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        激光跟蹤測量系統
        添加時間 2014-02-17 14:11:06  瀏覽次數 253 次

        德路邦科技導訊

        激光跟蹤測量系統是工業測量系統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、現代數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。

        瑞士徠卡測量系統股份有限公司(簡稱Leica公司)在1991年發明并制造出第一臺激光跟蹤儀,此后,美國自動精密工程公司(Automated Precision Inc,API)和美國FARO科技有限公司等企業也相繼推出了相應的激光跟蹤儀,近十年來,激光跟蹤測量技術在航空航天、汽車制造等行業得到了廣泛的應用。

         激光跟蹤儀的實質是一臺能激光干涉測距和自動跟蹤測角測距的全站儀,區別之處在于它沒有望遠鏡,跟蹤頭的激光束、旋轉鏡和旋轉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射的激光束。從跟蹤頭發射出的激光,發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系,跟蹤頭會始終跟著反射器的移動而轉動,同時激光束會被反射鏡反射回跟蹤儀。

        通過每秒幾千點的采點速率,跟蹤儀對內部安裝有棱鏡反射鏡的跟蹤球進行精確的實時跟蹤。把跟蹤球放在被測位置上,觸發遙控測量,被測點的三維坐標被自動保存在系統數據庫,這樣就記錄下了該點的三維坐標。激光跟蹤儀是基于空間極坐標測量原理,給定點的坐標由跟蹤頭輸出的兩個角度,即水平角H和垂直角V,以及反射鏡到跟蹤頭的距離S計算出來的。跟蹤儀精度高,測量范圍大,可以達到10PPm量級的相對精度,空間測量范圍達80米,對于大尺寸的物體測量,激光跟蹤儀是很理想的檢測設備。

         激光跟蹤儀的坐標測量是基于極坐標測量原理的。測量點的坐標由跟蹤頭輸出的兩個角度,即水平角H和垂直角V,以及反射器到跟蹤頭的距離D計算出來的。

        激光跟蹤系統在我國的應用始于1996年,上飛、沈飛集團在我國第一次引進了SMART310(Leica公司在1990年生產的第一臺激光跟蹤儀)激光跟蹤系統;2005年上海盾構公司引進了Leica公司的一套LTD6OO跟蹤測量系統,應用于三維管模的檢測。

         在重型機械制造業中,大尺寸部件的檢測和逆向工程常采用激光跟蹤測量系統。在零部件生產中,該系統可以快速精確地檢驗每個成品零部件的尺寸是否與設計尺寸完全一致,同時迅速地數字化零部件的物理模型,得到的數字化文件可以用各種方法處理從而得出測量結果。在機械領域中,逆向工程(Rcverse Engineering)是在沒有設計圖紙或者設計圖紙不完整以及沒有CAD模型的情況下,按照現有零件的模型(稱為零件原形),利用各種數字化技術及CAD技術重新構造原形CAD模型的過程。CMM是逆向工程中的接觸式測量方法,由于激光跟蹤測量系統的原理也是基于三維坐標測量的方法,所以這套系統也在逆向工程中應用。激光跟蹤測量系統對工件模型進行掃描測量后建立數據模型,由數據模型生成可以被加工中心識別的加工程序,從而加工出模具

        三維管片和模具測量系統就是激光跟蹤測量系統的一個工程實踐應用,通過跟蹤測量已經制成成品的管片各面上的空間點的坐標,經過坐標系轉換糾正,將各面上的數據點擬合成平面或曲曲,檢驗管片的尺寸與設計尺寸的偏差,以便判斷成品的質量是否合格。比起傳統的檢測測量方法,此套系統測量速度快,能在短時間內采集大量空間數據點信息,同時可以直接處理數據,給出成果報表,工作效率高,也大大節省了人力物力,一般只需要一個計算機操控人員及一個手持反射器移動的作業人員。該套系統同樣也適用于制造管片的模具的測量檢測。
           
         在汽車工業領域中,激光跟蹤測量系統常用來在線檢測車身、測量汽車外形、汽車工裝檢具的檢測與調整。通過激光跟蹤儀采集汽車不同部位的點云數據,再進行拼接得到完整的汽車曲面點云數據,利用三維造型軟件得到汽車三維模型,在測量過程中,應調整好激光跟蹤儀與汽車的相對位置,盡量減小角向測量長度,提高汽車點云數據精度。如果激光跟蹤儀能配合輕便型三坐標測量機等精密測量設備連接測量,則能對汽車輪廓等大型零件表面不易測量的凹槽等部位進行測量,得到較高精度的汽車點云數據,提高汽車車身曲面擬合的精度。
            另外,汽車的生產線都需要以最高級別的自動化程度和準確性進行定期檢測,以進行重復性和適產性的測試。激光跟蹤測量系統這種移動坐標測星設備,適合工業現場使用,在檢測工程中使汽車生產的停工期大幅縮短,在生產線上的工裝、夾具和檢具也能進行精密的現場檢測。Leica的LTD800激光跟蹤測量系統已經在萊比錫工廠的BMW新車試生產階段運用于生產線工具裝備的檢測。
            
        測量一架大型飛機的內外形尺寸,首先要確定整架飛機的空間坐標,保證所要測量到的外形尺寸空間點都在一個坐標系中,要求布置足夠的測站,這些測站就保證了飛機上、下、左、右、前、后等整個外形都在激光跟蹤儀測量范圍內。其次要保證飛機處于靜止狀態,測量過程中不能產生移動。激光跟蹤儀在每一個測站測量某一個區域的飛機外形坐標點,將各個測站的飛機外形坐標連接起來就構成整架飛機的外形尺寸坐標,將這些點處理后就形成了飛機外形的數字模型。激光跟蹤測量系統掃描范圍大,采集數據速度快,數據采集鼠大,精度高,大大提高了工作效率。
            在造船工業領域中,激光跟蹤測量系統常用于輪船外形尺寸的檢測,重要部件安裝位置的檢測,逆向工程等。激光跟蹤測量系統的高精度,激光束射程遠,在制造業、機械業、質量控制業領域對于大型部件、機械零件的測量檢測能更有效地實現。

        在科研領域中,激光跟蹤測量系統己在機器人的制造校準過程使用。機器人在工廠機械安裝、馬達驅動安裝、夾具重組等整個生產周期過程中如果能維持它的精確度,那么它才是一個成功的工業機器人。機器人的設計尺寸與實際生產尺寸的偏差往往在8-15mm之間,主要是由于機械公差和部件安裝時所產生的誤差所引起的。在校準機器人的實際應用中,有兩個相鄰的工作測量組,一組負責裝配機器人,一組則負責檢測校準安裝部件,激光跟蹤測量系統則安裝在這兩個測量組之間。操作人員通過計算機控制定位,激光跟蹤測量系統可以檢測兩個工作小組的測量工作。在一組操作人員利用激光跟蹤儀檢測機器人配件的同時,另一組工作人員則負責裝配已經經過檢測的工件,裝配完后再利用激光跟蹤儀進行校準。依此類推,大幅提高了機器人生產安裝的工作效率,也節省人力物力

             
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