[發明專利]激光跟蹤測量系統

有效

• 申請號: 201510524410.0
• 申請日: 2015-08-24
• 公開（公告）號: CN105758369B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發明（設計）人: 劉瀏;范真
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院
• 主分類號: G01C3/00
• 分類號: G01C3/00
• 代理公司: 常州市江海陽光知識產權代理有限公司 32214
• 代理人: 林倩

一種激光跟蹤測量系統，具有激光跟蹤測量儀和移動靶，所述激光跟蹤測量儀包括基座、水平回轉平臺、支架和豎軸，支架上設有主橫軸；在主橫軸上固定有連桿，在連桿一端固定有一號主觀測裝置，在連桿另一端設有軸架，軸架上設有副橫軸；在副橫軸上固定有一號副觀測裝置，一號主觀測線和一號副觀測線處于同一鉛垂面；上述水平回轉平臺的旋轉為手動，主橫軸的旋轉為手動，副橫軸的旋轉為手動；所述移動靶具有半球體座和固定在半球體座上的PSD傳感器，半球體座的半球體的球心在PSD傳感器光敏面上。本發明在滿足跟蹤測量的同時，電子系統大大簡化，測距過程，無需考慮實際光速，使用前，無需進行溫度、氣壓等測量，無需氣象改正。

技術領域

本發明涉及激光跟蹤測量系統。

背景技術

激光跟蹤測量，可對空間運動目標進行跟蹤并實時測量其空間坐標。目前市場上的激光跟蹤測量儀，主要由瑞士LEICA、美國API、美國FARO公司提供。集激光干涉測距、光電檢測、精密機械、計算機控制、數值計算等功能基于一體。

現有激光跟蹤測量儀工作時，在被測目標上附加一個移動靶作為測量目標，在移動靶移動時，跟蹤頭在跟蹤伺服機構的控制下，實時調整，跟蹤移動靶并測量。現有激光跟蹤測量儀，采用激光干涉測距。雖然精度很高，但是電子系統非常復雜，而且在結構上還必須增加一個“鳥巢”，才可以獲得絕對距離。現有測量方法需要保證入射光原路返回，這使得移動靶結構比較復雜，比如需要角隅透鏡或者貓眼透鏡，這些透鏡的加工精度要求非常高。此外，其測距精度取決于對大氣中的光速的精確測量。而實際測量過程中，光速受到大氣溫度、濕度、氣壓等情況影響，需要事先測量這些氣象參數，并進行相關的氣象改正。因為數字溫度氣壓計，就成為激光跟蹤測量儀的標準附件。一般都要求激光跟蹤測量儀在室內較溫度的工作條件下進行測量。見李廣云、李宗春主編，測繪出版社2011年1月出版之《工業測量系統原理與應用》第6章。

總體而言，現有激光跟蹤測量儀，功能強大，精度高，但是技術復雜，受環境制約較大。

測距信息在激光掃描中具有重要作用。按照測距原理，可以分為三角法、脈沖法、相位法。三角法是一束激光照射到物體上，部分漫反射激光經過棱鏡在光電探測設備上成像。三角法在應用上有很多定位參數要求，在測量設備標定上非常繁瑣而且費時，實測時若系統中某項參數無法準確得到，將使得測量數據產生誤差。當測量設備有微小變動時，系統中每項參數都必須重新標定。見許智欽 孫長庫編著，《3D逆向工程》（中國計量出版社2002年4月第1版）p16。

何保喜主編，黃河水利出版社2005年8月出版之《全站儀測量技術》第二章第二節，介紹了目前全站儀的測距原理，主要是脈沖法、相位法測距，都需要對應的復雜的電子系統。脈沖法測距，直接測定測距儀發出的脈沖往返被測距離的時間。根據葉曉明、凌模著，武漢大學出版社2004年3月出版之《全站儀原理誤差》p8，用于計時的時鐘頻率即便有極微小的誤差，也會導致很大的測量誤差。比如時鐘頻率為100MHz，即便有±1Hz的頻率誤差，測距誤差也將達到±1.5m。所以脈沖法測量精度低，主要用于遠程低精度測量。相位法測距，其原理是通過測量連續的調制信號在待測距離上往返產生的相位變化來間接測定傳播時間，從而求得傳播距離。相位法測距，涉及復雜的控制和運算，比如測尺轉換和控制、光路轉換控制，減光自動控制，測相節奏（時序控制）、相位距離換算、粗精尺距離銜接運算等等（見葉曉明、凌模著，武漢大學出版社2004年3月出版之《全站儀原理誤差》p15）。測量的電子系統遠比脈沖法復雜。由此會導致很多問題。葉曉明、凌模著，武漢大學出版社2004年3月出版之《全站儀原理誤差》p42第3章進行了分析，比如電路中的同頻光電竄擾信號導致的周期誤差，內部石英晶體振蕩器受溫度影響導致的誤差。李廣云、李宗春主編，測繪出版社2011年1月出版之《工業測量系統原理與應用》p134，也提及實際測距頻率和設計頻率不一致導致的測距誤差問題。