过2米。

                三维工业测量系统

 2.经纬仪工业测量系统。经纬仪工业测量系统以空间交会三角测量原理为基础,采用多个经纬仪组合,结合精密定向技术,当前电子经纬仪的测角精度已达0.5秒,理论上可以实现优于10um/m的测长精度。经纬仪系统有很好的便携性,可以在工业现场组建,但存在测量效率低、需人工瞄准,工作强度大、测量精度随测量距离增加而下降等局限性,不适合大工作量的现场测量。美国K+E厂制造的AIMSRT,即解析工业测量系统,该系统已成功地用于欧洲宇航局(ESA)在无尘空调车间内5mx5mx5m的宇航仪表作声振试验的3维测量,其精度达0.05mm要求。瑞士制造的SPACE,即全自动工业测量系统,该系统自动化程度高,在经纬仪的制动、微动螺旋、望远镜调焦等部件均是自动部件,望远镜内装有一个影像采集的微型CCD摄影机,能进行数字图像处理,该系统每小时可测五百点三维坐标,点位精度小于0.lmm

 

               三维工业测量系统

 3.全站仪极坐标测量系统。全站仪极坐标测量系统是以一台高精度的全站仪构成的极坐标测量系统,系统是基于极坐标法的原理。极坐标法坐标测量系统的仪器设站非常方便和灵活,测程较远,实际上在100m范围内的精度可达到士0.5mm左右,因此特别适用于钢架结构测量和造船工业等中等精度要求的情况。目前,全站仪有多种不同型号,分别具有各种不同的功能,马达驱动式的全站仪测角精度高,且具有自动目标识别功能,自动化和智能化性能都很高,在极坐标测量系统中被广泛应用。

                   三维工业测量系统

 4.近景数字摄影视觉测量系统。近景数字摄影视觉测量采用类似于经纬仪系统的空间交会三角测量模型,所不同的是,它采用高性能数字成像器件作为传感元件,结合图像处理及模式识别技术实现对目标物体(被测点)的自动识别、瞄准和角度测量,测量过程自动化,消除测量过程中的人为误差,有效提高了测量精度,施测周期短,测量效率大大提高。在我国的近景数字摄影视觉测量系统一般精度较低,但也较多地得到应用并取得显著成效。如北京市测绘设计研究院用于测绘大型飞机外型;建设部综勘院用于香港宝莲寺天坛大佛建造工程;武汉测绘科技大学用于葛洲坝船闸变形监测、龙口及上下游水面流速动态测量;武钢“4号高炉”煤气管道变形监测等。

                三维工业测量系统

     5.激光跟踪测量系统。激光跟踪测量系统是建立在激光干涉长度测量和角度精密测量基础上的极坐标测量系统,具有快速、动态、精度高等优点,在航空航天、机械制造、核工业等测量领域得到广泛地应用,Leica公司、API公司以及SMX公司都先后推出了各具特点的激光跟踪仪。通过每秒几千点的采点速率,跟踪仪对内部安装有棱镜反射镜的跟踪球进行精确的实时跟踪。跟踪球移动时,跟踪仪会自动跟踪反射镜的球心位置。激光跟踪仪是基于空间极坐标测量原理,给定点的坐标由跟踪头输出的两个角度,即水平角H和垂直角V,以及反射镜到跟踪头的距离S计算出来的。

                   三维工业测量系统

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