激光跟蹤三維坐標測量系統(tǒng)校準規(guī)范

1激光跟蹤三維坐標測量系統(tǒng)校準規(guī)范內(nèi)置于激光跟蹤儀的測距儀，也被稱為電子測距儀(electronicdistancemeter,EDM).2激光跟蹤三維坐標測量系統(tǒng)由主機和反射靶標組成。主機通過干涉儀或測距儀與兩個互相垂直的測角系統(tǒng)構成，建立了一個球坐標系。通過雙軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構控制光線跟蹤反射靶標的移動，同時測量主機到反射靶標之間的距離，以及這些旋轉(zhuǎn)軸的角坐標，確定靶標在坐標系中的位置，可以測量靜止目標，跟蹤和測量活動目標。激光跟蹤儀的距離測量使用內(nèi)置的干涉儀或測距儀。有的激光跟蹤儀只具備其中一種距離測量能力，有的則同時具備兩種方式。不同的配置使激光跟蹤儀對不同的誤差源比較敏感，因此對只配有干涉儀、只配有測距儀或同時配有干涉儀和測距儀的激光跟蹤5計量特性5.1點對點長度示值誤差激光跟蹤儀對短標尺進行點對點長度測量時，其示值與參考值之差。該測量需要在水平、垂直、對角線和用戶指定的任意方位進行。需要進行符合性評定時，由生產(chǎn)商或用戶規(guī)定最大允許誤差，并填入表A.1。激光跟蹤儀對固定點進行雙面測試時，前視/后視測量同一點時激光跟蹤儀的示值之差。該測量需要對三個不同位置的點進行。需要進行符合性評定時，由生產(chǎn)商或用戶規(guī)定最大允許誤差，并填入表A.1。激光跟蹤儀對沿測量軸安裝的長標尺測量時，激光跟蹤儀示值與參考值之差。該測量需要對四個不同參考長度進行；具有測距儀功能的激光跟蹤儀，還要增加兩個額外的長度。需要進行符合性評定時，由生產(chǎn)商或用戶規(guī)定最大允許誤差，并填入表A.1。5.4球面反射靶標誤差旋轉(zhuǎn)安裝在基點的球面反射靶標，激光跟蹤儀測量示值的變化量。該測量需要將球面反射靶標繞激光入射軸旋轉(zhuǎn)四個位置，繞激光垂直軸擺動四個位置進行。需要進行符合性評定時，由生產(chǎn)商或用戶規(guī)定最大允許誤差，并填入表A.1。靶標沿圓周運動時，激光跟蹤儀可以保持跟蹤能力時的最高轉(zhuǎn)速RL。需要進行符合性評定時，由生產(chǎn)商或用戶規(guī)定最大允許誤差，并填入表A.1。靶標沿圓周運動，速度達到0.7RL時，激光跟蹤儀測量靶標運動軌跡直徑的示值誤差。需要進行符合性評定時，由生產(chǎn)商或用戶規(guī)定最大允許誤差，并填入表A.1。5.7動態(tài)示值變動量靶標沿圓周運動，速度達到0.7RL時，激光跟蹤儀測量靶標運動軌跡半徑的示值變化范圍，用半徑示值的標準差表示。需要進行符合性評定時，由生產(chǎn)商或用戶規(guī)定最大3校準應在被校儀器的額定條件下進行。額定條件根據(jù)表A.2項目按照生產(chǎn)商提供環(huán)境條件指溫度、濕度和大氣壓力的允許范圍，按照生產(chǎn)商的規(guī)定或由用戶規(guī)定，填人表A.2。6.2標準設備6.2.1短標尺，用于點對點長度示值校準，長度應當不小于2.3m,其參考長度的擴展不確定度U應當不超過表AG1中規(guī)定的最大允許誤差的1/4。這相當于測量能力指(a)可以用反射靶標測量其端點的，經(jīng)過校準的標準器；(b)安裝在剛性結構上的兩個靶標靶座，靶座之間的距離通過測距或測位移設備(c)通過內(nèi)置的距離或位移測量設備產(chǎn)生參考長度的導軌測量系統(tǒng)。本規(guī)范中以安裝兩塊靶座的獨立剛性結構作為點對點長度測量標準器進行表述。6.2.2雙面測試使用在不同高度固定安裝的三個靶座作為標準器，如表5中的圖示。光跟蹤儀高度處。D表示儀器與地面上靶座之間的距離。6.2.3長標尺一用于距離測量示值校準，長度應當不小于20m,其參考長度的擴展不確定度應當不超過表A.1中規(guī)定的最大允許誤差絕對值的1/2。這相當于測量能力指數(shù)(a)利用激光位移干涉儀測量滑架在軌道上的運動距離作為參考長度。(b)安裝在剛性結構上的多個靶座，靶座之間的距離采用適當技術校準，例如采用本規(guī)范中以利用位移干涉儀測量滑架在軌道上的運動距離作為參考長度進行表述。6.2.4標準圓軌跡發(fā)生器，靶座距精密軸系的距離約500mm。標準圓直徑的測量不確定度U應當不超過表A.1中規(guī)定的最伏允詐誤差絕對值的1/4。這相當于測量能力指數(shù)Cm=4。建議使用單個球面反射靶標進行本規(guī)范中描述的所有校準項目。當使用測距儀時，為了減少校準時間，可以使用多個球面反射靶標，但這種方式進行校準可能明顯加大長如果使用實物標準器，應當監(jiān)控和記錄標準器的溫度。如果校準中標準器溫度偏離4標準溫度，應當利用這些數(shù)據(jù)來補償熱膨脹引起的參考長度的變化，并確定相應的擴展作為可替換方法，如果使用獨立式結構或?qū)к墱y量系統(tǒng)獲得參考長度，則必須監(jiān)控校準中，激光跟蹤儀需繞立軸旋轉(zhuǎn)，在四個規(guī)定的水平角位置測量。對于被校準的激光跟蹤儀，若無法在規(guī)定的水平角進行測量，則應在可利用的角度范圍內(nèi)均勻等距分7.1.1水平長度測量。短標尺按照表1所示水平方向設置。距離A應當不小于2.3m。激光跟蹤儀的高度h,應當大約與靶座a和b的高度一樣。D表示參考長度與激光跟蹤儀之間的距離。此外，激光跟蹤儀的安裝應當使其與靶座a和b的距離近似按照表1中描述的位置和方向，對激光跟蹤儀進行測量。同一個方位進行三次重復測量。數(shù)據(jù)處理方法見7.1.6,測量結果填入表A.1。a立軸aD序號(近似值)水平角()7.1.2垂直長度測量。短標尺按照表2所示垂直方向設置。距離A應當不小于2.3m。激光跟蹤儀的高度h,應當大約在靶座a和b的高度之間的中點。D表示參考長度與激按照表2中描述的位置和方向，對激光跟蹤儀進行測量。同一個方位進行三次重復測量。數(shù)據(jù)處理方法見7.1.6,測量結果填入表A.1。7.1.3右對角長度測量。短標尺按照表3所示右對角線方向設置。長度A應當不小于2.3m。激光跟蹤儀的高度h,應當大約在靶座a和b的高度之間的中點。D表示參考長度與激光跟蹤儀之間的距離。按照表3中描述的位置和方向，對激光跟蹤儀進行測量。同一個方位進行三次重復測量。數(shù)據(jù)處理方法見7.1.6,測量結果填入表A.1。5a立軸AbhD序號(近似值)相對靶座a和b的測量水平角(°)立軸bhAD序號(近似值)水平角(°)7.1.4左對角長度測量。短標尺按照表4所示左對角線方向設置。長度A應測量。數(shù)據(jù)處理方法見7.1.6,測量結果填入表A.1。法見7.1.6,測量結果填入表A.1。64序號(近似值)水平角(°)立軸XD(a)第一處默認位置強烈推薦用戶在垂直方向擴展測量，即該位置主要檢測激光跟蹤儀的垂直角編碼器。校準位置類似于表2中的位置，但是短標尺進行垂直移位，使低位靶座(在表2插圖中表示為b)大約與激光跟蹤儀等高。儀器應當盡可能靠近短標尺(即表2插圖中距離D應當減到最小),但仍然可以測量高位靶座(即靶座a位于激光跟蹤儀的垂直角編碼器的測量范圍內(nèi))。(b)第二處默試位置類似于7.1.3的位置，但是短標尺的擺放形成復合角，使測量時激光跟蹤儀所有三軸(徑向和兩根角軸)均產(chǎn)生位移。短標尺的中心應當近似為激光跟蹤儀的高度，距離D=5m。7.1.6點對點長度示值誤差的計算：通過計算測量示值與短標尺參考長度之間的差值評價長度示值誤差，使用公式(1)進行計算。Lre——參考長度。對應重復三次的測量，各校準位置具有三個值(&,δ)。對于每次點對點長度測量誤差，比較最大值δmx=max(o,)與該長度對應的最大允許誤差參數(shù)，對于所有方向和位置，當δmx≤|MPE|,校準結果符合計量要求。對于一組校準位置，最大7.2雙面示值誤差7.2.1校準方法：雙面示值誤差校準的設置圖示于表5中。三個靶座放置位置：一個在地面上，一個大約在激光跟蹤儀高度，一個在距地面兩倍激光跟蹤儀高度處。D表示儀器與地面上靶座之間的距離。按照表5中描述的位置和方向，對激光跟蹤儀進行校準首先用前視方式測量各點的坐標，然后用后視方式測量各點的坐標。在各位置7中進行三次重復測量。數(shù)據(jù)處理方法見7.2.2,測量結果填入表A.1。立軸a9b序號(近似值)水平角(°)1注釋(1)02注釋(1)903注釋(1)注釋(1)07Ch7.2.2數(shù)據(jù)處理：通過計算測量的前視和后視靶位示值的差來評價雙面示值誤差。對于每個取樣位置，前視模式下測量的靶位P的坐標為(xp,yr,x)。/后視模式下，測量的靶位P的坐標為(zg,yn,xg)。通過激光跟蹤儀軟件計算P(xf,y,zp)和P(xg,30,xa)之間的距離是雙面示值誤差△。對應重復三次的測量，每介位置具有三個值(A,△,△)。對手雙面示值誤差校準中測量的各位置，用最大值人=max(△,△,△)與對應的最大允許誤差比較，對于所有位置，均應滿足A|MPE|。激光跟蹤儀不同方向的雙面示值誤差校準結合在一起形成一組，例如，校準位置1、2、3和4(參看表5)。對于一組校準位置，規(guī)定了同樣的最大允詐誤差參數(shù)，最大值△報告在表7.3距離示值誤差應當根據(jù)制造商的要求(表A.2)保證激光束路徑的溫度環(huán)境。按照表6中描述的位置和方向，對激光跟蹤儀進行測量。長標尺取L?至L?,如表6中圖示，其中參考長度是離激光跟蹤儀最近的靶座a與后面每個靶座之間的長度。靶座a應當放置在離激光跟蹤儀3m處。激光跟蹤儀的徑向通過靶座a和b的連線，其高度大約為儀器高度h。7.3.1干涉儀校準。干涉儀校準長度相關的誤差，包括細分線性誤差和干涉測量條紋的正確計數(shù)。按照表6中規(guī)定的參考長度，校準干涉儀的示值誤差。表6中R表示干涉儀的最8大范圍。按順序測量到每個靶座的距離，從最遠至最近。然后使用這些距離來計算表6插圖中描述的長度。各參考長度應當進行三次測量，數(shù)據(jù)處理方法見7.3.3,測量結果7.3.2測距儀校準。長標尺按照表6中規(guī)定的參考長度，校準測距儀的示值誤差。表6中R表示測距儀的最大范圍。對于測距儀校準，用戶可以選擇兩個位置。用戶選擇的長度是靶座a與這兩個靶位之間的長度。按順序測量到每個靶座的距離，從最遠至最近。然后使用這些距離來計算表6圖中描述的長度。各參考長度應當進行三次測量，每次測量前對光線進行短時間遮擋，測量結果填入表A.1。序號參考長度[注釋(1)]靶座a和b連線的天頂角(°)123456用戶選擇用戶選擇h37.3.3距離測量的評價：對于參考距離法，通過計算測量示值與參考長度之間的差值大小來評價距離測量結果，使用公式(1)進行計算。對每個距離測量，比較δ值與該長度對應的最大允許誤差；對于所有長度7.4球面反射靶標誤差7.4.1校準方法將球面反射靶標安裝在基點，對準激光入射方向，如表7所示，記錄激光跟蹤儀繞激光入射軸旋轉(zhuǎn)四個位置，記錄激光跟蹤儀示分別繞與激光軸垂直的兩個軸線擺動兩個位置，記錄激光跟蹤儀示值。7.4.2數(shù)據(jù)處理通過激光跟蹤儀軟件計算測量(x;,y;,z;)和(x;,y;,x;)間的距離作為靶標誤差△,其中i,j分別取1,3;2,4;5,6;7,8。對應一組數(shù)據(jù)，有四個距離值9(△?,△?,△?,△?),用最大值△mx=max(△?,△?,△?,△?)與對應的最大允許誤差比激光軸位置序號旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)角度(激光軸02激光軸904激光軸2705垂直軸1406垂直軸1-40軸線嘉將球面反射靶標安置在標準圓軌跡發(fā)生器的靶座上，激光跟蹤儀安裝在與球面反射靶標運動平面垂直的方向，距離3m。激光跟蹤儀照準球面反射靶標。逐步增加旋轉(zhuǎn)速度，至激光跟蹤儀脫離跟蹤狀態(tài)。此時標準圓軌跡發(fā)生器顯示的轉(zhuǎn)速Rm,則該激光跟蹤儀的動態(tài)速度極限：當規(guī)定了動態(tài)速度極限，可以逐步增加旋轉(zhuǎn)速度到動態(tài)速度極限，當激光跟蹤儀可將球面反射靶標安置在標準圓軌跡發(fā)生器的靶座上，激光跟蹤儀安裝在與球面反射靶標運動平面垂直的方向，距離3m。激光跟蹤儀照準球面反射靶標。逐步增加旋轉(zhuǎn)速度至0.7Rl,利用激光跟蹤儀定距采樣功能間隔5mm采樣，取一周的測量點集，利用激光跟蹤儀軟件計算圓周直徑。直徑示值與參考值之差，為激光跟蹤儀的動態(tài)示值誤差△。與對應的最大允許誤差比較，利用7.6的測量點集，擬合圓心，計算所有點到圓心之間的距離，計算距離的標準7.8未能滿足最大允許誤差要求時的處理如果校準期間，校準結果未能符合相應的最大允許誤差要求，而環(huán)境滿足表A.2步驟1:檢查參考長度，以評價其穩(wěn)定性。如果必要，重新校準參考長度。這尤其針對6.2.1(a)和6.2.3(b),此時靶座的位置漂移可能降低參考長度的準確度。步驟2:在超差的位置重新測量五次，并選擇最大誤差(測量示值減去參考長度)的值替換原值。步驟3:如果重新測量結果滿足最大允許誤差要求，那么激光跟蹤儀符合要求，校準可以繼續(xù)進行。如果新值不滿足最大允許誤差要求，那么可以再次重復步驟1和2(但不超過兩次),如果激光跟蹤儀仍然未能滿足測量的最大允許誤差，那么儀器不符合表A:1作為校準結果的匯總。成為校準證書的組成部分。如果激光跟蹤儀沒有測距儀功能或干涉儀功能，可以將相關部分注明不適用。不做動態(tài)應用的激光踉蹤儀，可以不進行動態(tài)示值誤差和動態(tài)變動量校準，相應部分注明不適用。如果需要進行符合性評定，任何長度差δ或任何示值間距△大於規(guī)定的最大允許誤差，那么激光跟蹤儀的這次校準結果未能滿足制造商或用戶的計量性能要求。在這種情況下，應當執(zhí)行7.8的程序。9復校時間間隔在進行期間核查的情況下，建議復校時間間隔一般為1年。送校單位可以根據(jù)實際使用情況自行確定測距儀[注釋(1)]8或△mg_注釋(1)]水平(1)水平(2,3,4,5)水平(6,7,8,9)垂直(1,2,3,4)垂直(5,6,7,8)右對角(1,2,3,4)右對角(5,6,7,8)左對角(1,2,3,4)左對角(5,6,7,8)用戶選擇(1)用戶選擇(2)誤差雙面(1,2,3,4)[注釋(2)][注釋(2)]雙面(5,6,7,8)[注釋(2)_[注釋(2)]雙面(9,10,11,12)[注釋(2)]距離示值誤差_注釋(3)]_注釋(3)_[注釋(3)_注釋(3)]附上最大允許誤差參數(shù)表[注釋(4)]誤差靶標編號動態(tài)動態(tài)速度極限動態(tài)示值誤差于涉儀長度測量的Cn:;于涉儀距離測量的Cn:_如果1≤Cm<2標記□“低_Cm”測距儀長度測量的Cm;;測距儀距離測量的Cm:_如果1≤Cm<2標記□“低_Cm”最終結論(通過/未通過):對只帶有干涉儀的激光跟蹤儀，必須校準干涉儀的所有參數(shù)，填入結果；對只帶有測距儀的儀器，必須校準測距儀的所有參數(shù)，填入結果；對帶有干涉儀和測距儀的儀器，兩列參數(shù)均必須校準，并填入結果。注釋：(1)δ用于長度系統(tǒng)結果，△用于雙面結果；參看7.1和7.2。(2)雙面測試既可以用干涉儀，也可以用測距儀進行校準。(3)這些結果可以利用長標尺校準獲得，也可以利用短標尺校準并計算，或通過干涉儀的校準證書獲得(7.3.1)。(4)制造商可以為點對點長度測量、距離測量和雙面測試分別規(guī)定最大允許誤差公式。表A.2通用參數(shù)和額定條件水平角范圍垂直角范圍a.溫度范圍操作溫度梯度限制b.濕度范圍操作最低℃最大mc.大氣壓力范圍操作最低Pa最高_Pad.環(huán)境光：如果任何環(huán)境光降低了性能參數(shù)，制造商應當進e.電氣：供應給儀器的電源可能影響其測量的準確度和重復性。當儀器使用計算機進行控制或讀電壓最大瞬時電壓和持續(xù)時間 V波動V Sf.探頭類型：校準期間應當規(guī)定的探頭直徑和反射鏡類型(例如，角錐棱鏡表A.2(續(xù))g.采樣方案：制造商應當規(guī)定測量采集時間(平均時間)和采樣頻率(點數(shù)/秒)