工業(yè)測量系統(tǒng)

工業(yè)測量系統(tǒng)工業(yè)三坐標測量機系統(tǒng)

作為近三十年發(fā)展起來的一種高效率的新型精密測量儀器， 三坐標測量機(Coordinate Measurement Machine CMM)已廣泛的應用于機械制造、電子、汽車和航空航天等工業(yè)中。CMM大多數(shù)是以正交坐標系統(tǒng)為基礎設計的，有三根互相垂直的軸和一個工作平臺構成，通過接觸的方式獲取工業(yè)目標的三維坐標。三坐標測量機的出現(xiàn)具有標志性意義，它標志著工業(yè)測量儀器由手動測量階段過渡到自動測量階段。三坐標測量機提高了三維坐標測量的精度，高精度的坐標測量機的單軸精度，每米長度內(nèi)可達1μm以內(nèi)，三維空間精度可達1μm~2μm，對于車間檢測用的三坐標測量機，每米測量精度單軸也可達3μm~4μm。對于外表輪廓復雜的工業(yè)構件，三坐標測量機也能夠準確測量其外形。由于三坐標測量機可以利用計算機控制，從而促進了自動化生產(chǎn)線的發(fā)展。隨著三坐標測量機的精度不斷提高，自動化程度不斷發(fā)展，促進了三維測量技術的進步，大大地提高了測量效率。

三坐標測量機采取的是接觸式測量方式，要求工業(yè)目標比較小，而且只能在室內(nèi)測量。而現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)設備尺寸越來越大，結構越來越復雜，自動化程度要求越來越高，對三坐標測量機的要求越來越高。未來的三坐標測量機將朝著高、快、新方向發(fā)展，精度是越來越高，測量的速度越來越快，采用的技術和材料越來越新。

工業(yè)測量系統(tǒng)工業(yè)經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)

早在1610年荷蘭天文學家提出了三角測量原理，從而誕生了間接定位法前方交會。1968年，原西德Opton廠生產(chǎn)出第一臺全站型電子速測儀Reg Elta 14，實現(xiàn)了電子測角，這給前方交會帶來生機。在科技迅速發(fā)展的情況下，七十年后電子經(jīng)緯儀和全站儀各項技術在穩(wěn)定中不斷發(fā)展，1979年美國Hewlett Parckard用一臺計一算機將兩臺電子經(jīng)緯儀聯(lián)接起來，第一次組成了實時三角測量系統(tǒng)，這一系統(tǒng)就是現(xiàn)代工業(yè)測量系統(tǒng)的雛形。

國內(nèi)的主要產(chǎn)品有解放軍測繪學院的TSST經(jīng)緯儀三維坐標測量系統(tǒng)、基于多臺傳感器的經(jīng)緯儀/全站儀的三維坐標測量系統(tǒng)MeltroIn。此外，武漢大學的馮文顴教授提出了積木式工業(yè)測量系統(tǒng)的理論和方法，并在此方面做出了超越的貢獻。這些系統(tǒng)已應用于一些項目中，如大型多波束天線的安裝檢測、衛(wèi)星推進及控制裝置精度檢測、北京長河閘門安裝與檢測、三峽大壩1號機組座環(huán)檢測、工業(yè)部件放樣與檢測特高精度工業(yè)測量3維控制網(wǎng)的建立等。

工業(yè)測量系統(tǒng)工業(yè)全站儀極坐標測量系統(tǒng)

全站儀極坐標測量系統(tǒng)正朝智能化方向發(fā)展，最新的APX-Win系統(tǒng)采用馬達驅(qū)動的電子經(jīng)緯儀或全站儀，能夠自動搜索、照準目標。如Leica公司的TCAI 800機器人有以下特點：(1)配備了高精度測角和測距裝置TCA2003機器人將高精度的測距儀、絕對編碼度盤的電子經(jīng)緯儀和高性能的計算機系統(tǒng)融為一體，可獲取高精度的角度、距離和坐標信息。(2)安置了精密伺服馬達。儀器根據(jù)指令，啟動馬達，轉(zhuǎn)動儀器，自動照準目標。(3)用ATR(Automatic Target Recognition)自動瞄準目標。用CCD器件裝備的自動目標識別機構，可在整個視場范圍內(nèi)快速搜尋目標，精確照準，自動觀測。(4)用LOCK自動跟蹤目標。目標一旦被識別，就可啟用LOCK自動跟蹤模式，自動跟蹤動態(tài)目標。(5)支持用戶編程編碼。徠卡提供強有力的編程編碼工具，用戶可在仿真環(huán)境下利用PC機進行程序和編碼的開發(fā)。由多臺TCA1800測量機器人構成的智能型極坐標系統(tǒng)已經(jīng)應用于香港地鐵的變形監(jiān)測之中。

可分為經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)、全站儀測量系統(tǒng)、GPS測量系統(tǒng)、激光雷達測量系統(tǒng)、激光跟蹤測量系統(tǒng)、數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)等。

工業(yè)測量系統(tǒng)GPS測量系統(tǒng)

利用全球定位系統(tǒng)進行定位測量的技術和方法。全球定位系統(tǒng)是導航衛(wèi)星測時和測距/全球定位系統(tǒng) (Navigation Satellite Timing andRanging/Global Positioning System，NAVSTAR/GPS，通常簡寫為GPS)的簡稱，是美國國防部主持開發(fā)的第二代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)?，F(xiàn)這種測量技術和方法已經(jīng)在大地測量、工程測量、地籍測量、航空攝影測量、城市規(guī)劃、地殼形變監(jiān)測與地震預報、地球動力學研究等領域顯示出良好的應用潛力和

基本定位測量方法 GPS衛(wèi)星定位測量的基本定位方法有靜態(tài)定位和動態(tài)定位，單點定位和相對定位之分。按基本定位測量的原理論，則有偽距法定位、載波相位測量定位和射電干涉測量定位等幾種。

如果待定點相對于周圍的固定點沒有可察覺到的運動，或者其運動極其緩慢以致在一次觀測期間(一般為幾個小時至幾天)無法被覺察到，因而在進行觀測資料處理時待定點的位置可以認為是固定不動的，則確定這些待定點位置的測量稱為靜態(tài)定位。監(jiān)測地殼形變、測量地表沉陷、監(jiān)測地球板塊運動等屬于這種定位。反之，如果在一次觀測期間待定點相對于周圍固定點有可察覺到的運動，或者顯著的運動，則確定這些待定點位置的測量稱為動態(tài)定位。靜態(tài)定位能夠通過大量的重復觀測來提高定位精度，是精密定位的基本作業(yè)模式。

獨立確定待定點在WGS-84坐標系中的絕對位置的方法稱為單點定位或絕對定位。單點定位的優(yōu)點是只需使用一臺接收機即可獨立定位，外業(yè)觀測、數(shù)據(jù)處理也較簡便，缺點是定位精度較低。這種定位模式在地質(zhì)礦產(chǎn)勘測、河海浮標定位、導航及低精度測量中應用廣泛。相對定位是使用若干臺接收機同步跟蹤、觀測幾顆相同的GPS衛(wèi)星信號，以確定接收機站之間的相對位置的定位方法。由于各同步觀測值中存在的許多誤差相同或大體相同 (特別是當測站間的距離較短時)，因而這些誤差可得以消除或減弱，使定位精度很高。相對定位需要使用至少兩臺接收機進行同步觀測，必須已知其中某點的坐標值。這種定位模式既可用于靜態(tài)定位，也可用于動態(tài)定位。

測地型GPS接收機大都選用相對定位的作業(yè)模式。常用的作業(yè)方法有：靜態(tài)相對定位、準動態(tài)相對定位、快速靜態(tài)相對定位、動態(tài)相對定位等。靜態(tài)相對定位法的特點是，基線邊往往構成閉合圖形，以便于成果檢核和進行GPS網(wǎng)平差，因而精度高，適宜于建立各級大地控制網(wǎng)、工程網(wǎng)和變形監(jiān)測網(wǎng)，進行島嶼-陸地聯(lián)測及海上精密定位等。準動態(tài)相對定位又稱停行(Stop/go)動態(tài)測量，測量方法是，在測區(qū)中選擇一基準站，該站上的接收機連續(xù)跟蹤、觀測可見衛(wèi)星，其他接收機分別在待測點上流動觀測。這種作業(yè)方法適宜于在開闊地區(qū)進行加密測量、工程定位、線路測量及細部測量等。動態(tài)相對定位又稱差分動態(tài)定位。該法是在一基準點上安置一臺接收機，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，另一臺接收機安置在運動的載體上，在出發(fā)點上按快速靜態(tài)相對定位法觀測衛(wèi)星若干分鐘，然后接收機隨載體在運動過程中按預定的時間間隔自動觀測. 實現(xiàn)載體的連續(xù)定位。定位精度可達1～2cm。

工業(yè)測量系統(tǒng)經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)

經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)是以高精度的電子經(jīng)緯儀作為角度傳感器構成的工業(yè)測量系統(tǒng),是最常用的工業(yè)測量系統(tǒng)之一，是解決大尺寸工件形體測量的有效途徑。它由兩臺高精度經(jīng)緯儀、一把標定尺、一臺工業(yè)電腦及后處理軟件組成。兩臺經(jīng)緯儀組成一個直角坐標系，首先對未知點進行采樣，然后進行數(shù)據(jù)處理。

經(jīng)緯儀上采集到的都是角度值。由其中一臺經(jīng)緯儀上獲得一個水平角和一個垂直角，從另一臺經(jīng)緯儀上只須獲得一個水平角。得到這些角度之后，需要通過數(shù)學關系將其換算成坐標值。然后根據(jù)測量者的需要，引入不同計算公式、數(shù)學模型及評定標準。完成對應的測量計算及誤差評定。得到所需的結果。如，兩點間的距離、直線度、平面度、平行度、垂直度、圓度、傾斜度等。

工業(yè)測量系統(tǒng)全站儀測量系統(tǒng)

全站儀極坐標測量系統(tǒng)正朝智能化方向發(fā)展，最新的APX-Win系統(tǒng)采用馬達驅(qū)動的電子經(jīng)緯儀或全站儀，能夠自動搜索、照準目標。如Leica公司的TCAI 800機器人有以下特點:(1)配備了高精度測角和測距裝置TCA2003機器人將高精度的測距儀、絕對編碼度盤的電子經(jīng)緯儀和高性能的計算機系統(tǒng)融為一體，可獲取高精度的角度、距離和坐標信息。(2)安置了精密伺服馬達。儀器根據(jù)指令，啟動馬達，轉(zhuǎn)動儀器，自動照準目標。(3)用ATR(Automatic Target Recognition)自瞄準目標。用CCD器件裝備的自動目標識別機構，可在整個視場范圍內(nèi)快速搜尋目標，精確照準，自動觀測。(4)用LOCK自動跟蹤目標。目標一旦被識別，就可啟用LOCK自動跟蹤模式，自動跟蹤動態(tài)目標。(5)支持用戶編程編碼。徠卡提供強有力的編程編碼工具，用戶可在仿真環(huán)境下利用PC機進行程序和編碼的開發(fā)。由多臺TCA1800測量機器人構成的智能型極坐標系統(tǒng)已經(jīng)應用于香港地鐵的變形監(jiān)測之中。

工業(yè)測量系統(tǒng)激光雷達測量系統(tǒng)

用激光器作為輻射源的雷達。激光雷達是激光技術與雷達技術相結合的產(chǎn)物 。由發(fā)射機 、天線 、接收機 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發(fā)射機是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學望遠鏡；接收機采用各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等。激光雷達采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法分直接探測與外差探測。

自從1839年由Daguerre和Niepce拍攝第一張像片以來，利用像片制作像片平面圖(X、Y)技術一直沿用于今。到了1901年荷蘭人Fourcade發(fā)明了攝影測量的立體觀測技術，使得從二維像片可以獲取地面三維數(shù)據(jù)(X、Y、Z)成為可能。一百年以來，立體攝影測量仍然是獲取地面三維數(shù)據(jù)最精確和最可靠的技術，是國家基本比例尺地形圖測繪的重要技術。

工業(yè)測量系統(tǒng)激光跟蹤測量系統(tǒng)

激光跟蹤測量系統(tǒng)是工業(yè)測量系統(tǒng)中一種高精度的大尺寸測量儀器，具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便等特點，適合于大尺寸工件配裝測量。它集合了激光干涉測距技術、光電探測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現(xiàn)代數(shù)值計算理論等各種先進技術，對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標。

激光跟蹤儀的實質(zhì)是一臺能激光干涉測距和自動跟蹤測角測距的全站儀，區(qū)別之處在于它沒有望遠鏡，跟蹤頭的激光束、旋轉(zhuǎn)鏡和旋轉(zhuǎn)軸構成了激光跟蹤儀的三個軸，三軸相交的中心是測量坐標系的原點。一臺激光干涉儀是跟蹤儀的核心部分，自動跟蹤球反射鏡裝在鋼球中，采用球形反射鏡可以捕獲跟蹤儀發(fā)射的激光束。從跟蹤頭發(fā)射出的激光，發(fā)向一個三面棱鏡反射器，且始終保持激光束對準反射鏡中心，操作人員可以手持反射球在物體表面進行移動，因此只要保持反射鏡與跟蹤儀的聯(lián)系，跟蹤頭會始終跟著反射器的移動而轉(zhuǎn)動，同時激光束會被反射鏡反射回跟蹤儀。

工業(yè)測量系統(tǒng)數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)

它包括很多分支學科，如航空攝影測量、航天攝影測量和近景攝影測量等。

攝影測量在工業(yè)測量和工程測量中的應用一般稱為非地形攝影測量。其中，近景攝影測量（close range photogrammetry）是指測量范圍小于100m、像機布設在物體附近的攝影測量。它經(jīng)歷了從模擬、解析到數(shù)字方法的變革，硬件也從膠片像機發(fā)展到數(shù)字像機。

數(shù)字近景攝影測量系統(tǒng)一般分為單臺像機的脫機測量系統(tǒng)、多臺像機的聯(lián)機測量系統(tǒng)。此類系統(tǒng)與其它類系統(tǒng)一樣具有精度高、非接觸測量和便攜等特點。此外，還具有其它系統(tǒng)所無法比擬的優(yōu)點：測量現(xiàn)場工作量小、快速、高效和不易受溫度變化、振動等外界因素的干擾。國外的生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品很多，如美國GSI公司的V-STARS系統(tǒng)、挪威Metronor公司的Metronor系統(tǒng)和德國AICON 3D公司的DPA-Pro系統(tǒng)等。

SMN工業(yè)測量系統(tǒng)由經(jīng)緯儀、全站儀、激光跟蹤儀、3D激光數(shù)據(jù)采集器、PIII以上臺式或便攜機一臺組成。與便攜機相聯(lián)時，通過通訊控制器可以直接聯(lián)接多臺儀器，也可通過儀器藍牙進行設備連接。

附件包括：通訊控制器、電纜線 、照準標志、測量工裝儀器、支撐腳架、基準尺等組成。