工业设备的安装和检校测量培训教材(共98页).ppt

1、第八章第八章 工业设备的安装和检校测量工业设备的安装和检校测量特点：特点：1 1保证每个部件之间的精密连接，精度要求高保证每个部件之间的精密连接，精度要求高2 2有特殊的测量仪器和方法有特殊的测量仪器和方法3 3不同对象安装要求的精度不同不同对象安装要求的精度不同4 4伴随工程建设的全过程伴随工程建设的全过程学习要点：学习要点： 精密微型安装测量控制网的建立精密微型安装测量控制网的建立设备安装和检校测量仪器与方法设备安装和检校测量仪器与方法精密定线、短边方位传递和姿态准直精密定线、短边方位传递和姿态准直三维工业测量系统三维工业测量系统大型天线安装测量实践大型天线安装测量实践第一节第一节 精密微

2、型安装测量控制网的建立精密微型安装测量控制网的建立1 1对小型设备的安装，一般不在需要建立专门的安对小型设备的安装，一般不在需要建立专门的安装控制网了。装控制网了。2 2大型设备的安装，特别是需要分段、分区安装的大型设备的安装，特别是需要分段、分区安装的情况那么必须建立安装测量控制网。这类网常布设成情况那么必须建立安装测量控制网。这类网常布设成精密微型控制网的形式，其精度与设备安装的精度要精密微型控制网的形式，其精度与设备安装的精度要求有关，对于大型和特种精密设备，测量精度甚至到求有关，对于大型和特种精密设备，测量精度甚至到达了计量级。达了计量级。(3)(3)控制网的形状根据安装对象确定。控制

3、网的形状根据安装对象确定。 一、直伸三角形网一、直伸三角形网一适用条件一适用条件直线方向要求高的设备安装。直线方向要求高的设备安装。二误差分析二误差分析1 1、边长观测误差分析、边长观测误差分析设设A A为固定点，为固定点，ABAB为固定方向，且设为为固定方向，且设为x x轴方向。其它控制点轴方向。其它控制点1 1、22等根本上位于等根本上位于ABAB直线上，通过边角测量来确定各点的直线上，通过边角测量来确定各点的纵横向坐标。纵横向坐标。由于控制点根本上位于一条直线上，三角形内角接近由于控制点根本上位于一条直线上，三角形内角接近0 0和和180180，故三角网的图形条件很差，但边角网的图形条件

4、是，故三角网的图形条件很差，但边角网的图形条件是强的。这一结论可以从对边角观测值误差方程分析得出。强的。这一结论可以从对边角观测值误差方程分析得出。边长观测误差的一般形式：边长观测误差的一般形式： SijjijjijiijiijSijldydxdydxV0000sincossincos其中，为其中，为ijij0 0为为ijij边的近似方位角，边的近似方位角， 边长的近似边长的近似值，值，S Sijij为观测值。由于各控制点近似在一条直线上，方位为观测值。由于各控制点近似在一条直线上，方位角接近角接近0 0或或180180，故有：，故有：00,ijijijsijsssl11cos,0sin00或

5、ijij因此直伸网边长误差方程可简化为因此直伸网边长误差方程可简化为: :ijldxdxVSijjiSij,即边长误差方程仅用于求解即边长误差方程仅用于求解x x坐标坐标( (纵向纵向) )的改正数。的改正数。2 2、方向观测误差分析、方向观测误差分析方向观测误差方程的一般形式为方向观测误差方程的一般形式为: :DijjijijjijijiijijiijijiDijldySdxSdySdxSdV00000000cossincossin其中，其中，ddi i为定向角改正数，为定向角改正数， 为为ijij边近似边长，边近似边长， , , 为为ijij方向近似值，方向近似值，T Tijij为观测值为

6、观测值, Z, Z0 0i i为为i i测站定向角近似测站定向角近似值。值。 0ijs0iij0ijDijZTTl0ijT上式进一步简化为：上式进一步简化为： DijjijiijiDijldyxxdyxxdV000011上式中、上式中、xi0 xi0、 xj0 xj0为为i i、j j点的近似坐标。因此方向误差方程点的近似坐标。因此方向误差方程仅用于求解仅用于求解y y坐标横向的改正数。坐标横向的改正数。二、环形控制网二、环形控制网环形控制网一般布设成测高环形环形控制网一般布设成测高环形三角网和大地四边形环锁等形式。三角网和大地四边形环锁等形式。一测高环形三角网一测高环形三角网测高环形三角网的

7、布网方案所示，除了测定每个三角形的二条测高环形三角网的布网方案所示，除了测定每个三角形的二条短边外短边外, ,在每一个狭长的三角形中，在长边上引张一条弦线，在每一个狭长的三角形中，在长边上引张一条弦线，再用专用工具丈量三角形之高，根据两边和高可以推算出三角再用专用工具丈量三角形之高，根据两边和高可以推算出三角形的三个角值。在加速器工程中，采用专用因瓦测距仪形的三个角值。在加速器工程中，采用专用因瓦测距仪DistinvarDistinvar测距，精度可达测距，精度可达0.030.05mm0.030.05mm，因此能显著地改善，因此能显著地改善方位角传递的精度，有效地克服了三角形因视线靠近隧道壁产

8、方位角传递的精度，有效地克服了三角形因视线靠近隧道壁产生的旁折光影响，实质上是以测边、测高到达高精度测角。生的旁折光影响，实质上是以测边、测高到达高精度测角。在直伸三角形在直伸三角形abcabc中，三角形内角的计算公式为：中，三角形内角的计算公式为：bacshbsha021180,sin,sin微分上式之第一式，并转换成中误差微分上式之第一式，并转换成中误差可得：可得： 212 )()(1smhmtgamsha环形控制网的边长一般较短，三角形为狭长三角形，故有：环形控制网的边长一般较短，三角形为狭长三角形，故有： ，上式化为：，上式化为： 1/shtga 212121 )()()(1smshs

9、mmsha由此可见，在测边误差和边长一定的条件下，由此可见，在测边误差和边长一定的条件下，h h越小，越小，m ma a也随也随之变小。之变小。 例如在某环形加速器工程中，环的半径为例如在某环形加速器工程中，环的半径为R=233.45mmR=233.45mm，布设，布设6060个控制点。个控制点。 圆心角为圆心角为6 6度，对应的弦切角度，对应的弦切角3 3度度设设ms=0.06mmms=0.06mm，mh=0.03mmmh=0.03mm，代入上式后可得，代入上式后可得ma=ma=0.250.25，同样可得，同样可得mb=mb=0.250.25，而，而mc= ma=mc= ma=0.350.3

10、5。如果只测量狭长三角形的三条边如果只测量狭长三角形的三条边S1S1、S2S2、S3S3，那么可以推出，那么可以推出三角形的角值：三角形的角值： ms43.2423sin45.2331)(28. 13sin4 .24mh2212322212cossssssc可得中误差公式为：可得中误差公式为： 222 321ssscmmmhm当当h=1.28mh=1.28m，设：，设：ms1=ms2=ms3=0.04mmms1=ms2=ms3=0.04mm，那么可得：，那么可得：mc=mc=11.211.2由此可见，用狭长三角形三条边长来推求角度的精度不高，证由此可见，用狭长三角形三条边长来推求角度的精度不高

11、，证明了测量二条短边和高来求角的方案是最正确的。但测量底边明了测量二条短边和高来求角的方案是最正确的。但测量底边长可以起到检核作用，也有助于减少相邻点的相对点位误差。长可以起到检核作用，也有助于减少相邻点的相对点位误差。 三、大地四边形环锁三、大地四边形环锁 四边形环锁的图形结构比较坚强，测量全部边不测角度，四边形环锁的图形结构比较坚强，测量全部边不测角度，也是一种较好的布设方案。但它的工作量大，需要具备四种也是一种较好的布设方案。但它的工作量大，需要具备四种不同长度的铟瓦尺。不同长度的铟瓦尺。 在评定环形控制网的精度时，一般要求给出切向误差和径在评定环形控制网的精度时，一般要求给出切向误差和

12、径向误差，如果在直角坐标系下进行平差，那么平差后要将向误差，如果在直角坐标系下进行平差，那么平差后要将x x和和y y方向的误差转换成切向误差和径向误差。考虑到环形控制网方向的误差转换成切向误差和径向误差。考虑到环形控制网的特点，可采用极坐标系，在平差时要建立大地四边形环锁的特点，可采用极坐标系，在平差时要建立大地四边形环锁在极坐标系下的边长误差方程。在极坐标系下的边长误差方程。 在高能粒子加速器环形控制网的测量中，现在也可以采在高能粒子加速器环形控制网的测量中，现在也可以采用激光跟踪仪的测量方法，为了和其他设备采集的数据对应用激光跟踪仪的测量方法，为了和其他设备采集的数据对应或便于归算，一般

13、要研制相应的测量目标和配件。或便于归算，一般要研制相应的测量目标和配件。 四、三维控制网四、三维控制网三维控制网缺陷三维控制网缺陷: :三角高程测量的精度较低，与平面位置的精度不匹配，三角高程测量的精度较低，与平面位置的精度不匹配，特别是在野外大气折射对垂直角的影响很大。特别是在野外大气折射对垂直角的影响很大。三维控制网的优点：三维控制网的优点：1)1)防止了二次布网、观测和平差的繁琐工作；防止了二次布网、观测和平差的繁琐工作；2)2)防止了一些相关元素分开处理在精度上、时间上和信防止了一些相关元素分开处理在精度上、时间上和信息上带来的损失，理论上更加完善。息上带来的损失，理论上更加完善。五、

14、高程控制网五、高程控制网目前几何水准仍然是精度最高的高程测量方法，因此安目前几何水准仍然是精度最高的高程测量方法，因此安装测量的高程控制网一般仍布设成水准网的形式。装测量的高程控制网一般仍布设成水准网的形式。第二节第二节 设备安装和检校测量仪器与方法设备安装和检校测量仪器与方法 以天线的安装和检校为例，介绍有关的测量手段和方法。以天线的安装和检校为例，介绍有关的测量手段和方法。 一、传统的测量方法一、传统的测量方法主要有：主要有：机械测量法机械测量法样板法旋转样板法和样板法旋转样板法和固定样板法和数控机床法固定样板法和数控机床法光学测量法光学测量法双五棱镜法、经纬仪钢双五棱镜法、经纬仪钢带尺法

15、和五棱镜带尺法等带尺法和五棱镜带尺法等电学测量法等。电学测量法等。 样板法样板法 1 1、旋转样板法、旋转样板法原理原理: :按给定的抛物线方程，用数控铣床或其他方法制造出按给定的抛物线方程，用数控铣床或其他方法制造出抛物线样板；将样板安装到被检天线的轴心线上，当它回转抛物线样板；将样板安装到被检天线的轴心线上，当它回转一周时，测量样板曲线和抛物面的吻合间隙，并对天线作出一周时，测量样板曲线和抛物面的吻合间隙，并对天线作出评价。因此样板法成形及测量的关键是如何保持旋转轴与面评价。因此样板法成形及测量的关键是如何保持旋转轴与面板设计轴线的一致性板设计轴线的一致性如果沿样板安装一排百分表，每一块表

16、按抛物曲线调到零点，如果沿样板安装一排百分表，每一块表按抛物曲线调到零点，这样既能提高测量精度，也能提高测量速度，称之为样板百这样既能提高测量精度，也能提高测量速度，称之为样板百分表测量法。分表测量法。旋转样板法的优点：样板的设计制造比较容易，测量操作方旋转样板法的优点：样板的设计制造比较容易，测量操作方便，读数直观；既可检测一般精度的反射面，又可检测较高便，读数直观；既可检测一般精度的反射面，又可检测较高精度的反射面；样板不仅是检测工具，而且还是用于定位安精度的反射面；样板不仅是检测工具，而且还是用于定位安装和调整反射面的安装调整工装。装和调整反射面的安装调整工装。旋转样板法的缺点：系统建立

17、比较烦琐，并且需要其他仪器旋转样板法的缺点：系统建立比较烦琐，并且需要其他仪器辅助调整，相应地引入的误差源多；对大尺寸天线测量困难；辅助调整，相应地引入的误差源多；对大尺寸天线测量困难；测量效率较低，易出错。测量效率较低，易出错。 旋转样板法对中、小型圆对称天线比较有效口径旋转样板法对中、小型圆对称天线比较有效口径10 m10 m以以下，只适合天线朝天状态下的测量，典型的测量精度为下，只适合天线朝天状态下的测量，典型的测量精度为 0.10.10.20.2mmmm。 2 2、固定样板法、固定样板法固定样板法不再需要旋转样板，而是充分利用天线的成形模固定样板法不再需要旋转样板，而是充分利用天线的成

18、形模具如拉伸模、拉弯模和铆装夹具等作为测量工具，实现单元具如拉伸模、拉弯模和铆装夹具等作为测量工具，实现单元面板在车间的自检。将单元面板自由贴合在上述模具上，用面板在车间的自检。将单元面板自由贴合在上述模具上，用百分表或塞尺测量贴合间隙，然后评定面板精度。百分表或塞尺测量贴合间隙，然后评定面板精度。固定样板法也是一种比较测量，且只能测量单元面板一般固定样板法也是一种比较测量，且只能测量单元面板一般不超过不超过3 m3 m，典型的测量精度为，典型的测量精度为 0.20.20.40.4mmmm。 双五棱镜法双五棱镜法双五棱镜法由一台准直望远镜双五棱镜法由一台准直望远镜T T和两块和两块五棱镜五棱镜

19、A A和和B B组成。两块五棱镜可在导组成。两块五棱镜可在导轨上沿轨上沿y y轴作直线运动，通过五棱镜轴作直线运动，通过五棱镜A A和和B B可同时观察到可同时观察到P P处的标志，改变两处的标志，改变两棱镜的距离棱镜的距离y1y1和和y2y2，可以使待测点在，可以使待测点在两棱镜的像重合在一起，组成了一个测量三角形两棱镜的像重合在一起，组成了一个测量三角形ABPABP，因，因1 1、2 2、y1y1和和y2y2，可以求出，可以求出P P点坐标。点坐标。该法的优点：可以测量抛物面在不同仰角时的外表精度，测该法的优点：可以测量抛物面在不同仰角时的外表精度，测量精度为量精度为 0.150.150.

20、70.7mmmm缺点：要研磨多个五棱镜以适应天缺点：要研磨多个五棱镜以适应天线不同区域的测量，结构上较为烦线不同区域的测量，结构上较为烦琐，且不能用于非圆对称天线的检测。琐，且不能用于非圆对称天线的检测。 经纬仪带尺法经纬仪带尺法经纬仪带尺法用一台高精度的经纬仪主要是垂直角精度要经纬仪带尺法用一台高精度的经纬仪主要是垂直角精度要求高和一把特制钢带尺作为检测工具，用经纬仪测垂直角、求高和一把特制钢带尺作为检测工具，用经纬仪测垂直角、钢带尺测弧弦长，然后计算偏差并进行调整钢带尺测弧弦长，然后计算偏差并进行调整该法成功与否的关键是：必须保证经纬仪的垂直轴和天线的该法成功与否的关键是：必须保证经纬仪的

21、垂直轴和天线的旋转轴重合、选用高精度的经纬仪和钢带尺。旋转轴重合、选用高精度的经纬仪和钢带尺。该法应用比较该法应用比较广泛，可用于广泛，可用于毫米波天线测毫米波天线测量。量。工程名称工程名称组装精度组装精度(mm)(mm) 表面精度为表面精度为IRAM IRAM 30 m 30 m天线天线 0.12 0.12 7 7台台 22 m 22 m望远镜望远镜 0.11 0.11 0.25 mm 0.25 mmEffelsbergEffelsberg天线，口径天线，口径100m100m 1 mm 1 mm二、射电全息法二、射电全息法工程背景工程背景: :大中型毫米波、亚毫米波射电望远镜相继问世，大中型

22、毫米波、亚毫米波射电望远镜相继问世，望远镜的天线口径与外表精度之比已达望远镜的天线口径与外表精度之比已达105105以上以上天线安天线安装精度要求高装精度要求高传统的天线外表精度测量方法缺陷：费时费力；要求天线传统的天线外表精度测量方法缺陷：费时费力；要求天线指向天顶；测量结果是点，不能全面反映天线实际工作的指向天顶；测量结果是点，不能全面反映天线实际工作的状况；测量精度已根本到达极限。状况；测量精度已根本到达极限。射电全息法是利用天线的远场复方向图与天线口面上的场射电全息法是利用天线的远场复方向图与天线口面上的场分布间的傅立叶变换关系，由远场方向图的测量来反推天分布间的傅立叶变换关系，由远场

23、方向图的测量来反推天线口面上的场分布振幅和相位分布，并由天线口面上线口面上的场分布振幅和相位分布，并由天线口面上场的相位分布，用光线追迹得到天线外表相对于理想抛物场的相位分布，用光线追迹得到天线外表相对于理想抛物面偏差的信息面偏差的信息测量误差：接收机噪音、指向和跟踪误差、大气闪烁、天测量误差：接收机噪音、指向和跟踪误差、大气闪烁、天线馈源的相位响应和信号源的偏振效应等。线馈源的相位响应和信号源的偏振效应等。全息现象首先由英裔匈牙利物理学家全息现象首先由英裔匈牙利物理学家Gabor D. Gabor D. 于于19471947年首先发现，年首先发现，19681968年由前苏联人率先用于天线测量

24、。年由前苏联人率先用于天线测量。常用的方法常用的方法: :1)1)方法方法1 1 测量远场方向图的幅度并直接测量远场方向图测量远场方向图的幅度并直接测量远场方向图的相位，这需要在被测天线附近设置另一台天线来提供的相位，这需要在被测天线附近设置另一台天线来提供参考相位，并需要具有相位稳定的双通道接收机；参考相位，并需要具有相位稳定的双通道接收机；2)2)方法二方法二: :无相位测量方法，即采用某种相位恢复算法，无相位测量方法，即采用某种相位恢复算法，由天线的聚焦和偏焦方向图的幅度来获得天线口面上场由天线的聚焦和偏焦方向图的幅度来获得天线口面上场的振幅和相位分布。的振幅和相位分布。如美国如美国GB

25、TGBT天线，通过射电全息法的测量，将外表精度从天线，通过射电全息法的测量，将外表精度从 1.1 mm 1.1 mm由经纬仪和全站仪调整而成提高到由经纬仪和全站仪调整而成提高到 0.53 0.53 mmmm；日本；日本 45 m Nobeyama 45 m Nobeyama天线，外表精度从最初的天线，外表精度从最初的 0.2 mm0.2 mm提高到提高到 0.065 mm 0.065 mm，已接近单块面板的精度，已接近单块面板的精度 0.051 mm0.051 mm；OSO OSO 20.1 m 20.1 m射电望远镜用该法进行了检测，射电望远镜用该法进行了检测，其测量精度为其测量精度为 0.

26、066 mm 0.066 mm；Effelsberg Effelsberg 100 m 100 m天线，天线，用该法进行了升级，外表精度提高到用该法进行了升级，外表精度提高到 0.5 mm 0.5 mm；IRAM IRAM 30 m30 m天线用该法进行了升级，测量精度为天线用该法进行了升级，测量精度为 0.035 mm 0.035 mm，外表精度提高到外表精度提高到 0.08 mm 0.08 mm。缺陷缺陷:1:1测量小口径天线时的测量精度低于光学测量系统测量小口径天线时的测量精度低于光学测量系统 2 2由于可用射电源的数量和空间分布有限，不可能由于可用射电源的数量和空间分布有限，不可能在天

27、线的整个仰角范围内或最正确安装角位置进行测量在天线的整个仰角范围内或最正确安装角位置进行测量 3 3不能用于天线的初装，也不能用于指向固定天线的不能用于天线的初装，也不能用于指向固定天线的精调。精调。三、三坐标测量机三、三坐标测量机三坐标测量机是工业部门应用最多的坐标测量仪器，在中小三坐标测量机是工业部门应用最多的坐标测量仪器，在中小型工业设备的安装检测中发挥着重要的作用。型工业设备的安装检测中发挥着重要的作用。 三坐标测量机概述三坐标测量机概述1 1、原理：将被测物置于三坐标测量机的测量空间，可获得被、原理：将被测物置于三坐标测量机的测量空间，可获得被测物上各点的坐标位置，根据这些点的空间坐

28、标值，经过数测物上各点的坐标位置，根据这些点的空间坐标值，经过数学运算，求出被测物体的集合尺寸、形状和位置。学运算，求出被测物体的集合尺寸、形状和位置。2 2、用途：机械制造、电子、汽车、航空和航天等工业中、用途：机械制造、电子、汽车、航空和航天等工业中由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好，由于它的通用性强、测量范围大、精度高、效率高、性能好，能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，有能与柔性制造系统相连接，已成为一类大型精密仪器，有“测量中心的美誉。测量中心的美誉。 三坐标测量机结构三坐标测量机结构组成：主机、测头和电气系统组成：主机、测头和电气系统 1 1、主机、主

29、机主机由框架结构、标尺系统、导轨、驱动装置、平衡部件、主机由框架结构、标尺系统、导轨、驱动装置、平衡部件、转台与附件组成。转台与附件组成。框架结构可分为以框架结构可分为以悬臂式、桥框式和龙门式为代表的三坐标悬臂式、桥框式和龙门式为代表的三坐标测量机测量机，以，以坐标镗式和卧镗式为代表的万能测量机坐标镗式和卧镗式为代表的万能测量机，由测量，由测量显微镜演变而成的仪器台式三坐标测量仪，还有按极坐标原显微镜演变而成的仪器台式三坐标测量仪，还有按极坐标原理的极坐标式，共计七大类。理的极坐标式，共计七大类。YXB-桥式手动三坐标测量桥式手动三坐标测量机机YXB- YXB- 桥式三坐标测量机桥式三坐标测量

30、机标尺系统是坐标测量机的重要组成局部，也称为测量系统。标尺系统是坐标测量机的重要组成局部，也称为测量系统。主要有精密丝杠、高精度刻线尺、光栅、感应同步器、磁尺、主要有精密丝杠、高精度刻线尺、光栅、感应同步器、磁尺、码尺、激光干预仪等。码尺、激光干预仪等。龙门式三坐标测量机龙门式三坐标测量机操作简单易懂操作简单易懂. .界面可视化界面可视化. .功能强功能强 大大. .测量模块多测量模块多. .适用较大范围测适用较大范围测量量高稳定性机床式优质铸铁根底框架高稳定性机床式优质铸铁根底框架 闭式、开式、贴附式光栅的选择闭式、开式、贴附式光栅的选择. .标准的数据采集软件、提供经修正后标准的各轴坐标示

31、值标准的数据采集软件、提供经修正后标准的各轴坐标示值. .具测量精度具测量精度( (可达达可达达2-62-6m)m) 高效率、与良好的操作可靠性高效率、与良好的操作可靠性. . 按其性质可分成按其性质可分成机械式测量系统机械式测量系统光学式测量系统光学式测量系统电气式测量系统电气式测量系统2 2、测头、测头测头是一种传感器，主要用于测微和瞄准测头是一种传感器，主要用于测微和瞄准按测量方法可分为：接触式和非接触式按测量方法可分为：接触式和非接触式按结构原理可分为：机械式硬测头、光学式和电气式等。按结构原理可分为：机械式硬测头、光学式和电气式等。机械式主要用于手动测量；机械式主要用于手动测量；光学

32、式多用于非接触测量，有三角法测头、激光聚焦测头、光光学式多用于非接触测量，有三角法测头、激光聚焦测头、光纤测头和莫尔条纹等；纤测头和莫尔条纹等；电气式多用于接触式的自动测量，采用电触、电感、电容、应电气式多用于接触式的自动测量，采用电触、电感、电容、应变片、压电晶体等作为传感器来接收测量信号。变片、压电晶体等作为传感器来接收测量信号。FAROFARO三坐标测量机三坐标测量机 激光扫描测量臂激光扫描测量臂3 3、电气系统、电气系统组成：电气控制系统、计算机、测量机软件和打印绘图装置等组成：电气控制系统、计算机、测量机软件和打印绘图装置等作用：控制测量机采集数据、测量数据的处理及输出等。作用：控制

33、测量机采集数据、测量数据的处理及输出等。 三坐标测量机的分类三坐标测量机的分类 1 1、按自动化程度分类、按自动化程度分类按自动化程度可分为数字显示及打印型、带有小型计算机的测量按自动化程度可分为数字显示及打印型、带有小型计算机的测量机和计算机数字控制型机和计算机数字控制型CNCCNC三类。三类。 2 2、按测量精度分类、按测量精度分类按测量精度分类有低精度、中等精度和高精度三种测量机。按测量精度分类有低精度、中等精度和高精度三种测量机。低精度测量机主要是具有水平臂的三坐标划线机，其单轴最大测低精度测量机主要是具有水平臂的三坐标划线机，其单轴最大测量不确定度在量不确定度在1 110-4L10-

34、4L左右，空间最大测量不确定度左右，空间最大测量不确定度2 23 310-4L10-4L，其中，其中L L为最大量程；中等精度测量机的单轴最大测量不为最大量程；中等精度测量机的单轴最大测量不确定度在确定度在1 110-5L10-5L左右，空间最大测量不确定度左右，空间最大测量不确定度2 23 310-10-5L5L；高精度测量机称为精密型或计量型，其单轴最大测量不确定；高精度测量机称为精密型或计量型，其单轴最大测量不确定度小于度小于1 110-6L10-6L，空间最大测量不确定度小于，空间最大测量不确定度小于2 23 310-6L10-6L。 3 3、按测量范围分类、按测量范围分类三坐标机按其

35、测量范围，可分为小型、中型和大型。小型坐标三坐标机按其测量范围，可分为小型、中型和大型。小型坐标测量机最长坐标方向，一般定义为测量机最长坐标方向，一般定义为X X轴长度小于轴长度小于500 mm500 mm，其，其测量精度为高等；中型坐标测量机长度在测量精度为高等；中型坐标测量机长度在5002000 mm5002000 mm之间，其之间，其精度为中、高等；大型坐标测量机长度应大于精度为中、高等；大型坐标测量机长度应大于2000 mm2000 mm，精度为，精度为中、低等。中、低等。 三坐标测量机的局限性三坐标测量机的局限性1 1测量尺寸较小范围小测量尺寸较小范围小2 2接触测量，测量系统价格昂

36、贵接触测量，测量系统价格昂贵3 3只能在室内测量。只能在室内测量。4 4不便于移动等不便于移动等亚微米级计量型三坐标测量机亚微米级计量型三坐标测量机flexi-cmsflexi-cms三坐标测量机三坐标测量机X轴测量范围：轴测量范围：200mm 2mY轴测量范围：轴测量范围：150mm 2m Z轴测量范围：轴测量范围：150mm 1m 接触式扫描精度为：接触式扫描精度为：3-10um 激光扫描精度为：激光扫描精度为：20um 第三节第三节 精密定线和短边方位传递精密定线和短边方位传递在设备的安装和调试中，直线的准直是轴线调整的主要内容，在设备的安装和调试中，直线的准直是轴线调整的主要内容，也是

37、设备粗定线、轴线调整经常用到的一项测量工作。此外也是设备粗定线、轴线调整经常用到的一项测量工作。此外在一些特殊设备的安装中，如卫星上设备、制导设备等对方在一些特殊设备的安装中，如卫星上设备、制导设备等对方位和姿态角也提出了很高的要求，主要介绍精密定线和方位位和姿态角也提出了很高的要求，主要介绍精密定线和方位传递、卫星角度准直测量技术。传递、卫星角度准直测量技术。 一、精密定线的方法一、精密定线的方法 一外插定线一外插定线 A A、B B两点，要在延长线上定出一系列待定点两点，要在延长线上定出一系列待定点1 1。用盘左、。用盘左、盘右各定一点，取中值。盘右各定一点，取中值。可以仿此放样出可以仿此

38、放样出2 2号点，用号点，用A A、1 1两点来放样两点来放样2 2号点为什么不号点为什么不用用1 1、B B放放2 2号点。如果要放样一批点，可一站站往前搬，称号点。如果要放样一批点，可一站站往前搬，称为逐点向前搬站外插定线。为逐点向前搬站外插定线。 二内插定线正倒镜法二内插定线正倒镜法设地面上有设地面上有A A、B B两点，在两点，在ABAB直线上放样出直线上放样出P P点。如点。如A A点或点或B B点点能设置经纬仪，那么望远镜照准能设置经纬仪，那么望远镜照准B B或或A A点后固定经纬仪照准部，点后固定经纬仪照准部，即可放样出即可放样出P P点。如点。如A A、B B两点不便于设置经纬

39、仪如为设备两点不便于设置经纬仪如为设备上的两点等，可采用正倒镜法。上的两点等，可采用正倒镜法。在概略点在概略点PP架设经纬仪，架设经纬仪，PP根本位于根本位于ABAB直线上，采用外插直线上，采用外插定线的方法在定线的方法在B B点附近放出一点为点附近放出一点为BB，量出，量出BBBB的距离为的距离为B,B,那么那么PPPP的距离为：的距离为： BbaaSSS将将PP点往点往P P点方向改正距离即可得到点方向改正距离即可得到P P点点, ,实际中还可以采用实际中还可以采用测大角的方法进行归化。测大角的方法进行归化。 三机械法准直测量三机械法准直测量在高精度设备安装中，如北京正负电子对撞机工程中，

40、加速在高精度设备安装中，如北京正负电子对撞机工程中，加速器直线段的准直测量精度要求为器直线段的准直测量精度要求为0.2mm0.2mm，用经纬仪测角的，用经纬仪测角的方法是很难满足这一要求的。一般采用精密准直测量方法。方法是很难满足这一要求的。一般采用精密准直测量方法。准直测量分为：准直测量分为： 光学机械法光学机械法激光束准直法激光束准直法波带板激光准直测量法等。波带板激光准直测量法等。 1 1机械法准直测量机械法准直测量1 1原理：是在二个给定的基准点间吊挂一条引张线，利用原理：是在二个给定的基准点间吊挂一条引张线，利用垂直投影仪测量各中间点偏离该引张线的偏离值，所以垂直投影仪测量各中间点偏

41、离该引张线的偏离值，所以机械法准直也称为引张线法准直。机械法准直也称为引张线法准直。2 2引张线采用的材料引张线采用的材料钢丝钢丝0.20.20.4mm0.4mm的钢丝的钢丝尼龙绳尼龙绳0.20.20.5mm0.5mm的尼龙绳的尼龙绳3 3误差来源：误差来源：引张线不直的误差引张线不直的误差气流的影响气流的影响垂曲的影响垂曲的影响 二、短边方位传递二、短边方位传递用途：用途：城市测量城市测量厂房测量厂房测量安装测量等安装测量等 一短边测角的技术特点一短边测角的技术特点 1 1、短边测角的主要误差、短边测角的主要误差仪器对中误差仪器对中误差目标偏心误差目标偏心误差望远镜调焦误差望远镜调焦误差经纬

42、仪垂直轴倾斜误差等。经纬仪垂直轴倾斜误差等。 1 1对中误差的影响对中误差的影响前面已经分析前面已经分析 2 2望远镜的调焦误差望远镜的调焦误差 如图：如图：O1O1为物镜光心，为物镜光心，C2C2为分划板十字丝中心，为分划板十字丝中心，x x为调焦为调焦镜光心镜光心O O偏离理论照准轴偏离理论照准轴O1C2O1C2的距离。如果将的距离。如果将C2C2看成物看成物点，根据凹透镜的成像原理有：点，根据凹透镜的成像原理有：C2C2点可被调焦透镜成一虚点可被调焦透镜成一虚像点像点C2C2此时此时C2O1C2O1就成了望远镜实际的照准轴。就成了望远镜实际的照准轴。 设设C2C2到到O1C2O1C2的距

43、离为的距离为xx，到物镜光心的距离为，到物镜光心的距离为l1l1，那么调焦误差那么调焦误差a a的公式为：的公式为： 1 lx设望远镜物镜焦距为设望远镜物镜焦距为f f1 1，调焦透镜的像方焦距为调焦透镜的像方焦距为f f2 2，d d为调焦镜至物镜的距离，那么调焦误差的计算公式还可化为：为调焦镜至物镜的距离，那么调焦误差的计算公式还可化为： 211 xfffd望远镜的调焦误差有如下性质：望远镜的调焦误差有如下性质： 1 1调焦误差照准轴偏角与调焦物镜光心偏离物镜光调焦误差照准轴偏角与调焦物镜光心偏离物镜光心和分划板十字丝中心连线的距离心和分划板十字丝中心连线的距离x x成正比。成正比。 2

44、2望远镜对同一目标观测调焦，如果盘左、盘右调焦透望远镜对同一目标观测调焦，如果盘左、盘右调焦透镜的光心能处于同一位置，保持镜的光心能处于同一位置，保持d d和和x x不变，那么盘左、盘右不变，那么盘左、盘右a a的绝对值相等，符号正好相反，因此，盘左盘右取中数可消的绝对值相等，符号正好相反，因此，盘左盘右取中数可消除调焦误差的影响。除调焦误差的影响。 3 3对远近不同距离的目标调焦观测，调焦透镜沿望远镜对远近不同距离的目标调焦观测，调焦透镜沿望远镜套筒内壁滑行，因存在隙动差，即使对同一目标两次调焦，套筒内壁滑行，因存在隙动差，即使对同一目标两次调焦，调焦轨迹也会发生微小的变化调焦轨迹也会发生微

45、小的变化xx和和d d ，这种晃动属于偶然，这种晃动属于偶然误差，不能通过盘左、盘右取中数的方法来消除，但屡次观误差，不能通过盘左、盘右取中数的方法来消除，但屡次观测取中数可以减弱。测取中数可以减弱。4 4垂直轴倾斜误差垂直轴倾斜误差 由于边长较短，仪器与目标点之间的垂直角可能很大，由于边长较短，仪器与目标点之间的垂直角可能很大，因此，垂直轴倾斜误差的影响将不可忽略，由垂直轴倾斜误因此，垂直轴倾斜误差的影响将不可忽略，由垂直轴倾斜误差的公式有：差的公式有： tgivv式中，式中，iviv为垂直轴在水平轴方向横向上的倾斜量，为垂直轴在水平轴方向横向上的倾斜量，a a为为观测目标点的垂直角。不能通

46、过盘左、盘右取中数来消除，观测目标点的垂直角。不能通过盘左、盘右取中数来消除，因此在观测中应参加垂直轴倾斜改正，或在各测回之间，因此在观测中应参加垂直轴倾斜改正，或在各测回之间，重新调整仪器汽泡居中，使重新调整仪器汽泡居中，使iviv呈现偶然性。呈现偶然性。2. 2. 照准标志照准标志照准标志应满足以下要求：照准标志应满足以下要求：1 1便于精确瞄准；便于精确瞄准；2 2没有测量相位差；没有测量相位差；3 3反差大，亮度好；反差大，亮度好；4 4目标图案或实体中心轴应与机械轴重合，没有偏心差目标图案或实体中心轴应与机械轴重合，没有偏心差 二短边方位角传递二短边方位角传递 短边方位传递一般采用三

47、台仪器同时作业的角短边方位传递一般采用三台仪器同时作业的角导线互瞄法。前面已经讲授。导线互瞄法。前面已经讲授。三、卫星安装的准直测量自学三、卫星安装的准直测量自学 第四节第四节 三维工业测量系统三维工业测量系统1 1、用途：、用途：大型机器、设备的精密定位和准直测量、结构的检查、调整、大型机器、设备的精密定位和准直测量、结构的检查、调整、装配、安装和维护等，装配、安装和维护等，2 2、定义：、定义：把与把与“正交坐标系测量机相对应另一类正交坐标系测量机相对应另一类“非正交坐标系非正交坐标系测量系统称为工业测量系统。测量系统称为工业测量系统。3 3、分类：、分类：1 1极坐标测量系统包括全站仪测

48、量系统、激光跟踪测极坐标测量系统包括全站仪测量系统、激光跟踪测量系统、激光雷达量系统、激光雷达/ /扫描测量系统扫描测量系统2 2经纬仪交会测量系统经纬仪交会测量系统3 3摄影测量系统摄影测量系统4 4距离交会测量系统距离交会测量系统5 5关节式坐标测量机。关节式坐标测量机。其测量原理分别为：极坐标、角度前方交会、距离前方交会其测量原理分别为：极坐标、角度前方交会、距离前方交会和空间支导线。和空间支导线。一、极坐标测量系统一、极坐标测量系统采用的仪器：采用的仪器：全站仪、激光跟踪仪和激光扫描仪。全站仪、激光跟踪仪和激光扫描仪。 1 1、 测量原理测量原理全站仪测量系统的测量原理为极坐标，只需要

49、测量一个斜距全站仪测量系统的测量原理为极坐标，只需要测量一个斜距和二个角度就可以得到被测点的三维坐标。和二个角度就可以得到被测点的三维坐标。坐标系建立：坐标系建立：以全站仪的三轴中心为原点，水平面为以全站仪的三轴中心为原点，水平面为XOYXOY平平面，其中水平度盘零方向为面，其中水平度盘零方向为Y Y轴，铅垂线反方向为轴，铅垂线反方向为Z Z轴。轴。通过测量水平角通过测量水平角 、垂直角、垂直角 和斜距和斜距S S来计算出待测点来计算出待测点P P的坐的坐标，其计算公式为：标，其计算公式为：sincoscoscossinSZSYSX极坐标测量点位误差估算公式为：极坐标测量点位误差估算公式为：2

50、2222222222222222222222222coscossinsincoscossincoscossinsincoscoscossinmSmSmmmmmmSmmmSmSmmmSmSmmszyxpszsysx对对TDA5005TDA5005来说，如果取来说，如果取m m= = 1.01.0，ms= ms= 0.3mm0.3mm，那么，那么在几十米的范围内近距离内点位精度可以到达亚毫米。在几十米的范围内近距离内点位精度可以到达亚毫米。2 2、系统构成、系统构成1 1全站仪全站仪TC2002TC2002、TCTCA A20032003、TDM5005TDM5005、TDA5005TDA5005

51、2 2高稳定度脚架高稳定度脚架 3 3计算机计算机 4 4通讯和供电装置通讯和供电装置5 5测量目标反射器等附件组成。测量目标反射器等附件组成。带带“M M表示带有马达驱动模块，带表示带有马达驱动模块，带“A A表示带有表示带有ATRATR模块。模块。自动目标识别是测量自动化的前提条件，目前自动目标识别是测量自动化的前提条件，目前ATRATR只能识别圆只能识别圆棱镜、棱镜、360360棱镜和球棱镜，但不能识别反射片。棱镜和球棱镜，但不能识别反射片。 TDA5005全站仪测距目标是影响测距精度的非常重要指标测距目标是影响测距精度的非常重要指标全站仪工业测量系统的常用目标有：全站仪工业测量系统的常

52、用目标有：1 1圆棱镜、小棱镜圆棱镜、小棱镜无法放到待测点上，较少使用无法放到待测点上，较少使用2 2球棱镜，中心和球心是重合的，不管棱镜如何放置，球棱镜，中心和球心是重合的，不管棱镜如何放置，其测量点均位于测量面的法线方向，且偏距始终为球的半径，其测量点均位于测量面的法线方向，且偏距始终为球的半径，因而数据归算和处理就比较简单。因而数据归算和处理就比较简单。对球棱镜测量时全站仪需佩戴对球棱镜测量时全站仪需佩戴AP31AP31装置，主要起减弱发光管装置，主要起减弱发光管相位不均匀误差的作用。相位不均匀误差的作用。3 3反射片可以粘贴到被测点上，其厚度，数据处理也相反射片可以粘贴到被测点上，其厚

53、度，数据处理也相对简单。为提高测量反射片的精度，需要双面观测，而且对简单。为提高测量反射片的精度，需要双面观测，而且10 10 m m内全站仪需佩戴内全站仪需佩戴近距镜近距镜GDV3GDV3，可以在近，可以在近距离上增强回光信号。距离上增强回光信号。 系统软件：系统软件：1 1数据管理数据管理/ /处理模块包括常用的点、线、面拟合计算处理模块包括常用的点、线、面拟合计算和形位误差计算、坐标转换等功能和形位误差计算、坐标转换等功能2 2控制控制/ /测量模块。主要包括仪器的初始化参数设置、联测量模块。主要包括仪器的初始化参数设置、联机数据采集和测量数据误差修正等功能。机数据采集和测量数据误差修正

54、等功能。3 3、提高系统精度的措施、提高系统精度的措施主要消除系统误差主要消除系统误差系统误差主要有：系统误差主要有：轴系误差轴系误差双轴补偿器误差双轴补偿器误差ATRATR误差误差调焦误差调焦误差测距误差测距误差加常数和乘常数。加常数和乘常数。加常数加常数由于测距零点与仪器三轴交点不重合，以及棱镜中由于测距零点与仪器三轴交点不重合，以及棱镜中心和目标中心不重合而造成的，因此要根据所用仪器和棱镜心和目标中心不重合而造成的，因此要根据所用仪器和棱镜精确测量出其加常数；精确测量出其加常数；乘常数乘常数由测距频率、大气条件和投影改正所引起的。由测距频率、大气条件和投影改正所引起的。1 1加常数的测定

55、加常数的测定对一般工程测量所采用的圆棱镜而言，可用三段法来测量加对一般工程测量所采用的圆棱镜而言，可用三段法来测量加常数。一般的加常数通过专门检测机构进行常数。一般的加常数通过专门检测机构进行 (2) (2) 乘常数改正乘常数改正1 1大气条件温度大气条件温度t t，气压，气压P P和相对湿度和相对湿度H H引起的折射率变引起的折射率变化所致化所致当温度变化当温度变化11，或气压变化，或气压变化4 mbar(4 mbar(毫巴，毫巴，millibar)millibar)，实际，实际将会引起将会引起1ppm1ppm的变化。例如，当的变化。例如，当t = 22 t = 22 ，P=997.6mba

56、rP=997.6mbar，H = 60%H = 60%，计算得到的乘常数改正为，计算得到的乘常数改正为14.2 ppm14.2 ppm，对应于，对应于10 m10 m的测量距离，将有的测量距离，将有0.14 mm0.14 mm的改正，对于工业测量要求的精密的改正，对于工业测量要求的精密测距来说，这一改正是不能忽略的。测距来说，这一改正是不能忽略的。 2 2距离投影改正。在工业测量中距离很短，可以认为为零。距离投影改正。在工业测量中距离很短，可以认为为零。4 4、测距精度及坐标测量精度、测距精度及坐标测量精度1 1测距精度测距精度现有的全站型电子速测仪检定规程现有的全站型电子速测仪检定规程?JJ

57、G100-1994?JJG100-1994?仅适用于工仅适用于工程测量外业测量精度的检验，工业测量用全站仪近距离测距程测量外业测量精度的检验，工业测量用全站仪近距离测距精度的检测尚无规程可以参考。精度的检测尚无规程可以参考。实践中采用了和双频激光测量结果进行比对及通过内符合精实践中采用了和双频激光测量结果进行比对及通过内符合精度统计的方法。度统计的方法。10 m10 m以上的测距精度明显优于以上的测距精度明显优于10 m10 m以内的测距精度。以内的测距精度。2 2坐标精度坐标精度全站仪设在双频干预仪导轨的延长线上，因此棱镜常数及测全站仪设在双频干预仪导轨的延长线上，因此棱镜常数及测角精度对测

58、距精度几乎无影响，坐标差精度即测距精度。角精度对测距精度几乎无影响，坐标差精度即测距精度。 5 5、激光跟踪测量系统、激光跟踪测量系统和全站仪一样，激光跟踪测量系统是由单台激光跟踪仪及其和全站仪一样，激光跟踪测量系统是由单台激光跟踪仪及其附件构成的极坐标测量系统。激光跟踪仪的测量原理和全站附件构成的极坐标测量系统。激光跟踪仪的测量原理和全站仪一样，但是测距方式、跟踪方式及结构设计不同。仪一样，但是测距方式、跟踪方式及结构设计不同。与全站仪不同的是激光跟踪仪本身没有精确整平装置，当需与全站仪不同的是激光跟踪仪本身没有精确整平装置，当需要和水平面、铅垂线相联系时，可选择电子气泡要和水平面、铅垂线相

59、联系时，可选择电子气泡Nivel 20Nivel 20来来整平仪器。整平仪器。激光跟踪仪的测量精度主要决定于它的角度和距离测量精度激光跟踪仪的测量精度主要决定于它的角度和距离测量精度及测量环境的影响，由于干预法距离测量的精度高，测量速及测量环境的影响，由于干预法距离测量的精度高，测量速度快，因此整体测量性能和精度要优于全站仪。度快，因此整体测量性能和精度要优于全站仪。 根据其物理意义，可将激光跟踪仪角度测量根据其物理意义，可将激光跟踪仪角度测量所有的系统误差分为所有的系统误差分为1515类，共有类，共有1515个校准参个校准参数，再加上测距系统误差基距误差数，再加上测距系统误差基距误差C C，

60、测，测距零点误差，共计距零点误差，共计1616项误差，这项误差，这1616个误差个误差参数均有准确的数学模型对其进行改正。参数均有准确的数学模型对其进行改正。 二、经纬仪交会测量系统二、经纬仪交会测量系统经纬仪交会测量系统是由二台以上高精度电子经纬仪构成的经纬仪交会测量系统是由二台以上高精度电子经纬仪构成的空间角度前方交会测量系统，是在工业测量领域应用最早和空间角度前方交会测量系统，是在工业测量领域应用最早和最多的一种系统。最多的一种系统。主要商业系统有主要商业系统有LeicaLeica公司：公司：RMS2000RMS2000、ManCATManCAT、ECDS3ECDS3和和Axyz-MTM