《精密测角仪器》课件

精密测角仪器精密测角仪器是测量角度的工具，在科学研究、工程建设、制造业等领域广泛应用。课程大纲概述本课程主要介绍精密测角仪器的分类、原理、应用和维护。重点讲解常见测角仪器，如水准仪、经纬仪、全站仪和激光跟踪仪。内容测角仪器分类常见测角仪器测角仪器的工作原理测角仪器的校准与维护案例分析与讨论总结与展望测角仪器分类机械式测角仪器机械式测角仪器主要依靠机械部件和刻度盘来完成角度测量，操作简单，但精度较低。光学式测角仪器光学式测角仪器利用光学原理进行角度测量，精度较高，但操作相对复杂。数字式测角仪器数字式测角仪器结合了光学和电子技术，可以实现自动测量和数据处理，具有高精度和便捷性的特点。1.1机械式测角仪器定义机械式测角仪器主要依靠机械结构和指针的移动来实现角度测量。它们通常结构简单，操作相对容易，但精度相对较低。工作原理机械式测角仪器通过齿轮、齿条、刻度盘和指针的组合来实现角度测量。当仪器转动时，齿轮和齿条的相对运动会驱动指针在刻度盘上移动，从而指示角度值。应用机械式测角仪器常用于简单的角度测量任务，例如建筑、木工、机械加工等领域。它们在一些精度要求不高的应用中仍然发挥着重要作用。示例常见的机械式测角仪器包括量角器、三角板、圆规等。这些工具在日常生活中广泛应用，为人们提供简单的角度测量工具。1.2光学式测角仪器光学原理利用光学系统进行角度测量，精度较高，但易受环境影响。角度测量通过望远镜观察目标，利用刻度盘读取角度值，精度高。方向测量可测定目标方位角，配合水准测量可确定空间位置。光学系统包括望远镜、目镜、物镜等，通过光学放大实现精确观察。1.3数字式测角仪器11.3.1电子经纬仪电子经纬仪将传统经纬仪的机械结构与电子测角系统结合，提高了测量精度和效率。21.3.2全站仪全站仪集成了电子测角、测距、数据处理和存储功能，成为现代测量的核心工具。31.3.3激光跟踪仪激光跟踪仪利用激光束对目标进行精确跟踪，应用于工业制造、科研和航空航天等领域。2.常见测角仪器11.水准仪水准仪是测量高程差的仪器。它利用水准管的水平线和水准尺来确定两点间的高差。22.经纬仪经纬仪是测量水平角和垂直角的仪器，它由望远镜、水准器和水平盘组成。它可以测量目标点与仪器之间的水平角和垂直角。33.全站仪全站仪是一种集测距、测角、数据处理于一体的测量仪器。它利用光学或电磁波原理测定目标点与仪器之间的距离和角度。44.激光跟踪仪激光跟踪仪通过发射激光束测量目标点与仪器之间的距离和方向，可应用于精密机械加工、航空航天等领域。2.1水准仪水准仪是测定两点间高差的精密仪器。它由望远镜、水准管、基座等组成。水准仪利用水准管内的水准泡来确定水平线，通过望远镜瞄准目标，读出水准尺上的读数，就可以计算出两点间的高差。2.2经纬仪经纬仪是测量工作中不可或缺的工具。它主要用于测量水平角和垂直角。经纬仪由望远镜、水平度盘、垂直度盘、基座等组成。它能够精确测量目标点与观测点的相对位置关系。2.3全站仪全站仪概述全站仪是一种集光学、电子、计算机技术于一体的高精度测量仪器，它将测距、测角、数据处理等功能集成在一个仪器中，可以进行各种测量任务，如角度、距离、坐标、高程等。全站仪应用全站仪广泛应用于工程测量、地形测量、建筑工程、城市规划、道路桥梁等领域，提高了测量效率和精度。测量原理全站仪通过发射激光束测量距离，通过电子角度传感器测量角度，并通过内置的微处理器进行数据处理，得到目标点的坐标和高程。2.4激光跟踪仪激光跟踪仪是一种高精度三维测量仪器。它通过发射激光束，测量物体表面的点坐标，并根据这些坐标数据生成物体的三维模型。激光跟踪仪在工业制造、航空航天、汽车制造等领域有着广泛的应用，例如用于测量大型部件的尺寸、形状和位置，以及进行逆向工程和三维扫描等。3.水准仪的工作原理1水准管水准管是水准仪的核心部件，利用液体静止时水平面的特点来确定水平方向。2望远镜望远镜用于观测目标，并通过十字丝将目标影像投影到水准管上。3基座基座用于固定水准仪，并通过水准器和螺丝进行水平调节。水准仪通过水准管和望远镜的配合，利用液体静止时水平面的特点来测定高程差，从而实现高程测量。3.1水准仪的基本结构望远镜水准仪的核心部分，用于观察目标和进行精确测量。水准管水平仪的关键部件，用于确定水平方向。基座支撑水准仪的底座，确保仪器的稳定性。脚架支撑基座，便于调整水准仪的高度和方向。3.2水准仪的校正方法1望远镜视准轴校正确保望远镜视准轴与水准管轴平行。2水准管轴校正使水准管轴与仪器竖轴垂直。3仪器竖轴校正确保仪器竖轴与铅垂线重合。水准仪校正是保证测量的准确性的重要步骤。通过校正可以消除仪器自身误差的影响，提高测量精度。4.经纬仪的工作原理1光学系统经纬仪包含望远镜、水准器和分划板，用于观察目标和测量角度。望远镜将目标放大，以便于更精确地观察。水准器用于校正水平方向，确保测量精度。分划板上的刻度线用于测量水平角和垂直角。2测角系统经纬仪通过转动水平盘和垂直盘来测量角度。水平盘用于测量水平角，垂直盘用于测量垂直角。角度读数通常通过刻度盘或数字显示器显示。3测量步骤经纬仪测量步骤通常包括：将仪器安置在测量点，对中并整平，瞄准目标，读数并记录角度数据。经纬仪的测量结果可以用于计算距离、高程和坐标等信息。4.1经纬仪的基本结构望远镜经纬仪的核心部件，用于观察目标并测量其方向。水平度盘用来测量水平角的圆形刻度盘，通常由玻璃或金属制成。垂直度盘用来测量垂直角的圆形刻度盘，通常与水平度盘相连。三脚架用于支撑经纬仪，保证其稳定性，便于操作。4.2经纬仪的误差分析仪器误差经纬仪本身的制造精度和机械结构会导致误差。例如，望远镜轴线不垂直于水平轴，水平轴不平行于基座，会导致角度测量误差。观测误差观测人员的操作失误，如读数误差、瞄准误差、对中误差，也会造成测量误差。外界环境温度变化、气压变化、风力、光线等外界环境因素会影响仪器精度，进而影响测量结果。5.全站仪的工作原理测量原理全站仪通过测量距离、角度和高度信息来确定目标点的空间位置。它结合了电子测距仪和电子经纬仪的原理，实现了高精度、高效率的测量。距离测量全站仪采用红外线或激光束测量目标点的距离。它利用光波的时间差或相位差计算距离，并根据大气条件进行校正。角度测量全站仪利用光学或电子角度传感器测量水平角和垂直角。它通过编码器或光学旋转编码器将角度转换为数字信号，并进行精度校正。高度测量全站仪通过测量目标点的高度角和距离，并结合已知点的高程，计算目标点的高程。它利用三角形几何原理进行计算。5.1全站仪的基本结构电子经纬仪全站仪的核心，负责测量角度和距离。它集成了光学经纬仪、电子测距仪和数据处理系统。数据处理器负责处理测量数据，并显示测量结果。它通常集成在电子经纬仪中，并包含存储器、显示器和键盘。数据存储器用于存储测量数据，以便后期进行分析和处理。它可以是内部存储器或外部存储设备。棱镜反射测量光束，用于测量距离。它通常安装在测量目标上，并与电子测距仪配合使用。5.2全站仪的测量步骤1瞄准目标点使用全站仪的望远镜瞄准目标点，并进行精确对准。确保望远镜水平，并调整对焦以获得清晰的影像。2读取坐标数据全站仪会自动读取目标点的坐标数据，包括水平角、垂直角和距离，并将数据存储在仪器的内部存储器中。3数据处理与分析将收集到的坐标数据进行处理，并使用相应的软件进行计算和分析，以获得最终的测量结果。6.激光跟踪仪的工作原理1目标定位通过发射激光束，测量目标点的空间坐标。2数据采集采集目标点的位置信息和姿态信息。3数据处理对采集的数据进行处理和分析，生成测量结果。激光跟踪仪利用激光束测量目标点的空间坐标，并将这些坐标信息与参考坐标系关联起来。它主要由激光发射器、接收器、控制系统、测量软件等组成。激光跟踪仪能够实现高精度、高效率的测量工作，广泛应用于航空航天、机械制造、汽车制造等领域。6.1激光跟踪仪的组成部分发射器发射器是激光跟踪仪的核心部件，负责发射激光束。激光束被发射到目标物体上，并反射回来。接收器接收器接收来自目标物体的反射激光束。接收器将接收到的激光信号转换为电子信号。控制系统控制系统负责控制激光发射器和接收器，以及处理电子信号。控制系统还负责计算目标物体的坐标信息。显示器显示器用于显示目标物体的坐标信息和其他相关数据。6.2激光跟踪仪的测量应用汽车制造激光跟踪仪可用于汽车制造中的零件尺寸测量、装配精度检查等应用。机械加工在机械加工领域，激光跟踪仪可实现复杂曲面的三维测量、工件尺寸检测和加工精度控制。航空航天航空航天领域应用广泛，例如飞机机身尺寸测量、部件装配精度检查等。文物保护在文物保护领域，激光跟踪仪可用于文物尺寸测量、形状重建和文物修复工作。7.测角仪器的校准与维护1仪器常规检查检查仪器外观、清洁、部件齐全2仪器定期校准确保仪器精度符合标准3维护保养定期清洁、润滑、更换易损件定期对测角仪器进行校准和维护至关重要。定期校准可以确保仪器的精度符合标准，并能够满足测量要求。维护保养包括定期清洁、润滑、更换易损件等，可以延长仪器的使用寿命。7.1仪器的常规检查水准仪检查水准管气泡是否居中，水准尺是否完好。经纬仪检查望远镜对中，十字丝是否清晰，调焦机构是否顺畅。全站仪检查三脚架是否牢固，电池电量是否充足，仪器是否正常启动。激光跟踪仪检查激光束是否稳定，跟踪精度是否满足要求。7.2仪器的定期校准定期校准定期校准是确保测角仪器精度的重要步骤，确保测量的准确性。校准标准按照国家标准或行业标准进行校准，并记录校准结果。专业人员由专业人员进行校准，确保校准过程的规范性。校准周期根据仪器的使用频率和环境条件，制定合理的校准周期。案例分析与讨论工程测量案例通过实际工程案例，展示精密