为了掌握光束入射角变化对激光跟踪仪中角锥棱镜测量精度的影响规律,详细分析了角锥棱镜的工作原理和反射特性,计算了角锥棱镜在不同入射角下的实际有效反射面积,并建立了角锥棱镜有效反射面积随光束入射角变化的理论公式,进而得到角锥棱镜测量精度随光束入射角变化的规律。实验结果表明:角锥棱镜测量精度随入射角增大而减小,在最大允许入射角处发生突变。在最大允许入射角为±35.26°时,其测量误差达到0.050 mm;而在±20°内时,其测量精度优于0.010 mm;入射角在±15°内其测量精度最高,稳定性最好。所得结论证明了当角锥棱镜入射角在±20°内工作时能满足了激光跟踪仪的测量精度要求,这对角锥棱镜设计和实际测量工作具有指导意义。

研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。利用研制的角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿试验,结果表明,该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69μm减小到9.71μm,垂直角测量误差由35.43μm减小到10.03μm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度,解决了激光跟踪测量系统在动态测量中受角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致的无法连续测量问题。

介绍了"光束运动-光靶跟踪"激光跟踪测量方法,研究了激光制导测量机器人技术,开发并研制了一种能够在被测对象水平面和斜面运动的小型轮臂复合式激光制导测量机器人系统.建立了机器人的爬行臂式运动学模型并对其运动特性进行了分析.最后,利用激光跟踪仪和三坐标测量机对激光制导测量机器人样机进行了性能测试,实验结果表明:该机器人能够自动高效地跟踪激光束并完成测量,验证了运动学分析的正确性,同时也解决了激光制导测量机器人技术中光靶的掉光问题.

在研究激光跟踪测量系统结构和工作原理的基础上,建立了系统运动学模型和跟踪转镜中心偏移数学模型.分析了系统测量中基点位置变动误差、转镜跟踪目标反射器跟踪误差和转镜反射面与激光束不垂直误差等.分析结果表明:基点位置变动误差为0.017 mm,转镜反射面与激光束不垂直误差为0.004 5 mm,转镜跟踪目标反射器跟踪误差约为0.因此,在跟踪转镜结构设计中,为保证激光束反射点与基点位置重合及转镜旋转跟踪目标反射器时基点空间位置保持不变,应尽量减少跟踪转镜旋转点与镜面之间的距离.

A technique to calibrate faro retro probe using laser tracker system (LTS) is presented. The deep-access retro probe enables LTS to perform three-dimensional (3D) measurements of surface hidden features. It has been shown that misalignment errors are the key contributor to measuring errors of retro probe. A device for measuring misalignment errors of retro probe is invented. Theoretical analysis and experiment show that using this technique to calibrate retro probe, the misalignment errors of retro probe can be eliminated effectively and quickly.

介绍了原子力显微镜(AFM)的原理及特点.用AFM对光盘上记录信息用的凹坑结构进行了三维检测,并对测量结果进行了分析.结论表明AFM在光盘质量检测过程中具有独特的优势.