球坐標掃描儀校準結果的不確定度評定

摘要：在大尺寸空間坐標測量領域，球坐標掃描儀以高精度激光干涉儀為核心設備，具有測量范圍廣、計量精度高、重復性好等優勢，能在復雜的環境中快速穩定地開展測量工作，已成為大尺寸空間測量的主要技術手段。本文主要介紹了球坐標掃描儀的工作原理及應用，以激光干涉儀標準裝置和標準球為標準器對徑向距離示值誤差測量不確定度進行評定，以及以標準平面為標準器對平面掃描測量誤差測量不確定度進行評定。

關鍵詞：球坐標掃描儀；徑向距離；平面掃描；不確定度

中圖分類號：TB92文獻標志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.079

1概述

球坐標掃描儀是較為常用的高精度三維掃描測量設備，具有測距范圍較廣、精度較高、安裝方便等優點。球坐標掃描儀通常集成了光電測距、雙軸運動控制及角度測量、視覺成像、環境參數補償等多種功能，是一種能夠測量目標點的距離和方向角，從而得到目標對象空間坐標的先進非接觸式、自動化的光學掃描測量儀器。其測距原理主要基于光的飛行時間法（TOF）或相位差法，通過激光發射器發出調制光信號，經光學系統準直后照射被測目標，光電接收器捕獲反射光并將其轉換為電信號，經信號處理與算法運算，最終得到儀器與目標之間的精確距離。

球坐標掃描儀光電測距方法主要包括脈沖測距式、相位測距式、全數字波式、調頻連續波式。脈沖測距式基于時間飛行法，通過測量光波在固定介質中傳播一定距離所耗費的時間來確定節點空間距離。相位測距法通過測定調制光在待測距離上的往返傳播相位差來計算距離。全數字化波形模式結合了脈沖測距與相位測距的優點，通過分析數字信號的起始脈沖時間間隔，以及經過數字化處理的累積脈沖信號，以確定實際的距離值。調頻連續波式測距法為一種精確度極高的絕對測距手段，在特定掃描周期內發射具有連續變化頻率的連續波。當波體反射后返回的信號與發射信號存在一定的頻率差，通過對這一頻率差進行測量可獲得目標與激光雷達之間的精確距離。

2徑向距離示值誤差測量不確定度評定示例

2.1測量方法

將標準球放置于激光干涉儀校準裝置目標座上作為被測目標，干涉儀與球坐標掃描儀分別位于激光干涉儀標準裝置水平方向兩端，調節球坐標掃描儀高度，使其中心位于標準球的活動軌跡上。當移動平臺移動時，標準球也隨之移動，這時可在任意位置進行測量。通過構建由激光干涉儀、直線導軌以及移動平臺組成的單維距離校準系統，并結合球形靶標的應用，實現對球坐標掃描儀距離測量精度偏差的校正與優化。

參考文獻

[1]測量不確定度評定與表示：JJF 1059.1—2012[S].

[2]球坐標掃描儀校準規范：JJF（遼）523—2023[S].

作者簡介

劉憶萱，女，1989年出生，碩士，研究方向為幾何量計量檢測。

（編輯：李加鵬，收稿日期：2024-08-27）