激光跟蹤儀簡介

激光跟蹤儀是工業(yè)測量系統(tǒng)中一種高精度的大尺寸測量儀器。它集合了激光干涉測距技術、光電探測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現(xiàn)代數(shù)值計算理論等各種先進技術，對空間運動目標進行跟蹤并實時測量目標的空間三維坐標。

激光跟蹤儀具有高精度、高效率、實時跟蹤測量、安裝快捷、操作簡便等特點，適合于大尺寸工件配裝測量。其基本都是由激光跟蹤頭（跟蹤儀）、控制器、用戶計算機、反射器（靶鏡）及測量附件等組成。

工作基本原理是在目標點上安置一個反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當目標移動時，跟蹤頭調(diào)整光束方向來對準目標。同時，返回光束為檢測系統(tǒng)所接收，用來測算目標的空間位置。簡單的說，激光跟蹤測量系統(tǒng)的所要解決的問題是靜態(tài)或動態(tài)地跟蹤一個在空間中運動的點，同時確定目標點的空間坐標。

在直角坐標系、圓柱坐標系及球坐標系中唯有球坐標系是只要求長度量的，其他兩個角度量完全可以用現(xiàn)代精密的角度編碼器完成。現(xiàn)在的三大技術，即：精度的角度編碼器、續(xù)光再續(xù)和激光催生了激光跟蹤儀。

激光跟蹤儀使隱蔽處測量成為可能，尤其是對方向姿態(tài)的測量大大擴展了激光跟蹤儀的應用，例如可以用于機器人姿態(tài)的動態(tài)測量。

GTS激光跟蹤儀與空間姿態(tài)探頭配合組成六自由度激光跟蹤儀，能夠根據(jù)合作目標的精確空間姿態(tài)對被測工件的內(nèi)部特征、隱藏特征或曲面等復雜特征進行快速、高精度的測量。在汽車、航空航天和通用制造領域工裝設置、檢測和機床控制與校準應用中得到普遍應用。

激光跟蹤儀的工作原理

激光跟蹤儀的工作原理主要是通過在目標點上安置反射器，跟蹤頭發(fā)出激光射到反射器后返回，當目標移動時，跟蹤頭調(diào)整光束方向?qū)誓繕耍瑫r檢測系統(tǒng)接收返回光束測算目標空間位置。

具體來說，激光跟蹤儀是基于球坐標系的便攜式坐標測量系統(tǒng)，集合了精密機械技術、計算機及控制技術、激光干涉測距技術、光電探測技術、現(xiàn)代數(shù)值計算理論等各種先進技術。在目標點上安置一個反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭。當目標移動時，跟蹤頭會調(diào)整光束方向來對準目標。同時，返回光束為檢測系統(tǒng)所接收，用來測算目標的空間位置。簡單地說，激光跟蹤測量系統(tǒng)所要解決的問題是靜態(tài)或動態(tài)地跟蹤一個在空間中運動的點，同時確定目標點的空間坐標。

激光跟蹤儀可以測量目標點距離和水平、垂直方向偏轉(zhuǎn)角。其基本原理是在目標位置上安置一個反射器，激光跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上并返射回到跟蹤頭，當目標移動時，跟蹤頭調(diào)整光束方向來對準目標。同時，返回光束為檢測系統(tǒng)所接收，用來測算目標的空間位置。總之，激光跟蹤儀是通過測量一個在目標點上放置的反射器的位置，進而確定目標點的空間坐標。

激光跟蹤儀能直接測量出空間點的三維坐標，這些三維坐標是在激光跟蹤儀的儀器坐標系下得到的。該坐標系定義為：以跟蹤頭中心為原點，以度盤上的 0讀數(shù)方向為X軸，以度盤平面的法線向上方向為Z軸，以右手坐標系規(guī)則確定Y軸，如此建立起儀器坐標系。

當反射器離開基準位置（基準位置距儀器中心的距離已知），并在空間移動時，激光跟蹤儀會自動跟蹤反射器，同時記錄干涉測距值 D及垂直度盤和水平度盤上的角度值 α、β，用這3個觀測值，依據(jù)公式就可得到點的空間三維直角坐標(x, y, z)。

因為激光發(fā)散性很小，測距精度高，所以早幾十年前人們就開始用激光干涉儀來測量距離。但激光干涉儀在使用時要找好準直，不能斷光再續(xù)等缺點限制了它在空間坐標測量中的應用。所以激光跟蹤儀應運而生，它無需使用反射球，即可確認三維空間中點的位置，而其精度更可達到計量等級。飛機、輪船、火箭、衛(wèi)星、導彈、雷達、動車、汽車、工業(yè)機器人、風電葉片、水輪機 /汽輪機、球磨機、盾構(gòu)機等等都需要這個空間三維大尺寸測量利器。

跟蹤站可以檢測目標鏡在空間的運動方向和大小并將這一信息發(fā)送給控制主機，在控制主機的控制下跟蹤站作出響應，使激光束始終沿著目標鏡的中心入射。無論目標鏡走到哪里，系統(tǒng)都能對其進行跟蹤。水平和垂直向的角度測量與距離測量結(jié)合在一起，構(gòu)成一個球坐標的測量體系，目標鏡的 3D坐標便確定，也即通過目標鏡完成空間幾何元素測點信息的獲取，并通過先進的三維數(shù)據(jù)處理軟件和三維測量軟件完成對空間幾何元素尺寸、尺寸公差與形位公差、空間曲面與曲線的分析計算工作。

激光跟蹤儀的特點

1、高精度，可達到微米級別甚至更高。

激光跟蹤儀采用激光干涉測距技術、精密的角度編碼器等先進技術，測量精度極高，可以達到微米級別甚至更高，能夠滿足各種高精度測量和定位需求。例如，一些激光跟蹤儀的干涉儀分辨率可達到 0.001微米，標準球穩(wěn)定度為 ±0.1微米，測量不確定度為0.2微米+ 0.3微米/米。

2、高效率，測量速度快，能快速處理分析大量數(shù)據(jù)。

激光跟蹤儀的測量速度非常快，可以在短時間內(nèi)對大量數(shù)據(jù)進行處理和分析，顯著提高生產(chǎn)效率和檢測速度。例如，其數(shù)據(jù)輸出速度可達 1000點/秒，能夠快速完成對大尺寸工件的測量。

3、實時跟蹤測量，及時反饋目標動態(tài)變化信息。

激光跟蹤儀可以對運動目標進行實時跟蹤和測量，能夠及時反饋目標的動態(tài)變化信息。在生產(chǎn)過程中，如焊接過程中，可對焊接部件的變形情況進行實時監(jiān)測，以便及時調(diào)整焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量。

4、安裝快捷，調(diào)試過程簡單。

激光跟蹤儀的安裝和調(diào)試過程相對簡單快捷，不需要復雜的安裝設備和長時間的調(diào)試過程，能夠快速投入使用，節(jié)省了時間和成本。例如，其整機重量小于 11千克，可輕松置入隨身便攜箱，攜帶方便，且以任何姿態(tài)安裝至所需位置。

5、操作簡便，友好操作界面和易懂流程。

激光跟蹤儀通常配備友好的操作界面和簡單易懂的操作流程，操作人員經(jīng)過簡單的培訓即可上手操作，降低了對操作人員的專業(yè)技能要求。

激光跟蹤儀可應用于制造、航空、汽車、建筑、科學研究等多個領域，為不同行業(yè)的生產(chǎn)制造和質(zhì)量控制提供高精度的測量和定位支持。在汽車制造中可進行車型的在線測量；在航空航天領域可測量飛機零部件及裝配精度；在機床行業(yè)中可檢測機床的平面度、直線度、圓柱度等。

6、具有多種先進功能，如便攜、無線數(shù)據(jù)傳輸、電池自動鎖定等。

激光跟蹤儀具有便攜、無線數(shù)據(jù)傳輸、自動鎖定等多種先進功能。

激光跟蹤儀的用途

1、輔助制造和測量工裝夾具、檢定大型組裝件和零件。

激光跟蹤儀可用于輔助制造和測量工裝夾具，確保夾具的精度符合生產(chǎn)要求。在檢定大型組裝件和零件時，能夠快速準確地測量其尺寸和形狀，為產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。

2、標定機器人、測量機床以及坐標測量機的誤差分布。

激光跟蹤儀能夠精確標定機器人的動作，測量機床以及坐標測量機的誤差分布，為提高生產(chǎn)精度提供依據(jù)。如GTS激光跟蹤儀測量機床的定位精度和重復定位精度，將激光跟蹤儀放在機床的一頭與導軌運動方向保持一致，利用跟蹤儀中自帶的激光干涉儀系統(tǒng)進行測量，配合專門軟件，循環(huán)踩點對機床的定位精度和重復定位精度進行評估，用時短，測量精度高。

測量結(jié)構(gòu)尺寸和零件加載后的變形、零件找準、掃描大型零件表面。

3、在測量結(jié)構(gòu)尺寸方面，激光跟蹤儀能夠快速準確地獲取物體的三維尺寸信息。當零件加載后發(fā)生變形時，激光跟蹤儀可以實時監(jiān)測變形情況，為分析材料性能和結(jié)構(gòu)強度提供數(shù)據(jù)支持。在零件找準過程中，激光跟蹤儀能夠精確確定零件的位置，提高裝配精度。同時，激光跟蹤儀還可以掃描大型零件表面，獲取表面的形狀和輪廓信息，為后續(xù)的加工和質(zhì)量檢測提供依據(jù)。

4、在航空航天領域?qū)︼w機零部件及裝配精度測量。

在航空航天領域，激光跟蹤儀對飛機零部件及裝配精度的測量起著至關重要的作用。激光跟蹤儀能夠高精度、高效率地測量飛機零部件的尺寸和形狀，確保裝配精度符合要求。通過激光跟蹤儀的測量，可以及時發(fā)現(xiàn)和糾正裝配過程中的問題，提高飛機的安全性和可靠性。

機床行業(yè)中對機床平面度、直線度等測量。

5、在機床行業(yè)中，激光跟蹤儀可以對機床的平面度、直線度、圓柱度等進行精確測量。例如激光跟蹤儀作為一種先進的測量工具，在提升大型龍門機床裝調(diào)精度及效率方面具有顯著優(yōu)勢。通過激光跟蹤儀的引入，制造企業(yè)可以有效提高裝調(diào)精度，縮短裝調(diào)時間，提升整體生產(chǎn)效率。同時，激光跟蹤儀還可以替代激光干涉儀進行線性定位精度和角度定位精度的測量，以及速度、加速度等動態(tài)測量分析。

6、汽車制造中對車型在線測量。

在汽車制造中，激光跟蹤儀可進行車型的在線測量。如激光跟蹤儀代替關節(jié)臂等其他現(xiàn)場測量設備，用于生產(chǎn)現(xiàn)場工裝檢測以及白車身和沖壓件測量。激光跟蹤儀可以在生產(chǎn)線上方便地安裝，為汽車制造提供高精度的測量支持。

7、廣泛應用于造船、軌道交通、核電等制造領域。

在造船領域，激光跟蹤儀可以測量船舶外形尺寸、關鍵部件安裝位置等，確保船舶的制造精度和質(zhì)量。在軌道交通領域，激光跟蹤儀可以用于測量軌道的直線度、平整度等，保證列車的運行安全和舒適性。在核電領域，激光跟蹤儀可以測量核反應堆的關鍵部件尺寸和安裝精度，確保核電站的安全運行。例如中圖儀器 GTS激光跟蹤測量系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展出三自由度激光跟蹤儀和六自由度激光跟蹤儀家族系列，可以廣泛應用到造船、軌道交通、核電等先進制造各個領域。

激光跟蹤儀的技術規(guī)格

以 GTS3000系列和GTS6000系列為例，其空間精度達到15μm+6μm/m，干涉測距精度為0.5μm/m。這種高精度的技術指標確保了在各種應用中的可靠性和精確度。

其中，GTS6000激光跟蹤儀與空間姿態(tài)探頭配合組成六自由度激光跟蹤儀，能夠根據(jù)合作目標的精確空間姿態(tài)對被測工件的內(nèi)部特征、隱藏特征或曲面等復雜特征進行快速、高精度的測量。

激光跟蹤儀的技術規(guī)格使其在眾多領域中發(fā)揮著重要作用。例如在航空航天領域，能夠高精度地測量飛機零部件及裝配精度；在機床行業(yè)，可準確檢測機床的平面度、直線度、圓柱度等；在汽車制造中，能進行車型的在線測量。同時，在造船、軌道交通、核電等先進制造領域，也能為大型工件和科學裝置的測量提供有力支持。

激光跟蹤儀的技術規(guī)格還體現(xiàn)在其多功能性上。它集成了激光干涉測距技術、光電檢測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現(xiàn)代數(shù)值計算理論等先進技術。如集成化控制主機設計，具有強大的 CPU處理能力和緊湊型設計，簡化了設備安裝和攜帶；目標球自動鎖定技術提高了測量效率，減少了人為操作的需求；HiADM測距技術結(jié)合了激光絕對測距和激光干涉測距，保證了測量精度；一體化氣象站自動監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，實時補償環(huán)境對測量精度的影響；MultiComm通信支持多種數(shù)據(jù)通信方式，適應不同的現(xiàn)場使用需求。

總之，GTS3000系列和GTS6000系列激光跟蹤儀的技術規(guī)格使其成為現(xiàn)代工業(yè)精密測量的重要工具，為各行業(yè)的生產(chǎn)制造和質(zhì)量控制提供了堅實的保障。

激光跟蹤儀的未來發(fā)展

1、以其高精度和多功能性，成為現(xiàn)代工業(yè)精密測量的基石，未來將在工業(yè)發(fā)展中扮演更加重要的角色。

2、隨著工業(yè)制造領域?qū)群托实囊蟛粩嗵岣撸す飧檭x的市場需求持續(xù)增長。

3、技術創(chuàng)新方面，未來激光跟蹤儀將不斷提升精度和穩(wěn)定性。例如，結(jié)合激光絕對測距和激光干涉測距的融合技術，將進一步提高測量精度，并實現(xiàn)擋光恢復功能。同時，與空間姿態(tài)探頭的配合將更加緊密，能夠更快速、高精度地測量被測工件的內(nèi)部特征和隱藏特征。

4、應用領域也將不斷擴大。除了在汽車、航空航天、機床等傳統(tǒng)領域的應用持續(xù)深化外，還將在能源、交通運輸、建筑等領域發(fā)揮更大的作用。例如在能源領域，可用于測量大型設備的尺寸和形狀，確保設備的安裝精度；在交通運輸領域，可用于軌道的測量和校準，提高列車運行的安全性。

5、在自動化應用方面，激光跟蹤儀將與機器人的結(jié)合更加緊密。通過精確控制和定位機器人，提高生產(chǎn)線的靈活性和效率。同時，激光跟蹤儀的軟件系統(tǒng)也將不斷升級，提高數(shù)據(jù)處理和分析的能力，為工業(yè)制造提供更強大的支持。

總之，激光跟蹤儀在未來的工業(yè)發(fā)展中將不斷創(chuàng)新和發(fā)展，為各行業(yè)的生產(chǎn)制造和質(zhì)量控制提供更加堅實的保障。