[发明专利]一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法

摘要

本发明公开了一种用于LaserTracer几何误差补偿方法，该方法定量地分析了LaserTracer内部几何误差对系统测量精度的影响。由LaserTracer各项几何误差引起的系统测量误差具有唯一性和可确定性，且与目标靶镜的被测距离无关。LaserTracer几何误差补偿方法不需要对各项几何误差进行测量，也不需要根据几何误差的传递函数计算系统测量误差。该方法需要定期利用LaserTracer在二维空间对标准件进行测量，得到系统测量误差，并绘制二维误差图谱。利用二维误差图谱，在垂直回转轴和水平回转轴二维回转角度下对系统测量误差进行补偿。本发明提供的LaserTracer几何误差补偿方法可有效提高LaserTracer系统测量精度。

主权项

1.一种用于激光追踪仪几何误差补偿方法，其特征在于：该方法分为三个步骤；第一，对于水平回转轴的每一个回转角度，垂直回转轴在测量空间内均需要完成正向和反向两次对目标靶镜进行跟踪测量；第二，通过转台在0°位置和180°位置的两次测量，分离出转台的回转误差；第三，在激光追踪仪回转中心和转台回转中心不同心的前提下，计算出激光追踪仪待补偿的误差，同时给出偏心量和转台的回转半径；激光追踪仪通过螺纹连接的方式与上层连接板固定连接，上层连接板通过螺纹连接的方式与二维移动滑台的上端面固定连接；二维移动滑台通过螺纹连接的方式与下层连接板固定连接，下层连接板通过螺纹连接的方式与转台固定连接；二维移动滑台将激光追踪仪中心调至与转台中心重合；在距转台回转中心外侧竖直放置有一根直线导轨；将目标靶镜固定安装在滑块上，并保证目标靶镜上极限位置和目标靶镜下极限位置均位于激光追踪仪的测量空间中；当激光追踪仪位于零点位置时即垂直回转轴回转角度θ＝0，水平回转轴回转角度激光追踪仪的激光束照射在导轨中间位置的目标靶镜上；目标靶镜在直线导轨上任意位置时，转台需要在0°位置和180°位置完成两次360°的回转，激光追踪仪也完成两次反向360°的回转，最终实现激光追踪仪对被测空间所有位置的测量；转台从0°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T₁(θ)；转台从180°位置开始回转时，激光追踪仪的测量数据为T₂(θ)；S(θ)表示转台回转误差，P(θ)表示除转台回转误差外的误差；转台回转误差的分离如公式(1)‑公式(4)所示；T₁(θ)＝P(θ)+S(θ)  (1)T₂(θ)＝P(θ)‑S(θ)  (2)P(θ)＝1/2[T₁(θ)+T₂(θ)]  (3)S(θ)＝1/2[T₁(θ)‑T₂(θ)]  (4)建立测量系统的坐标系O‑xy；O点为转台的回转中心，A点为激光追踪仪的回转中心，M点为目标靶镜的位置，y轴对应激光追踪仪的零点位置，a、b为激光追踪仪在x、y方向的偏心距离，θ_i为转台的回转角度，为激光追踪仪中心距目标靶镜的距离，为激光追踪仪测量值，R为拟合的转台回转半径；通过最小二乘法求解公式(5)，根据公式(6)计算出a、b、c和R；其中，E＝aR，F＝bR，G＝c²‑a²‑b²‑R²，i表示测量次数，N为测量总次数；将a、b、c和带入公式(7)，能够计算出任意角度下的R_θ；以R_(θ＝0)为初值，Δ(θ)＝R_θ‑R_(θ＝0)为当水平回转轴为某固定角度时，激光追踪仪待补偿的误差值；得到激光追踪仪在空间固定角度下待补偿的误差值后，利用二维线性插值法，绘制激光追踪仪待补偿的误差图谱，从而得到激光追踪仪在垂直回转轴和水平回转轴任意回转角度下的误差补偿值；e_m为最大误差值，e_n为最小误差值。