工业测量系统

工业测量系统

摘要:工业测量是现代工业技术的主要组成部分，是测绘学科的重要分支。目前主要介绍了除经纬仪外

的五种工业测量系统包括全站仪极坐标测量系统、坐标测量机系统、数字近景摄影测量系统、激光跟踪测

量系统、激光扫描测量系统的原理、特点及最新进展。

关键词：工业测量系统；全站仪极坐标测量系统；坐标测量机系统；数字近景摄影测量系统；激光跟

踪测量系统；激光扫描测量系统

1.前言

随着现在科技的迅猛发展，特别是计算机技术、通信技术等的发展，在我们测绘领域出现了很多的技术创新。其中工业测量系统就是应用广阔、测量精度高、简单方便的一种测量新技术。

2.工业测量系统分类

二十世纪八十年代开始，工业测量系统在现代工业部门得到广泛的应用。根据所用的测量仪器的不同，可分为三坐标测量机系统、电子经纬仪工业测量系统、全站仪极坐标测量系统、数字近景摄影测量系统、激光跟踪测量系统、激光扫描测量系统等。

2.1.三坐标测量机系统

三坐标测量机系统又包括了固定式的三坐标测量机（如图1）和便携式的关节式坐标测量机（如图2）。

三坐标测量机是指在一个三维空间内，能够对几何形状、长度等进行测量的仪器，它是传统通用三维坐标测量仪器的代表，通过测头沿导轨的直线运动来实现精确的坐标测量。目前，通过计算机自动控制的运用，计算机数字控制测量机已经出现并在生产实践中得到广泛的应用。具有自动瞄准定位的功能同时能按照预先编制好的程序自动完成全部

测量和计算过程。其优点是测量精度高、效率高、操作便捷、应用广；其不足

是属于接触式测量，对非刚体的测量误差大，同时是固定的，只适合室内作业，

适用性弱。因此，一般测绘单位已经不配备这类仪器，只在工厂等生产单位使

用。

便携式-关节臂式三坐标测量机取代传统的直尺/卷尺/测径器/千分尺/深

图1坐标式测量机度计/直径仪器/测隙规/厚薄规/柱形测孔规/显示测径器/标尺角度测量器甚至

小型台式三坐标测量机。是专为现场测量而设计，是当下通用的在线检测、数字化和质量验证的现代化检测工具。

图2臂式三坐标测量

2.3 全站仪测量系统

特点：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

发展：早在1990年之前，瑞士Leica二公司就推出了商业化系统PCMSplus，其全站仪采用TC2002,测角精度为0. 5”测距标称精度为1mm+lpp。用掌上计算机配合微机推出的一个产品为DCA-TC。其中DCP10软件装入掌上计算机用于控制TC2002进行数据采集和一般性处理，DCP20软件运行在微机上进行测量数据的综合处理和分析。

目前，被称为测量机器人的带自动照准和自动识别目标

(ATR)技术的全站仪如图己出现并广为应用(如图 3

TDA5005)。Leica的构成的系统在120米范围内使用精密角偶

棱镜(CCR)的测距精度能达到0. 2mm;日本SOKKIA公司推出了

MONMOS全站仪测量系统，采用NET1200全站仪在100

图3

米范围内对反射片测量精度优于0. 7mm 。由于一般必须要有合作目标(如棱镜或反射片)才能测距，所以它无法直接测量目标点测距固定误差的存在，使其在短距离(<20m) 测量时相对精度较低。现在已出现了无需棱镜测距的全站仪Leica 的TCR1101)，但测距精度均很低，低于3mm。

2.4 激光跟踪测量系统

图4

工作原理：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标空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。

激光跟踪仪的坐标测量是基于极坐标测量原理的。测量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，以及反射器到跟踪头的距离D计算出来的。本系统在实际应用中采用的一站法激光跟踪测量系统。

系统的工作原理从以下几个部分进行讨论：

1)距离测量部分

包括激光干涉法距离测量装置和放置在被测物体上的逆反射器等。干涉测距是利用光学干涉法原理，通过测量干涉条纹的变化来测量距离的变化量。一般的干涉测距只能测量相对距离，如果激光束被打断，则必须重新回到基点以重新初始化。最新研制的激光跟踪系统已经能够实现绝对距离的测量。

2)角度测量部分

包括方位角和高度角的角度编码器。

3)跟踪控制部分

包括控制器、力矩电机和位置监测器。逆反射器反射回的光束经过分光镜时，有一部分光进入位置检测器，当逆反射器移动时，这一部分光将会在位置探测器上产生一个偏移置，根据偏移值，位置检测器输出偏移信号至控制器控制力矩电机转动直到偏移值趋向零，从而达到跟踪的目的。因此当逆反射器在空间运动时，激光跟踪头能一直跟踪逆反射器。

4)测量电路部分

该部分用于读出距离变化量和两个编码器的输出脉冲数。与计算机之间进行大量的数据交换，计算机进行数据处理，实时显示运动目标的三维位置。

图5 激光跟踪测量原理图

特点：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。

发展概况：最新的激光跟踪测量系统为Axyz-LTM，它的硬件为LT500/LTD500激光跟踪仪（如图6），其测量速度比SMART310快一倍，而LTD500为带绝对测距仪的激光跟踪仪，在测量信号遮挡后，绝对测距仪能及时测出绝对距离，保证跟踪仪能继续测量。

图6激光跟踪仪LTD500