球坐标扫描仪校准结果的不确定度评定

2025-01-31刘忆萱

品牌与标准化 2025年1期

摘要：在大尺寸空间坐标测量领域，球坐标扫描仪以高精度激光干涉仪为核心设备，具有测量范围广、计量精度高、重复性好等优势，能在复杂的环境中快速稳定地开展测量工作，已成为大尺寸空间测量的主要技术手段。本文主要介绍了球坐标扫描仪的工作原理及应用，以激光干涉仪标准装置和标准球为标准器对径向距离示值误差测量不确定度进行评定，以及以标准平面为标准器对平面扫描测量误差测量不确定度进行评定。

关键词：球坐标扫描仪；径向距离；平面扫描；不确定度

中图分类号：TB92文献标志码：ADOI编码：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.079

1概述

球坐标扫描仪是较为常用的高精度三维扫描测量设备，具有测距范围较广、精度较高、安装方便等优点。球坐标扫描仪通常集成了光电测距、双轴运动控制及角度测量、视觉成像、环境参数补偿等多种功能，是一种能够测量目标点的距离和方向角，从而得到目标对象空间坐标的先进非接触式、自动化的光学扫描测量仪器。其测距原理主要基于光的飞行时间法（TOF）或相位差法，通过激光发射器发出调制光信号，经光学系统准直后照射被测目标，光电接收器捕获反射光并将其转换为电信号，经信号处理与算法运算，最终得到仪器与目标之间的精确距离。

球坐标扫描仪光电测距方法主要包括脉冲测距式、相位测距式、全数字波式、调频连续波式。脉冲测距式基于时间飞行法，通过测量光波在固定介质中传播一定距离所耗费的时间来确定节点空间距离。相位测距法通过测定调制光在待测距离上的往返传播相位差来计算距离。全数字化波形模式结合了脉冲测距与相位测距的优点，通过分析数字信号的起始脉冲时间间隔，以及经过数字化处理的累积脉冲信号，以确定实际的距离值。调频连续波式测距法为一种精确度极高的绝对测距手段，在特定扫描周期内发射具有连续变化频率的连续波。当波体反射后返回的信号与发射信号存在一定的频率差，通过对这一频率差进行测量可获得目标与激光雷达之间的精确距离。

2径向距离示值误差测量不确定度评定示例

2.1测量方法

将标准球放置于激光干涉仪校准装置目标座上作为被测目标，干涉仪与球坐标扫描仪分别位于激光干涉仪标准装置水平方向两端，调节球坐标扫描仪高度，使其中心位于标准球的活动轨迹上。当移动平台移动时，标准球也随之移动，这时可在任意位置进行测量。通过构建由激光干涉仪、直线导轨以及移动平台组成的单维距离校准系统，并结合球形靶标的应用，实现对球坐标扫描仪距离测量精度偏差的校正与优化。