工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)分類

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)工業(yè)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)

作為近三十年發(fā)展起來(lái)的一種高效率的新型精密測(cè)量?jī)x器， 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)(Coordinate Measurement Machine CMM)已廣泛的應(yīng)用于機(jī)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(biāo)系統(tǒng)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的，有三根互相垂直的軸和一個(gè)工作平臺(tái)構(gòu)成，通過(guò)接觸的方式獲取工業(yè)目標(biāo)的三維坐標(biāo)。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的出現(xiàn)具有標(biāo)志性意義，它標(biāo)志著工業(yè)測(cè)量?jī)x器由手動(dòng)測(cè)量階段過(guò)渡到自動(dòng)測(cè)量階段。三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)提高了三維坐標(biāo)測(cè)量的精度，高精度的坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的單軸精度，每米長(zhǎng)度內(nèi)可達(dá)1μm以內(nèi)，三維空間精度可達(dá)1μm~2μm，對(duì)于車間檢測(cè)用的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)，每米測(cè)量精度單軸也可達(dá)3μm~4μm。對(duì)于外表輪廓復(fù)雜的工業(yè)構(gòu)件，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)也能夠準(zhǔn)確測(cè)量其外形。由于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以利用計(jì)算機(jī)控制，從而促進(jìn)了自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展。隨著三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的精度不斷提高，自動(dòng)化程度不斷發(fā)展，促進(jìn)了三維測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步，大大地提高了測(cè)量效率。

三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采取的是接觸式測(cè)量方式，要求工業(yè)目標(biāo)比較小，而且只能在室內(nèi)測(cè)量。而現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)設(shè)備尺寸越來(lái)越大，結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，自動(dòng)化程度要求越來(lái)越高，對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的要求越來(lái)越高。未來(lái)的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)將朝著高、快、新方向發(fā)展，精度是越來(lái)越高，測(cè)量的速度越來(lái)越快，采用的技術(shù)和材料越來(lái)越新。

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)工業(yè)經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)

早在1610年荷蘭天文學(xué)家提出了三角測(cè)量原理，從而誕生了間接定位法前方交會(huì)。1968年，原西德Opton廠生產(chǎn)出第一臺(tái)全站型電子速測(cè)儀Reg Elta 14，實(shí)現(xiàn)了電子測(cè)角，這給前方交會(huì)帶來(lái)生機(jī)。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(xiàng)技術(shù)在穩(wěn)定中不斷發(fā)展，1979年美國(guó)Hewlett Parckard用一臺(tái)計(jì)一算機(jī)將兩臺(tái)電子經(jīng)緯儀聯(lián)接起來(lái)，第一次組成了實(shí)時(shí)三角測(cè)量系統(tǒng)，這一系統(tǒng)就是現(xiàn)代工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)的雛形。

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

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)工業(yè)全站儀極坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)

全站儀極坐標(biāo)測(cè)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(dá)驅(qū)動(dòng)的電子經(jīng)緯儀或全站儀，能夠自動(dòng)搜索、照準(zhǔn)目標(biāo)。如Leica公司的TCAI 800機(jī)器人有以下特點(diǎn)：(1)配備了高精度測(cè)角和測(cè)距裝置TCA2003機(jī)器人將高精度的測(cè)距儀、絕對(duì)編碼度盤的電子經(jīng)緯儀和高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)融為一體，可獲取高精度的角度、距離和坐標(biāo)信息。(2)安置了精密伺服馬達(dá)。儀器根據(jù)指令，啟動(dòng)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)。(3)用ATR(Automatic Target Recognition)自動(dòng)瞄準(zhǔn)目標(biāo)。用CCD器件裝備的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別機(jī)構(gòu)，可在整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)快速搜尋目標(biāo)，精確照準(zhǔn)，自動(dòng)觀測(cè)。(4)用LOCK自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。目標(biāo)一旦被識(shí)別，就可啟用LOCK自動(dòng)跟蹤模式，自動(dòng)跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)。(5)支持用戶編程編碼。徠卡提供強(qiáng)有力的編程編碼工具，用戶可在仿真環(huán)境下利用PC機(jī)進(jìn)行程序和編碼的開發(fā)。由多臺(tái)TCA1800測(cè)量機(jī)器人構(gòu)成的智能型極坐標(biāo)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于香港地鐵的變形監(jiān)測(cè)之中。

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

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)GPS測(cè)量系統(tǒng)

利用全球定位系統(tǒng)進(jìn)行定位測(cè)量的技術(shù)和方法。全球定位系統(tǒng)是導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)和測(cè)距/全球定位系統(tǒng) (Navigation Satellite Timing andRanging/Global Positioning System，NAVSTAR/GPS，通常簡(jiǎn)寫為GPS)的簡(jiǎn)稱，是美國(guó)國(guó)防部主持開發(fā)的第二代衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。現(xiàn)這種測(cè)量技術(shù)和方法已經(jīng)在大地測(cè)量、工程測(cè)量、地籍測(cè)量、航空攝影測(cè)量、城市規(guī)劃、地殼形變監(jiān)測(cè)與地震預(yù)報(bào)、地球動(dòng)力學(xué)研究等領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用潛力和

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

如果待定點(diǎn)相對(duì)于周圍的固定點(diǎn)沒(méi)有可察覺(jué)到的運(yùn)動(dòng)，或者其運(yùn)動(dòng)極其緩慢以致在一次觀測(cè)期間(一般為幾個(gè)小時(shí)至幾天)無(wú)法被覺(jué)察到，因而在進(jìn)行觀測(cè)資料處理時(shí)待定點(diǎn)的位置可以認(rèn)為是固定不動(dòng)的，則確定這些待定點(diǎn)位置的測(cè)量稱為靜態(tài)定位。監(jiān)測(cè)地殼形變、測(cè)量地表沉陷、監(jiān)測(cè)地球板塊運(yùn)動(dòng)等屬于這種定位。反之，如果在一次觀測(cè)期間待定點(diǎn)相對(duì)于周圍固定點(diǎn)有可察覺(jué)到的運(yùn)動(dòng)，或者顯著的運(yùn)動(dòng)，則確定這些待定點(diǎn)位置的測(cè)量稱為動(dòng)態(tài)定位。靜態(tài)定位能夠通過(guò)大量的重復(fù)觀測(cè)來(lái)提高定位精度，是精密定位的基本作業(yè)模式。

獨(dú)立確定待定點(diǎn)在WGS-84坐標(biāo)系中的絕對(duì)位置的方法稱為單點(diǎn)定位或絕對(duì)定位。單點(diǎn)定位的優(yōu)點(diǎn)是只需使用一臺(tái)接收機(jī)即可獨(dú)立定位，外業(yè)觀測(cè)、數(shù)據(jù)處理也較簡(jiǎn)便，缺點(diǎn)是定位精度較低。這種定位模式在地質(zhì)礦產(chǎn)勘測(cè)、河海浮標(biāo)定位、導(dǎo)航及低精度測(cè)量中應(yīng)用廣泛。相對(duì)定位是使用若干臺(tái)接收機(jī)同步跟蹤、觀測(cè)幾顆相同的GPS衛(wèi)星信號(hào)，以確定接收機(jī)站之間的相對(duì)位置的定位方法。由于各同步觀測(cè)值中存在的許多誤差相同或大體相同 (特別是當(dāng)測(cè)站間的距離較短時(shí))，因而這些誤差可得以消除或減弱，使定位精度很高。相對(duì)定位需要使用至少兩臺(tái)接收機(jī)進(jìn)行同步觀測(cè)，必須已知其中某點(diǎn)的坐標(biāo)值。這種定位模式既可用于靜態(tài)定位，也可用于動(dòng)態(tài)定位。

測(cè)地型GPS接收機(jī)大都選用相對(duì)定位的作業(yè)模式。常用的作業(yè)方法有：靜態(tài)相對(duì)定位、準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位、快速靜態(tài)相對(duì)定位、動(dòng)態(tài)相對(duì)定位等。靜態(tài)相對(duì)定位法的特點(diǎn)是，基線邊往往構(gòu)成閉合圖形，以便于成果檢核和進(jìn)行GPS網(wǎng)平差，因而精度高，適宜于建立各級(jí)大地控制網(wǎng)、工程網(wǎng)和變形監(jiān)測(cè)網(wǎng)，進(jìn)行島嶼-陸地聯(lián)測(cè)及海上精密定位等。準(zhǔn)動(dòng)態(tài)相對(duì)定位又稱停行(Stop/go)動(dòng)態(tài)測(cè)量，測(cè)量方法是，在測(cè)區(qū)中選擇一基準(zhǔn)站，該站上的接收機(jī)連續(xù)跟蹤、觀測(cè)可見衛(wèi)星，其他接收機(jī)分別在待測(cè)點(diǎn)上流動(dòng)觀測(cè)。這種作業(yè)方法適宜于在開闊地區(qū)進(jìn)行加密測(cè)量、工程定位、線路測(cè)量及細(xì)部測(cè)量等。動(dòng)態(tài)相對(duì)定位又稱差分動(dòng)態(tài)定位。該法是在一基準(zhǔn)點(diǎn)上安置一臺(tái)接收機(jī)，連續(xù)跟蹤所有可見衛(wèi)星，另一臺(tái)接收機(jī)安置在運(yùn)動(dòng)的載體上，在出發(fā)點(diǎn)上按快速靜態(tài)相對(duì)定位法觀測(cè)衛(wèi)星若干分鐘，然后接收機(jī)隨載體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中按預(yù)定的時(shí)間間隔自動(dòng)觀測(cè). 實(shí)現(xiàn)載體的連續(xù)定位。定位精度可達(dá)1～2cm。

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)

經(jīng)緯儀測(cè)量系統(tǒng)是以高精度的電子經(jīng)緯儀作為角度傳感器構(gòu)成的工業(yè)測(cè)量系統(tǒng),是最常用的工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)之一，是解決大尺寸工件形體測(cè)量的有效途徑。它由兩臺(tái)高精度經(jīng)緯儀、一把標(biāo)定尺、一臺(tái)工業(yè)電腦及后處理軟件組成。兩臺(tái)經(jīng)緯儀組成一個(gè)直角坐標(biāo)系，首先對(duì)未知點(diǎn)進(jìn)行采樣，然后進(jìn)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(tái)經(jīng)緯儀上獲得一個(gè)水平角和一個(gè)垂直角，從另一臺(tái)經(jīng)緯儀上只須獲得一個(gè)水平角。得到這些角度之后，需要通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系將其換算成坐標(biāo)值。然后根據(jù)測(cè)量者的需要，引入不同計(jì)算公式、數(shù)學(xué)模型及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。完成對(duì)應(yīng)的測(cè)量計(jì)算及誤差評(píng)定。得到所需的結(jié)果。如，兩點(diǎn)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(cè)量系統(tǒng)全站儀測(cè)量系統(tǒng)

全站儀極坐標(biāo)測(cè)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(dá)驅(qū)動(dòng)的電子經(jīng)緯儀或全站儀，能夠自動(dòng)搜索、照準(zhǔn)目標(biāo)。如Leica公司的TCAI 800機(jī)器人有以下特點(diǎn):(1)配備了高精度測(cè)角和測(cè)距裝置TCA2003機(jī)器人將高精度的測(cè)距儀、絕對(duì)編碼度盤的電子經(jīng)緯儀和高性能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)融為一體，可獲取高精度的角度、距離和坐標(biāo)信息。(2)安置了精密伺服馬達(dá)。儀器根據(jù)指令，啟動(dòng)馬達(dá)，轉(zhuǎn)動(dòng)儀器，自動(dòng)照準(zhǔn)目標(biāo)。(3)用ATR(Automatic Target Recognition)自瞄準(zhǔn)目標(biāo)。用CCD器件裝備的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別機(jī)構(gòu)，可在整個(gè)視場(chǎng)范圍內(nèi)快速搜尋目標(biāo)，精確照準(zhǔn)，自動(dòng)觀測(cè)。(4)用LOCK自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。目標(biāo)一旦被識(shí)別，就可啟用LOCK自動(dòng)跟蹤模式，自動(dòng)跟蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)。(5)支持用戶編程編碼。徠卡提供強(qiáng)有力的編程編碼工具，用戶可在仿真環(huán)境下利用PC機(jī)進(jìn)行程序和編碼的開發(fā)。由多臺(tái)TCA1800測(cè)量機(jī)器人構(gòu)成的智能型極坐標(biāo)系統(tǒng)已經(jīng)應(yīng)用于香港地鐵的變形監(jiān)測(cè)之中。

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)

用激光器作為輻射源的雷達(dá)。激光雷達(dá)是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 。由發(fā)射機(jī) 、天線 、接收機(jī) 、跟蹤架及信息處理等部分組成。發(fā)射機(jī)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(dǎo)體激光器及波長(zhǎng)可調(diào)諧的固體激光器等；天線是光學(xué)望遠(yuǎn)鏡；接收機(jī)采用各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測(cè)器件等。激光雷達(dá)采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測(cè)方法分直接探測(cè)與外差探測(cè)。

自從1839年由Daguerre和Niepce拍攝第一張像片以來(lái)，利用像片制作像片平面圖(X、Y)技術(shù)一直沿用于今。到了1901年荷蘭人Fourcade發(fā)明了攝影測(cè)量的立體觀測(cè)技術(shù)，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(lái)，立體攝影測(cè)量仍然是獲取地面三維數(shù)據(jù)最精確和最可靠的技術(shù)，是國(guó)家基本比例尺地形圖測(cè)繪的重要技術(shù)。

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)

激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)是工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)中一種高精度的大尺寸測(cè)量?jī)x器，具有高精度、高效率、實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量、安裝快捷、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，適合于大尺寸工件配裝測(cè)量。它集合了激光干涉測(cè)距技術(shù)、光電探測(cè)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論等各種先進(jìn)技術(shù)，對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并實(shí)時(shí)測(cè)量目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)。

激光跟蹤儀的實(shí)質(zhì)是一臺(tái)能激光干涉測(cè)距和自動(dòng)跟蹤測(cè)角測(cè)距的全站儀，區(qū)別之處在于它沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡，跟蹤頭的激光束、旋轉(zhuǎn)鏡和旋轉(zhuǎn)軸構(gòu)成了激光跟蹤儀的三個(gè)軸，三軸相交的中心是測(cè)量坐標(biāo)系的原點(diǎn)。一臺(tái)激光干涉儀是跟蹤儀的核心部分，自動(dòng)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(gè)三面棱鏡反射器，且始終保持激光束對(duì)準(zhǔn)反射鏡中心，操作人員可以手持反射球在物體表面進(jìn)行移動(dòng)，因此只要保持反射鏡與跟蹤儀的聯(lián)系，跟蹤頭會(huì)始終跟著反射器的移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)激光束會(huì)被反射鏡反射回跟蹤儀。

工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)

它包括很多分支學(xué)科，如航空攝影測(cè)量、航天攝影測(cè)量和近景攝影測(cè)量等。

攝影測(cè)量在工業(yè)測(cè)量和工程測(cè)量中的應(yīng)用一般稱為非地形攝影測(cè)量。其中，近景攝影測(cè)量（close range photogrammetry）是指測(cè)量范圍小于100m、像機(jī)布設(shè)在物體附近的攝影測(cè)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(jī)發(fā)展到數(shù)字像機(jī)。

數(shù)字近景攝影測(cè)量系統(tǒng)一般分為單臺(tái)像機(jī)的脫機(jī)測(cè)量系統(tǒng)、多臺(tái)像機(jī)的聯(lián)機(jī)測(cè)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(cè)量和便攜等特點(diǎn)。此外，還具有其它系統(tǒng)所無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)：測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)工作量小、快速、高效和不易受溫度變化、振動(dòng)等外界因素的干擾。國(guó)外的生產(chǎn)廠家和產(chǎn)品很多，如美國(guó)GSI公司的V-STARS系統(tǒng)、挪威Metronor公司的Metronor系統(tǒng)和德國(guó)AICON 3D公司的DPA-Pro系統(tǒng)等。

SMN工業(yè)測(cè)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(tái)式或便攜機(jī)一臺(tái)組成。與便攜機(jī)相聯(lián)時(shí)，通過(guò)通訊控制器可以直接聯(lián)接多臺(tái)儀器，也可通過(guò)儀器藍(lán)牙進(jìn)行設(shè)備連接。

附件包括：通訊控制器、電纜線 、照準(zhǔn)標(biāo)志、測(cè)量工裝儀器、支撐腳架、基準(zhǔn)尺等組成。