Page 128 - 土木工程的测绘技术与应用研究

Research on Surveying and Mapping Technology and Application in Civil Engineering
土木工程的测绘技术与应用研究

出被测物体表面轮廓高度的差分值，但此方法不能消除扫描装置旋转运动误差的
影响。三点法使用三个位移传感器，能够同时消除扫描装置的平移误差和旋转误
差。但是，各探头之间还存在零点误差，这会使差分输出产生偏移。针对不同的

多探头测量系统，多探头法的重构算法也多种多样，主要包括逐次法、积分法、
频域法、线性方程组法和其他一些方法。

二、工作台定位误差自校正法

随着科学技术的不断发展，在各领域内对定位和运动的精度要求越来越高，
如在半导体光刻、微型机械、精密测量、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵
和纳米技术等领域里，都需要十分精确的定位和非常精细的运动，因此，高性能
的超精密定位工作台成为这些领域的重要技术支持。由于制造工艺等原因，超精

密工作台存在一定误差，这些误差的存在会极大地影响超精密工作台的运动和定
位精度。采用合理的方法分离与补偿误差成为改善运动和定位精度的主要手段。
然而，因为受到目前制造水平和计量水平的限制，制造出传统工作台标定方法所
需要的标准计量工作台难以实现，传统的标定方法无法用于标定超精密工作台。

因此自校正成为改善超精密工作台运动和定位精度的有效手段之一。
（一）二维定位误差自校正法
1. 测量步骤
二维定位误差自校正法的测量对象、所需的工具、测量值、待求量和测量步

骤说明如下，欲对二维工作台进行自校正必须使用一个二维栅格板，此栅格板的
大小决定可对工作台进行精度校正的范围。并且，此栅格板须为正方形刚体，各
栅格点间的标称距离已知并且相等。显然，作为辅助工具的二维栅格板必定存在
栅格点间的误差，并且它的栅格误差是未知的。通过图论理论证明，当使用本身

精度也未知的二维栅格板去校正二维工作台的定位误差时，至少需要在三个基本
位姿下进行三次重复测量。首先将二维栅格板放置在二维工作台的欲校正位置上，
测量得到每个栅格点的圆心坐标作为测量值；其次，将二维栅格板顺时针（或者
逆时针）旋转 90°后，再测量得到每个栅格点的圆心坐标作为第 2 组测量值；

最后，将二维栅格板向右平移一个栅格点间距（或者向左、上、下都可），再一
次测量得到每个栅格点的圆心坐标作为第 3 组测量值。在第 3 个位姿上，由于二
维栅格板的最右一列栅格点已不在二维工作台的校正范围内，故最后一列不参与

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