劉 柯 張容卓 繆寅宵 朱 浩 宋金城 郭力振 郭天茂

(北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京 100076)

1 引 言

調(diào)頻激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)屬于儀器科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域，是一種高端幾何量精密測(cè)量技術(shù)，能夠解決大型復(fù)雜零部件幾何參數(shù)測(cè)量精度低、測(cè)量速度慢的問題。以往對(duì)大型零部件幾何參數(shù)的測(cè)量主要依靠激光跟蹤儀、攝影測(cè)量以及大型三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。激光跟蹤儀工作時(shí)需要將反射靶球作為合作目標(biāo)放置在被測(cè)零件表面，在一些操作者無法放置反射靶球的場(chǎng)合不能工作；攝影測(cè)量技術(shù)需要在被測(cè)工件表面粘貼反光標(biāo)志點(diǎn)，并且其測(cè)量范圍和測(cè)量精度相互制約，為了對(duì)大型零部件測(cè)量時(shí)獲得較高的精度，需要在多站位多次測(cè)量，效率較低，且無法應(yīng)用于測(cè)量人員和設(shè)備無法靠近的場(chǎng)合；大型三坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)雖然精度高，但只能進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)量，測(cè)量效率低，并且無法獲得零部件三維形貌信息。相比之下，調(diào)頻激光三維形貌測(cè)量技術(shù)具有測(cè)量范圍大、精度高、非接觸、非合作目標(biāo)、掃描速度快、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，在解決火箭燃料儲(chǔ)箱加工誤差分析、大型飛機(jī)裝配精度評(píng)價(jià)、船舶潛艇螺旋槳制造精度評(píng)估、風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片制造誤差測(cè)量等超大尺寸表面三維形貌快速精密測(cè)量、大型設(shè)備整機(jī)裝配測(cè)量、人工無法到達(dá)的特殊現(xiàn)場(chǎng)條件下幾何參數(shù)測(cè)量等問題時(shí)有顯著優(yōu)勢(shì)，具有其它儀器不可替代的作用。

2 調(diào)頻激光雷達(dá)工作原理及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 調(diào)頻激光雷達(dá)工作原理

調(diào)頻激光雷達(dá)自身建立球坐標(biāo)系，通過掃描的方式對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，如圖1所示。坐標(biāo)系原點(diǎn)位于方位、俯仰掃描軸的交點(diǎn)。測(cè)量時(shí)，目標(biāo)與原點(diǎn)之間的距離

R

由激光測(cè)量得到，角度坐標(biāo)由測(cè)距光束的方位角(

α

)和俯仰角(

β

)來表示。通過二維掃描即可獲得被測(cè)目標(biāo)表面各點(diǎn)的空間球坐標(biāo)。利用球坐標(biāo)與直角坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，就可以在直角坐標(biāo)系下得到被測(cè)目標(biāo)個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)。距離測(cè)量采用調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光測(cè)距技術(shù)，有效提高了距離測(cè)量精度。

圖1 激光雷達(dá)測(cè)量坐標(biāo)系示意圖

激光雷達(dá)測(cè)量得到目標(biāo)的球坐標(biāo)(

R

,

α

,

β

)，將球坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到直角坐標(biāo)系即可得出目標(biāo)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值(

x

,

y

,

z

)：

x

=

R

sin(

β

)cos(

α

)

y

=

R

sin(

β

)sin(

α

)

z

=

R

cos(

β

)

(1)

為了方便測(cè)量，激光雷達(dá)掃描儀中通常配有兩種激光。一種用作指示當(dāng)前掃描的位置，通常為可見光；一種為測(cè)量激光。常用的測(cè)量激光通常選用1550nm波長(zhǎng)的激光。該波長(zhǎng)的激光已經(jīng)廣泛應(yīng)用于激光通信領(lǐng)域，相關(guān)技術(shù)、器件成熟，對(duì)人眼安全，而且在空氣中衰減較小。測(cè)量光和指示激光通過調(diào)焦光學(xué)系統(tǒng)耦合后出射。對(duì)于不同距離的被測(cè)目標(biāo)，通過調(diào)焦使測(cè)量光在目標(biāo)表面匯聚，提高信噪比。精密伺服三維掃描系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)掃描反射鏡，改變測(cè)量激光的出射方向，通過掃描對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示。

圖2 激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)

2.2 調(diào)頻激光測(cè)距工作原理

調(diào)頻激光測(cè)距原理如圖3所示?？烧{(diào)諧激光器在調(diào)制信號(hào)的控制下，發(fā)出頻率連續(xù)變化的測(cè)量光。發(fā)出的測(cè)量激光被分為兩部分，一部分作為參考光，另一部分通過光學(xué)系統(tǒng)出射至被測(cè)物體。

圖3 調(diào)頻激光測(cè)距原理示意圖

激光器經(jīng)過調(diào)制后，其輸出光頻率與時(shí)間的關(guān)系為：

f

(

t

)=

f

+(

B/T

)

t

(2)

式中：

f

—激光的中心頻率，Hz；

B

——調(diào)制帶寬，

T

——調(diào)制周期，s，

t

——時(shí)間,s。激光器在

t

時(shí)刻發(fā)出的光頻率為

f

，經(jīng)過時(shí)間

τ

后從目標(biāo)返回，在這一時(shí)刻，激光器發(fā)出的光頻率為

f

，即參考光的頻率為

f

。測(cè)量光與參考光之間存在頻率差，疊加干涉后得到拍頻信號(hào)IF。發(fā)出的測(cè)量光頻率和返回后的頻率與時(shí)間的關(guān)系如圖4所示。

圖4 線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)拍頻原理

從圖中可以看出，測(cè)量距離與拍頻信號(hào)IF的頻率之間為一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，其大小為：

(3)

式中：τ——激光飛行時(shí)間,s。因此目標(biāo)與測(cè)量系統(tǒng)之間的距離R可以表示為：

(4)

式中：c——光速,m/s，

f

——精確測(cè)量拍頻信號(hào)的頻率,Hz。

2.3 調(diào)頻激光雷達(dá)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1

連續(xù)波線性調(diào)頻激光器設(shè)計(jì)技術(shù)線性連續(xù)調(diào)頻激光器作為線性調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)的發(fā)射源，其性能直接影響距離測(cè)量的精度。根據(jù)線性調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)的測(cè)量原理，其調(diào)諧范圍

W

與測(cè)量固有誤差Δ

R

成反比，如式(5)所示。

ΔR

=c

η/

2

W

(5)

式中：

η

——信號(hào)細(xì)分?jǐn)?shù),

W

——調(diào)諧范圍，可見調(diào)諧激光器的調(diào)諧范圍是線性調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)絕對(duì)距離測(cè)量精度的關(guān)鍵性指標(biāo)。波長(zhǎng)可調(diào)諧半導(dǎo)體激光器按結(jié)構(gòu)劃分主要有外腔半導(dǎo)體激光器，多電極半導(dǎo)體激光器，垂直腔面發(fā)射激光器等。外腔半導(dǎo)體激光器具有很窄的激光線寬，較高的輸出功率，較寬的調(diào)諧范圍，并且具有很寬的連續(xù)無跳模范圍，因此可以作為線性調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)的激光光源。

2.3.2

高靈敏光電探測(cè)元件及接收電路設(shè)計(jì)技術(shù)

為實(shí)現(xiàn)對(duì)非合作目標(biāo)的精確測(cè)量，需要設(shè)計(jì)高放大倍數(shù)、低噪聲的接收電路。一般接收普遍使用APD作為感光探測(cè)器，APD體積較小，內(nèi)部雪崩使得光電流增益大幅提高，暗噪聲較小，可以提高探測(cè)信噪比，使得作用距離大幅提升。經(jīng)調(diào)研，國(guó)外星載激光探測(cè)系統(tǒng)使用的APD探測(cè)靈敏度為國(guó)內(nèi)能夠購(gòu)買到型號(hào)的5倍左右，而且通過先進(jìn)的微電子技術(shù)，在敏感元件內(nèi)部集成了局部主動(dòng)溫控系統(tǒng)，具有極佳的光電探測(cè)性能和環(huán)境適應(yīng)性，為后續(xù)的電路設(shè)計(jì)降低了難度，在噪聲水平控制技術(shù)上優(yōu)于國(guó)內(nèi)，或者說在同樣的激光能量水平上可以實(shí)現(xiàn)幾倍的探測(cè)距離。因此，在關(guān)鍵的核心元器件來源及接收電路的設(shè)計(jì)上，需要進(jìn)一步的發(fā)展。

2.3.3

調(diào)頻信號(hào)的非線性校正技術(shù)

調(diào)頻激光測(cè)距系統(tǒng)要求激光器輸出的頻率與時(shí)間成線性變化，而且線性度越好，測(cè)量精度越高。由于實(shí)際激光輸出頻率與調(diào)制信號(hào)存在非線性，調(diào)頻信號(hào)的非線性測(cè)量校正技術(shù)是決定線性調(diào)頻連續(xù)波激光測(cè)距系統(tǒng)能否實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量的一個(gè)非常重要的關(guān)鍵技術(shù)。目前主要的非線性測(cè)量校正方法有通過光譜儀測(cè)量校正方法、光路采樣測(cè)量校正方法、信號(hào)處理擬合測(cè)量校正方法。其中光譜儀測(cè)量校正方法可稱為硬件檢測(cè)校正法，可直接對(duì)激光器輸出波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，后兩種都是通過光路中的拍頻信號(hào)來反算激光輸出頻率，屬于間接測(cè)量測(cè)量方式，其測(cè)量與校正方法的校正能力有限。如何通過非線性測(cè)量校正實(shí)時(shí)補(bǔ)償調(diào)頻信號(hào)，提升拍頻信號(hào)解調(diào)有效分辨率，是調(diào)頻激光雷達(dá)研究中的核心關(guān)鍵技術(shù)。

3 調(diào)頻激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 調(diào)頻激光雷達(dá)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前用于大尺寸構(gòu)件自動(dòng)化測(cè)量的激光雷達(dá)的生產(chǎn)廠家主要是美國(guó)的Metris公司(現(xiàn)已被日本Nikon收購(gòu))，其生產(chǎn)的激光雷達(dá)系列產(chǎn)品有MV224、MV260、MV330、MV350等，其中典型的MV260激光雷達(dá)的性能參數(shù)如表1。

表1 MV260激光雷達(dá)性能參數(shù)

在國(guó)家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(xiàng)的支持下，北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所開展了高精度調(diào)頻激光雷達(dá)研究，針對(duì)航天、航空、核電、高鐵、船舶等領(lǐng)域大型結(jié)構(gòu)件形狀位置公差測(cè)量需求，攻克了大范圍窄線寬線性調(diào)頻激光產(chǎn)生、線性調(diào)頻激光測(cè)量信號(hào)高精度解調(diào)及線性連續(xù)調(diào)頻激光器非線性實(shí)時(shí)校正等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)的高精度激光雷達(dá)掃描儀成功應(yīng)用于新一代大型運(yùn)載火箭等國(guó)家重大型號(hào)中，解決了發(fā)射平臺(tái)箭體對(duì)稱度測(cè)量等多項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量難題。

研制的調(diào)頻激光雷達(dá)測(cè)距范圍(1～50)m，水平測(cè)角范圍±180°，垂直測(cè)角范圍±45°，距離測(cè)量精度在2m處可達(dá)0.02mm，50m處可達(dá)0.3mm，水平角和垂直角測(cè)量不確定度

U

=1″，測(cè)量速度1000點(diǎn)/s。經(jīng)第三方異地測(cè)試表明，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類產(chǎn)品技術(shù)水平，儀器外觀如圖5所示。

圖5 國(guó)產(chǎn)調(diào)頻激光雷達(dá)樣機(jī)

3.2 調(diào)頻式激光雷達(dá)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

由于目前市場(chǎng)上調(diào)頻激光雷達(dá)產(chǎn)品只有日本Nikon一家，造成儀器價(jià)格昂貴(單臺(tái)價(jià)格在500萬以上)，也使得調(diào)頻激光雷達(dá)作為一種高端儀器，在世界各國(guó)總量并不多，其應(yīng)用主要集中在航空航天等重點(diǎn)科技領(lǐng)域，其典型應(yīng)用如下。

3.2.1 激光雷達(dá)在大尺寸零部組件空間幾何參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用

俄羅斯航天局采用Metris調(diào)頻激光雷達(dá)MV224作為測(cè)量手段，目前擁有的激光雷達(dá)數(shù)量為11臺(tái)。在航天大型件的幾何參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用主要有天線展開金屬面的測(cè)量，在金屬表面選擇100000個(gè)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量；以及天線的水平角和俯仰角等幾何量的測(cè)量。其工作效率高于經(jīng)緯儀系統(tǒng)、激光跟蹤儀以及攝影測(cè)量系統(tǒng)。圖6為實(shí)際天線表面形變的檢測(cè)實(shí)例，檢測(cè)結(jié)果如圖所示。在室外環(huán)境10攝氏度的條件下在半徑為500mm的天線表面布置10000個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，所用到的工具球(轉(zhuǎn)站)為8個(gè)測(cè)量模式。測(cè)量得到較高的精度，均方誤差為0.83mm。每一片段的變形量測(cè)量誤差為0.78mm。

圖6 天線表面形變測(cè)量

美國(guó)洛克希德—馬丁公司將激光雷達(dá)用于航天飛機(jī)外儲(chǔ)箱的測(cè)量Shuttle External Tank(ET)，被測(cè)外儲(chǔ)箱的長(zhǎng)度為47m，直徑為8.5m。采用MV226激光雷達(dá)測(cè)量外貯箱表面變形，如圖8所示。

圖7 外儲(chǔ)箱表面點(diǎn)云以及測(cè)量結(jié)果

在航空大尺寸零件測(cè)量領(lǐng)域，激光雷達(dá)也得到了廣泛的應(yīng)用。歐洲空客公司使用激光雷達(dá)對(duì)A380反推系統(tǒng)的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。使用單個(gè)激光雷達(dá)對(duì)A380反推系統(tǒng)的蒙皮表面進(jìn)行型面檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)間為60min。檢測(cè)時(shí)將反推系統(tǒng)安裝在具有多自由度的升降車上，使用升降車完成多角度反推系統(tǒng)的檢測(cè)，如圖8所示。

圖8 激光雷達(dá)反推系統(tǒng)檢測(cè)

Spirit Aerosystems公司應(yīng)用MV260激光雷達(dá)系統(tǒng)檢測(cè)機(jī)頭蒙皮外形，如圖9所示，目標(biāo)是利用激光雷達(dá)的自動(dòng)測(cè)量功能檢測(cè)蒙皮上的1200個(gè)表面點(diǎn)(Defined From CAD)，從而縮減流水線的檢測(cè)時(shí)間。在檢測(cè)時(shí)將MV260固定在某個(gè)位置，將機(jī)頭放置在一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的型架上。通過旋轉(zhuǎn)型架使得蒙皮得到全部測(cè)量。測(cè)量結(jié)果表明使用激光雷達(dá)設(shè)備和SA軟件使得整個(gè)流水線的檢測(cè)時(shí)間縮減70%，測(cè)量精度遠(yuǎn)好于原有的測(cè)量工藝，大大減少了人工成本，從原有4人減少到1人。

圖9 機(jī)頭蒙皮外形雷達(dá)測(cè)量和多角度蒙皮測(cè)量結(jié)果

美國(guó)波音公司利用激光雷達(dá)進(jìn)行787機(jī)翼蒙皮切割測(cè)量。圖10為787機(jī)翼蒙皮生產(chǎn)在線3D測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)，通過將兩臺(tái)激光雷達(dá)放置在水切割龍門架上以便邊切割邊測(cè)量，從而在檢測(cè)時(shí)形成自動(dòng)化閉環(huán)系統(tǒng)。

圖10 蒙皮制造過程中的檢測(cè)

波音公司利用激光雷達(dá)進(jìn)行787機(jī)翼蒙皮切割測(cè)量時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置公共點(diǎn)的數(shù)量和位置，以便使得多臺(tái)設(shè)備和多個(gè)位置測(cè)量結(jié)果保證在同一坐標(biāo)系中合并運(yùn)算。為減少測(cè)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一過程中的誤差，設(shè)置了20個(gè)公共點(diǎn)。使用invar bar(不漲鋼柱)支撐公共點(diǎn)，使用SA(SpatialAnalyzer)軟件中的USMN功能，此功能可幫助操作者將所有測(cè)量點(diǎn)統(tǒng)一在同一個(gè)坐標(biāo)系中。使用激光雷達(dá)有如下優(yōu)點(diǎn)：

(1)激光雷達(dá)的使用使得787機(jī)翼蒙皮的切割實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化測(cè)量，并且此系統(tǒng)工作穩(wěn)定；

(2)激光雷達(dá)系統(tǒng)測(cè)量三維數(shù)據(jù)與龍門架控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)自動(dòng)交換，形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)；

(3)此項(xiàng)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)一些大型復(fù)雜部件的三維自動(dòng)化測(cè)量提供一種完美的解決方案。

空客公司使用激光雷達(dá)對(duì)空客A380機(jī)翼進(jìn)行檢測(cè)，與波音787類似，空客A380的機(jī)翼也是采用復(fù)合材料制成。在檢測(cè)時(shí)使用由1臺(tái)MV260激光雷達(dá)組成的系統(tǒng)檢測(cè)A380機(jī)翼的定位孔和曲面結(jié)構(gòu)。從傳統(tǒng)的激光跟蹤儀檢測(cè)工藝轉(zhuǎn)變成激光雷達(dá)工藝為空客公司節(jié)省70%的時(shí)間，大大縮短了檢查時(shí)間。

另外，空客公司還使用激光雷達(dá)作為最終測(cè)量手段來檢測(cè)機(jī)身段上的連接點(diǎn)和機(jī)身內(nèi)部的多個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。在進(jìn)行這項(xiàng)測(cè)量之前，曾嘗試使用攝影測(cè)量的方法，在完成相同的測(cè)量任務(wù)下，攝影測(cè)量消耗20個(gè)小時(shí)，并投入了2個(gè)操作人員，而激光雷達(dá)花費(fèi)不到1個(gè)小時(shí)的時(shí)間，操作人員為1人。因此空客公司毅然決然地采用激光雷達(dá)作為A380機(jī)身段的檢測(cè)手段，如圖11和圖12所示。

圖11 激光雷達(dá)檢測(cè)

圖12 攝影測(cè)量檢測(cè)

3.2.2

激光雷達(dá)在數(shù)字化裝配定位測(cè)量中的應(yīng)用

在美俄等航天航空發(fā)達(dá)國(guó)家，基于調(diào)頻激光雷達(dá)的測(cè)量技術(shù)已發(fā)展多年，在航天航空領(lǐng)域總裝測(cè)量中已得到良好的應(yīng)用。

2008年美國(guó)航天局將Metris MV260激光雷達(dá)用于固體火箭助推器與火箭的對(duì)準(zhǔn)裝配以及固體火箭助推器與航天飛機(jī)的對(duì)準(zhǔn)裝配，提高了裝配精度和裝配效率，應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)如圖13所示。

圖13 用于裝配的激光雷達(dá)

我國(guó)也引進(jìn)了一些調(diào)頻激光雷達(dá)設(shè)備，典型的有北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所、西安飛機(jī)制造廠、哈爾濱飛機(jī)制造廠、中國(guó)衛(wèi)星制造總廠等。其中北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所為國(guó)內(nèi)最早研究應(yīng)用調(diào)頻式激光雷達(dá)的單位，研制了多測(cè)量系統(tǒng)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化靶標(biāo)，并將其應(yīng)用在衛(wèi)星產(chǎn)品的裝配、網(wǎng)狀天線裝配面型、位置公差測(cè)量中，取得了一系列應(yīng)用成果。此外北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所等采用美國(guó)Metris公司的MV330型激光雷達(dá)首先利用多個(gè)已知位置的靶球建立衛(wèi)星測(cè)量基準(zhǔn)坐標(biāo)系；之后利用高精度平面鏡的隱藏點(diǎn)掃描測(cè)量功能獲取發(fā)動(dòng)機(jī)的內(nèi)部輪廓點(diǎn)云圖；最后利用Spatial Analyzer專業(yè)測(cè)量軟件計(jì)算出發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的關(guān)鍵幾何中心軸線方向。

激光雷達(dá)在航空領(lǐng)域裝配檢測(cè)中應(yīng)用最好的是空客公司。德國(guó)漢堡在空客A380機(jī)身對(duì)接中使用激光雷達(dá)MV260精確測(cè)量對(duì)接的鏈接位置，并使用了Brunson公司的可升降支架，SA軟件的測(cè)量結(jié)果顯示了墊片的實(shí)際位置以及偏差，如圖14、15所示。

圖14 激光雷達(dá)機(jī)身段對(duì)接

圖15 SA軟件的測(cè)量結(jié)果

3.2.3 國(guó)產(chǎn)調(diào)頻激光雷達(dá)在大型運(yùn)載火箭垂直裝配現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中的應(yīng)用

北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所使用研制的調(diào)頻式激光雷達(dá)完成新一代大型運(yùn)載火箭首飛前現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試任務(wù)。在我國(guó)新一代運(yùn)載火箭研制過程中，按照新“三垂”方案進(jìn)行總裝、測(cè)量和轉(zhuǎn)運(yùn)，其中“垂直測(cè)量”環(huán)節(jié)，通過使用高精度激光雷達(dá)掃描儀對(duì)箭體輪廓進(jìn)行快速高密度點(diǎn)云掃描測(cè)量，并通過數(shù)據(jù)擬合、與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行比對(duì)分析，從而完成助推級(jí)與芯級(jí)對(duì)稱度、支撐臂支點(diǎn)水平度及在發(fā)射坐標(biāo)系中的精確定位等測(cè)量分析任務(wù)，為航天重大型號(hào)首飛成功解決了現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量測(cè)試難題。測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)及掃描點(diǎn)云輪廓如圖16所示。

圖16 國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)應(yīng)用于大型運(yùn)載火箭垂直裝配現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

4 調(diào)頻激光雷達(dá)研究發(fā)展趨勢(shì)

作為一項(xiàng)新技術(shù)，調(diào)頻激光雷達(dá)研究應(yīng)用中也還存在很多問題，比如軟件對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理速度較慢，大型零件需要多次轉(zhuǎn)站測(cè)量，對(duì)作業(yè)人員要求較高，設(shè)備體積大使用不便等。在今后的研究和發(fā)展在以下三個(gè)方面：

(1)進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)硬件，提高激光雷達(dá)掃描儀的測(cè)量速度、精度以及系統(tǒng)可靠性；完善軟件功能，提高點(diǎn)云處理速度和精度，拓展應(yīng)用領(lǐng)域；

(2)設(shè)計(jì)軟件接口，與其他測(cè)量系統(tǒng)如慣組、GPS、自主移動(dòng)平臺(tái)等深度融合，擴(kuò)展設(shè)備功能，實(shí)現(xiàn)掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)的自動(dòng)拼接，提高工作效率。

(3)儀器的小型化、接口化網(wǎng)絡(luò)化，使其更容易與工業(yè)機(jī)器人、無人機(jī)整合，使其能夠在先進(jìn)制造、復(fù)雜環(huán)境智能測(cè)量等領(lǐng)域發(fā)揮更大功效。

5 結(jié)束語

隨著國(guó)家“中國(guó)制造2025”計(jì)劃的推進(jìn)實(shí)施，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先的理念深化融入各行各業(yè)，工業(yè)4.0、智慧工廠也不斷建設(shè)發(fā)展，目前代表非合作目標(biāo)大尺寸測(cè)量最高水平的調(diào)頻激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)，以其精度高、效率高、功能強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及國(guó)產(chǎn)化激光雷達(dá)成熟后的成本、服務(wù)優(yōu)勢(shì)，將在航空航天等先進(jìn)制造領(lǐng)域得到更加廣泛的普及應(yīng)用；高端制造行業(yè)的應(yīng)用需求也將促進(jìn)國(guó)內(nèi)外調(diào)頻激光雷達(dá)研究向著小型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的趨勢(shì)發(fā)展，與先進(jìn)制造、智能制造的發(fā)展結(jié)合更加緊密。