[发明专利]新型激光跟踪测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光跟踪测量系统。

背景技术

激光跟踪测量，可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其空间坐标。目前市场上的激光跟踪测量仪，主要由瑞士LEICA、美国API、美国FARO公司提供。集激光干涉测距、光电检测、精密机械、计算机控制、数值计算等功能基于一体。

现有激光跟踪测量仪工作时，在被测目标上附加一个移动靶作为测量目标，在移动靶移动时，跟踪头在跟踪伺服机构的控制下，实时调整，跟踪移动靶并测量。现有激光跟踪测量仪，采用激光干涉测距。虽然精度很高，但是电子系统非常复杂，而且在结构上还必须增加一个“鸟巢”，才可以获得绝对距离。现有测量方法需要保证入射光原路返回，这使得移动靶结构比较复杂，比如需要角隅透镜或者猫眼透镜，这些透镜的加工精度要求非常高。此外，其测距精度取决于对大气中的光速的精确测量。而实际测量过程中，光速受到大气温度、湿度、气压等情况影响，需要事先测量这些气象参数，并进行相关的气象改正。因为数字温度气压计，就成为激光跟踪测量仪的标准附件。一般都要求激光跟踪测量仪在室内较温度的工作条件下进行测量。见李广云、李宗春主编，测绘出版社2011年1月出版之《工业测量系统原理与应用》第6章。

总体而言，现有激光跟踪测量仪，功能强大，精度高，但是技术复杂，受环境制约较大。

测距信息在激光扫描中具有重要作用。按照测距原理，可以分为三角法、脉冲法、相位法。三角法是一束激光照射到物体上，部分漫反射激光经过棱镜在光电探测设备上成像。三角法在应用上有很多定位参数要求，在测量设备标定上非常繁琐而且费时，实测时若系统中某项参数无法准确得到，将使得测量数据产生误差。当测量设备有微小变动时，系统中每项参数都必须重新标定。见许智钦孙长库编著，《3D逆向工程》（中国计量出版社2002年4月第1版）p16。

何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》第二章第二节，介绍了目前全站仪的测距原理，主要是脉冲法、相位法测距，都需要对应的复杂的电子系统。脉冲法测距，直接测定测距仪发出的脉冲往返被测距离的时间。根据叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p8，用于计时的时钟频率即便有极微小的误差，也会导致很大的测量误差。比如时钟频率为100MHz，即便有±1Hz的频率误差，测距误差也将达到±1.5m。所以脉冲法测量精度低，主要用于远程低精度测量。相位法测距，其原理是通过测量连续的调制信号在待测距离上往返产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得传播距离。相位法测距，涉及复杂的控制和运算，比如测尺转换和控制、光路转换控制，减光自动控制，测相节奏（时序控制）、相位距离换算、粗精尺距离衔接运算等等（见叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p15）。测量的电子系统远比脉冲法复杂。由此会导致很多问题。叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p42第3章进行了分析，比如电路中的同频光电窜扰信号导致的周期误差，内部石英晶体振荡器受温度影响导致的误差。李广云、李宗春主编，测绘出版社2011年1月出版之《工业测量系统原理与应用》p134，也提及实际测距频率和设计频率不一致导致的测距误差问题。

有一个问题对测距精度至关重要，无论脉冲测距或者相位测距，其测距精度都取决于对大气中的光速的精确测量。而实际测量过程中，光速受到大气温度、湿度、气压等情况影响，需要事先测量这些气象参数，并进行相关的气象改正。根据李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》p22，全站仪的气象改正还与该全站仪所用测距光波的波长有关。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量精确、操作方便的新型激光跟踪测量设备。