《精密測角儀器》課件

精密測角儀器精密測角儀器是測量角度的工具，在科學(xué)研究、工程建設(shè)、制造業(yè)等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。課程大綱概述本課程主要介紹精密測角儀器的分類、原理、應(yīng)用和維護(hù)。重點講解常見測角儀器，如水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀、全站儀和激光跟蹤儀。內(nèi)容測角儀器分類常見測角儀器測角儀器的工作原理測角儀器的校準(zhǔn)與維護(hù)案例分析與討論總結(jié)與展望測角儀器分類機(jī)械式測角儀器機(jī)械式測角儀器主要依靠機(jī)械部件和刻度盤來完成角度測量，操作簡單，但精度較低。光學(xué)式測角儀器光學(xué)式測角儀器利用光學(xué)原理進(jìn)行角度測量，精度較高，但操作相對復(fù)雜。數(shù)字式測角儀器數(shù)字式測角儀器結(jié)合了光學(xué)和電子技術(shù)，可以實現(xiàn)自動測量和數(shù)據(jù)處理，具有高精度和便捷性的特點。1.1機(jī)械式測角儀器定義機(jī)械式測角儀器主要依靠機(jī)械結(jié)構(gòu)和指針的移動來實現(xiàn)角度測量。它們通常結(jié)構(gòu)簡單，操作相對容易，但精度相對較低。工作原理機(jī)械式測角儀器通過齒輪、齒條、刻度盤和指針的組合來實現(xiàn)角度測量。當(dāng)儀器轉(zhuǎn)動時，齒輪和齒條的相對運動會驅(qū)動指針在刻度盤上移動，從而指示角度值。應(yīng)用機(jī)械式測角儀器常用于簡單的角度測量任務(wù)，例如建筑、木工、機(jī)械加工等領(lǐng)域。它們在一些精度要求不高的應(yīng)用中仍然發(fā)揮著重要作用。示例常見的機(jī)械式測角儀器包括量角器、三角板、圓規(guī)等。這些工具在日常生活中廣泛應(yīng)用，為人們提供簡單的角度測量工具。1.2光學(xué)式測角儀器光學(xué)原理利用光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行角度測量，精度較高，但易受環(huán)境影響。角度測量通過望遠(yuǎn)鏡觀察目標(biāo)，利用刻度盤讀取角度值，精度高。方向測量可測定目標(biāo)方位角，配合水準(zhǔn)測量可確定空間位置。光學(xué)系統(tǒng)包括望遠(yuǎn)鏡、目鏡、物鏡等，通過光學(xué)放大實現(xiàn)精確觀察。1.3數(shù)字式測角儀器11.3.1電子經(jīng)緯儀電子經(jīng)緯儀將傳統(tǒng)經(jīng)緯儀的機(jī)械結(jié)構(gòu)與電子測角系統(tǒng)結(jié)合，提高了測量精度和效率。21.3.2全站儀全站儀集成了電子測角、測距、數(shù)據(jù)處理和存儲功能，成為現(xiàn)代測量的核心工具。31.3.3激光跟蹤儀激光跟蹤儀利用激光束對目標(biāo)進(jìn)行精確跟蹤，應(yīng)用于工業(yè)制造、科研和航空航天等領(lǐng)域。2.常見測角儀器11.水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀是測量高程差的儀器。它利用水準(zhǔn)管的水平線和水準(zhǔn)尺來確定兩點間的高差。22.經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀是測量水平角和垂直角的儀器，它由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和水平盤組成。它可以測量目標(biāo)點與儀器之間的水平角和垂直角。33.全站儀全站儀是一種集測距、測角、數(shù)據(jù)處理于一體的測量儀器。它利用光學(xué)或電磁波原理測定目標(biāo)點與儀器之間的距離和角度。44.激光跟蹤儀激光跟蹤儀通過發(fā)射激光束測量目標(biāo)點與儀器之間的距離和方向，可應(yīng)用于精密機(jī)械加工、航空航天等領(lǐng)域。2.1水準(zhǔn)儀水準(zhǔn)儀是測定兩點間高差的精密儀器。它由望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)管、基座等組成。水準(zhǔn)儀利用水準(zhǔn)管內(nèi)的水準(zhǔn)泡來確定水平線，通過望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)，讀出水準(zhǔn)尺上的讀數(shù)，就可以計算出兩點間的高差。2.2經(jīng)緯儀經(jīng)緯儀是測量工作中不可或缺的工具。它主要用于測量水平角和垂直角。經(jīng)緯儀由望遠(yuǎn)鏡、水平度盤、垂直度盤、基座等組成。它能夠精確測量目標(biāo)點與觀測點的相對位置關(guān)系。2.3全站儀全站儀概述全站儀是一種集光學(xué)、電子、計算機(jī)技術(shù)于一體的高精度測量儀器，它將測距、測角、數(shù)據(jù)處理等功能集成在一個儀器中，可以進(jìn)行各種測量任務(wù)，如角度、距離、坐標(biāo)、高程等。全站儀應(yīng)用全站儀廣泛應(yīng)用于工程測量、地形測量、建筑工程、城市規(guī)劃、道路橋梁等領(lǐng)域，提高了測量效率和精度。測量原理全站儀通過發(fā)射激光束測量距離，通過電子角度傳感器測量角度，并通過內(nèi)置的微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到目標(biāo)點的坐標(biāo)和高程。2.4激光跟蹤儀激光跟蹤儀是一種高精度三維測量儀器。它通過發(fā)射激光束，測量物體表面的點坐標(biāo)，并根據(jù)這些坐標(biāo)數(shù)據(jù)生成物體的三維模型。激光跟蹤儀在工業(yè)制造、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，例如用于測量大型部件的尺寸、形狀和位置，以及進(jìn)行逆向工程和三維掃描等。3.水準(zhǔn)儀的工作原理1水準(zhǔn)管水準(zhǔn)管是水準(zhǔn)儀的核心部件，利用液體靜止時水平面的特點來確定水平方向。2望遠(yuǎn)鏡望遠(yuǎn)鏡用于觀測目標(biāo)，并通過十字絲將目標(biāo)影像投影到水準(zhǔn)管上。3基座基座用于固定水準(zhǔn)儀，并通過水準(zhǔn)器和螺絲進(jìn)行水平調(diào)節(jié)。水準(zhǔn)儀通過水準(zhǔn)管和望遠(yuǎn)鏡的配合，利用液體靜止時水平面的特點來測定高程差，從而實現(xiàn)高程測量。3.1水準(zhǔn)儀的基本結(jié)構(gòu)望遠(yuǎn)鏡水準(zhǔn)儀的核心部分，用于觀察目標(biāo)和進(jìn)行精確測量。水準(zhǔn)管水平儀的關(guān)鍵部件，用于確定水平方向?；嗡疁?zhǔn)儀的底座，確保儀器的穩(wěn)定性。腳架支撐基座，便于調(diào)整水準(zhǔn)儀的高度和方向。3.2水準(zhǔn)儀的校正方法1望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸校正確保望遠(yuǎn)鏡視準(zhǔn)軸與水準(zhǔn)管軸平行。2水準(zhǔn)管軸校正使水準(zhǔn)管軸與儀器豎軸垂直。3儀器豎軸校正確保儀器豎軸與鉛垂線重合。水準(zhǔn)儀校正是保證測量的準(zhǔn)確性的重要步驟。通過校正可以消除儀器自身誤差的影響，提高測量精度。4.經(jīng)緯儀的工作原理1光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)緯儀包含望遠(yuǎn)鏡、水準(zhǔn)器和分劃板，用于觀察目標(biāo)和測量角度。望遠(yuǎn)鏡將目標(biāo)放大，以便于更精確地觀察。水準(zhǔn)器用于校正水平方向，確保測量精度。分劃板上的刻度線用于測量水平角和垂直角。2測角系統(tǒng)經(jīng)緯儀通過轉(zhuǎn)動水平盤和垂直盤來測量角度。水平盤用于測量水平角，垂直盤用于測量垂直角。角度讀數(shù)通常通過刻度盤或數(shù)字顯示器顯示。3測量步驟經(jīng)緯儀測量步驟通常包括：將儀器安置在測量點，對中并整平，瞄準(zhǔn)目標(biāo)，讀數(shù)并記錄角度數(shù)據(jù)。經(jīng)緯儀的測量結(jié)果可以用于計算距離、高程和坐標(biāo)等信息。4.1經(jīng)緯儀的基本結(jié)構(gòu)望遠(yuǎn)鏡經(jīng)緯儀的核心部件，用于觀察目標(biāo)并測量其方向。水平度盤用來測量水平角的圓形刻度盤，通常由玻璃或金屬制成。垂直度盤用來測量垂直角的圓形刻度盤，通常與水平度盤相連。三腳架用于支撐經(jīng)緯儀，保證其穩(wěn)定性，便于操作。4.2經(jīng)緯儀的誤差分析儀器誤差經(jīng)緯儀本身的制造精度和機(jī)械結(jié)構(gòu)會導(dǎo)致誤差。例如，望遠(yuǎn)鏡軸線不垂直于水平軸，水平軸不平行于基座，會導(dǎo)致角度測量誤差。觀測誤差觀測人員的操作失誤，如讀數(shù)誤差、瞄準(zhǔn)誤差、對中誤差，也會造成測量誤差。外界環(huán)境溫度變化、氣壓變化、風(fēng)力、光線等外界環(huán)境因素會影響儀器精度，進(jìn)而影響測量結(jié)果。5.全站儀的工作原理測量原理全站儀通過測量距離、角度和高度信息來確定目標(biāo)點的空間位置。它結(jié)合了電子測距儀和電子經(jīng)緯儀的原理，實現(xiàn)了高精度、高效率的測量。距離測量全站儀采用紅外線或激光束測量目標(biāo)點的距離。它利用光波的時間差或相位差計算距離，并根據(jù)大氣條件進(jìn)行校正。角度測量全站儀利用光學(xué)或電子角度傳感器測量水平角和垂直角。它通過編碼器或光學(xué)旋轉(zhuǎn)編碼器將角度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進(jìn)行精度校正。高度測量全站儀通過測量目標(biāo)點的高度角和距離，并結(jié)合已知點的高程，計算目標(biāo)點的高程。它利用三角形幾何原理進(jìn)行計算。5.1全站儀的基本結(jié)構(gòu)電子經(jīng)緯儀全站儀的核心，負(fù)責(zé)測量角度和距離。它集成了光學(xué)經(jīng)緯儀、電子測距儀和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)處理器負(fù)責(zé)處理測量數(shù)據(jù)，并顯示測量結(jié)果。它通常集成在電子經(jīng)緯儀中，并包含存儲器、顯示器和鍵盤。數(shù)據(jù)存儲器用于存儲測量數(shù)據(jù)，以便后期進(jìn)行分析和處理。它可以是內(nèi)部存儲器或外部存儲設(shè)備。棱鏡反射測量光束，用于測量距離。它通常安裝在測量目標(biāo)上，并與電子測距儀配合使用。5.2全站儀的測量步驟1瞄準(zhǔn)目標(biāo)點使用全站儀的望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)點，并進(jìn)行精確對準(zhǔn)。確保望遠(yuǎn)鏡水平，并調(diào)整對焦以獲得清晰的影像。2讀取坐標(biāo)數(shù)據(jù)全站儀會自動讀取目標(biāo)點的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，包括水平角、垂直角和距離，并將數(shù)據(jù)存儲在儀器的內(nèi)部存儲器中。3數(shù)據(jù)處理與分析將收集到的坐標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并使用相應(yīng)的軟件進(jìn)行計算和分析，以獲得最終的測量結(jié)果。6.激光跟蹤儀的工作原理1目標(biāo)定位通過發(fā)射激光束，測量目標(biāo)點的空間坐標(biāo)。2數(shù)據(jù)采集采集目標(biāo)點的位置信息和姿態(tài)信息。3數(shù)據(jù)處理對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，生成測量結(jié)果。激光跟蹤儀利用激光束測量目標(biāo)點的空間坐標(biāo)，并將這些坐標(biāo)信息與參考坐標(biāo)系關(guān)聯(lián)起來。它主要由激光發(fā)射器、接收器、控制系統(tǒng)、測量軟件等組成。激光跟蹤儀能夠?qū)崿F(xiàn)高精度、高效率的測量工作，廣泛應(yīng)用于航空航天、機(jī)械制造、汽車制造等領(lǐng)域。6.1激光跟蹤儀的組成部分發(fā)射器發(fā)射器是激光跟蹤儀的核心部件，負(fù)責(zé)發(fā)射激光束。激光束被發(fā)射到目標(biāo)物體上，并反射回來。接收器接收器接收來自目標(biāo)物體的反射激光束。接收器將接收到的激光信號轉(zhuǎn)換為電子信號。控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制激光發(fā)射器和接收器，以及處理電子信號?？刂葡到y(tǒng)還負(fù)責(zé)計算目標(biāo)物體的坐標(biāo)信息。顯示器顯示器用于顯示目標(biāo)物體的坐標(biāo)信息和其他相關(guān)數(shù)據(jù)。6.2激光跟蹤儀的測量應(yīng)用汽車制造激光跟蹤儀可用于汽車制造中的零件尺寸測量、裝配精度檢查等應(yīng)用。機(jī)械加工在機(jī)械加工領(lǐng)域，激光跟蹤儀可實現(xiàn)復(fù)雜曲面的三維測量、工件尺寸檢測和加工精度控制。航空航天航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，例如飛機(jī)機(jī)身尺寸測量、部件裝配精度檢查等。文物保護(hù)在文物保護(hù)領(lǐng)域，激光跟蹤儀可用于文物尺寸測量、形狀重建和文物修復(fù)工作。7.測角儀器的校準(zhǔn)與維護(hù)1儀器常規(guī)檢查檢查儀器外觀、清潔、部件齊全2儀器定期校準(zhǔn)確保儀器精度符合標(biāo)準(zhǔn)3維護(hù)保養(yǎng)定期清潔、潤滑、更換易損件定期對測角儀器進(jìn)行校準(zhǔn)和維護(hù)至關(guān)重要。定期校準(zhǔn)可以確保儀器的精度符合標(biāo)準(zhǔn)，并能夠滿足測量要求。維護(hù)保養(yǎng)包括定期清潔、潤滑、更換易損件等，可以延長儀器的使用壽命。7.1儀器的常規(guī)檢查水準(zhǔn)儀檢查水準(zhǔn)管氣泡是否居中，水準(zhǔn)尺是否完好。經(jīng)緯儀檢查望遠(yuǎn)鏡對中，十字絲是否清晰，調(diào)焦機(jī)構(gòu)是否順暢。全站儀檢查三腳架是否牢固，電池電量是否充足，儀器是否正常啟動。激光跟蹤儀檢查激光束是否穩(wěn)定，跟蹤精度是否滿足要求。7.2儀器的定期校準(zhǔn)定期校準(zhǔn)定期校準(zhǔn)是確保測角儀器精度的重要步驟，確保測量的準(zhǔn)確性。校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)按照國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校準(zhǔn)，并記錄校準(zhǔn)結(jié)果。專業(yè)人員由專業(yè)人員進(jìn)行校準(zhǔn)，確保校準(zhǔn)過程的規(guī)范性。校準(zhǔn)周期根據(jù)儀器的使用頻率和環(huán)境條件，制定合理的校準(zhǔn)周期。案例分析與討論工程測量案例通過實際工程案例，展示精密