激光跟蹤儀測(cè)量工具簡(jiǎn)稱及全面解析

激光跟蹤儀簡(jiǎn)介

激光跟蹤儀是工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)中一種高精度的大尺寸測(cè)量?jī)x器。它集合了激光干涉測(cè)距技術(shù)、光電探測(cè)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論等各種先進(jìn)技術(shù)，對(duì)空間運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤并實(shí)時(shí)測(cè)量目標(biāo)的空間三維坐標(biāo)。

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

工作基本原理是在目標(biāo)點(diǎn)上安置一個(gè)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(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭調(diào)整光束方向來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。同時(shí)，返回光束為檢測(cè)系統(tǒng)所接收，用來(lái)測(cè)算目標(biāo)的空間位置。簡(jiǎn)單的說(shuō)，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的所要解決的問(wèn)題是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地跟蹤一個(gè)在空間中運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，同時(shí)確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

在直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系及球坐標(biāo)系中唯有球坐標(biāo)系是只要求長(zhǎng)度量的，其他兩個(gè)角度量完全可以用現(xiàn)代精密的角度編碼器完成?，F(xiàn)在的三大技術(shù)，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(cè)量成為可能，尤其是對(duì)方向姿態(tài)的測(cè)量大大擴(kuò)展了激光跟蹤儀的應(yīng)用，例如可以用于機(jī)器人姿態(tài)的動(dòng)態(tài)測(cè)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(biāo)的精確空間姿態(tài)對(duì)被測(cè)工件的內(nèi)部特征、隱藏特征或曲面等復(fù)雜特征進(jìn)行快速、高精度的測(cè)量。在汽車(chē)、航空航天和通用制造領(lǐng)域工裝設(shè)置、檢測(cè)和機(jī)床控制與校準(zhǔn)應(yīng)用中得到普遍應(yīng)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(guò)在目標(biāo)點(diǎn)上安置反射器，跟蹤頭發(fā)出激光射到反射器后返回，當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭調(diào)整光束方向?qū)?zhǔn)目標(biāo)，同時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)接收返回光束測(cè)算目標(biāo)空間位置。

具體來(lái)說(shuō)，激光跟蹤儀是基于球坐標(biāo)系的便攜式坐標(biāo)測(cè)量系統(tǒng)，集合了精密機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)、激光干涉測(cè)距技術(shù)、光電探測(cè)技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論等各種先進(jìn)技術(shù)。在目標(biāo)點(diǎn)上安置一個(gè)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(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭會(huì)調(diào)整光束方向來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。同時(shí)，返回光束為檢測(cè)系統(tǒng)所接收，用來(lái)測(cè)算目標(biāo)的空間位置。簡(jiǎn)單地說(shuō)，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)所要解決的問(wèn)題是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地跟蹤一個(gè)在空間中運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，同時(shí)確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

激光跟蹤儀可以測(cè)量目標(biāo)點(diǎn)距離和水平、垂直方向偏轉(zhuǎn)角。其基本原理是在目標(biāo)位置上安置一個(gè)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(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭調(diào)整光束方向來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。同時(shí)，返回光束為檢測(cè)系統(tǒng)所接收，用來(lái)測(cè)算目標(biāo)的空間位置?？傊?，激光跟蹤儀是通過(guò)測(cè)量一個(gè)在目標(biāo)點(diǎn)上放置的反射器的位置，進(jìn)而確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

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

當(dāng)反射器離開(kāi)基準(zhǔn)位置（基準(zhǔn)位置距儀器中心的距離已知），并在空間移動(dòng)時(shí)，激光跟蹤儀會(huì)自動(dòng)跟蹤反射器，同時(shí)記錄干涉測(cè)距值 D及垂直度盤(pán)和水平度盤(pán)上的角度值 α、β，用這3個(gè)觀測(cè)值，依據(jù)公式就可得到點(diǎn)的空間三維直角坐標(biāo)(x, y, z)。

因?yàn)榧す獍l(fā)散性很小，測(cè)距精度高，所以早幾十年前人們就開(kāi)始用激光干涉儀來(lái)測(cè)量距離。但激光干涉儀在使用時(shí)要找好準(zhǔn)直，不能斷光再續(xù)等缺點(diǎn)限制了它在空間坐標(biāo)測(cè)量中的應(yīng)用。所以激光跟蹤儀應(yīng)運(yùn)而生，它無(wú)需使用反射球，即可確認(rèn)三維空間中點(diǎn)的位置，而其精度更可達(dá)到計(jì)量等級(jí)。飛機(jī)、輪船、火箭、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、雷達(dá)、動(dòng)車(chē)、汽車(chē)、工業(yè)機(jī)器人、風(fēng)電葉片、水輪機(jī) /汽輪機(jī)、球磨機(jī)、盾構(gòu)機(jī)等等都需要這個(gè)空間三維大尺寸測(cè)量利器。

跟蹤站可以檢測(cè)目標(biāo)鏡在空間的運(yùn)動(dòng)方向和大小并將這一信息發(fā)送給控制主機(jī)，在控制主機(jī)的控制下跟蹤站作出響應(yīng)，使激光束始終沿著目標(biāo)鏡的中心入射。無(wú)論目標(biāo)鏡走到哪里，系統(tǒng)都能對(duì)其進(jìn)行跟蹤。水平和垂直向的角度測(cè)量與距離測(cè)量結(jié)合在一起，構(gòu)成一個(gè)球坐標(biāo)的測(cè)量體系，目標(biāo)鏡的 3D坐標(biāo)便確定，也即通過(guò)目標(biāo)鏡完成空間幾何元素測(cè)點(diǎn)信息的獲取，并通過(guò)先進(jìn)的三維數(shù)據(jù)處理軟件和三維測(cè)量軟件完成對(duì)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(jì)算工作。

激光跟蹤儀的特點(diǎn)

1、高精度，可達(dá)到微米級(jí)別甚至更高。

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

2、高效率，測(cè)量速度快，能快速處理分析大量數(shù)據(jù)。

激光跟蹤儀的測(cè)量速度非?？?，可以在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，顯著提高生產(chǎn)效率和檢測(cè)速度。例如，其數(shù)據(jù)輸出速度可達(dá) 1000點(diǎn)/秒，能夠快速完成對(duì)大尺寸工件的測(cè)量。

3、實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，及時(shí)反饋目標(biāo)動(dòng)態(tài)變化信息。

激光跟蹤儀可以對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和測(cè)量，能夠及時(shí)反饋目標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化信息。在生產(chǎn)過(guò)程中，如焊接過(guò)程中，可對(duì)焊接部件的變形情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)調(diào)整焊接參數(shù)，保證焊接質(zhì)量。

4、安裝快捷，調(diào)試過(guò)程簡(jiǎn)單。

激光跟蹤儀的安裝和調(diào)試過(guò)程相對(duì)簡(jiǎn)單快捷，不需要復(fù)雜的安裝設(shè)備和長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)試過(guò)程，能夠快速投入使用，節(jié)省了時(shí)間和成本。例如，其整機(jī)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(jiǎn)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(jiǎn)單易懂的操作流程，操作人員經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的培訓(xùn)即可上手操作，降低了對(duì)操作人員的專業(yè)技能要求。

激光跟蹤儀可應(yīng)用于制造、航空、汽車(chē)、建筑、科學(xué)研究等多個(gè)領(lǐng)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(cè)量和定位支持。在汽車(chē)制造中可進(jìn)行車(chē)型的在線測(cè)量；在航空航天領(lǐng)域可測(cè)量飛機(jī)零部件及裝配精度；在機(jī)床行業(yè)中可檢測(cè)機(jī)床的平面度、直線度、圓柱度等。

6、具有多種先進(jìn)功能，如便攜、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、電池自動(dòng)鎖定等。

激光跟蹤儀具有便攜、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、自動(dòng)鎖定等多種先進(jìn)功能。

激光跟蹤儀的用途

1、輔助制造和測(cè)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(cè)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(shí)，能夠快速準(zhǔn)確地測(cè)量其尺寸和形狀，為產(chǎn)品質(zhì)量提供保障。

2、標(biāo)定機(jī)器人、測(cè)量機(jī)床以及坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的誤差分布。

激光跟蹤儀能夠精確標(biāo)定機(jī)器人的動(dòng)作，測(cè)量機(jī)床以及坐標(biāo)測(cè)量機(jī)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(cè)量機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度，將激光跟蹤儀放在機(jī)床的一頭與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向保持一致，利用跟蹤儀中自帶的激光干涉儀系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，配合專門(mén)軟件，循環(huán)踩點(diǎn)對(duì)機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度進(jìn)行評(píng)估，用時(shí)短，測(cè)量精度高。

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

3、在測(cè)量結(jié)構(gòu)尺寸方面，激光跟蹤儀能夠快速準(zhǔn)確地獲取物體的三維尺寸信息。當(dāng)零件加載后發(fā)生變形時(shí)，激光跟蹤儀可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變形情況，為分析材料性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提供數(shù)據(jù)支持。在零件找準(zhǔn)過(guò)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(shí)，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(cè)提供依據(jù)。

4、在航空航天領(lǐng)域?qū)︼w機(jī)零部件及裝配精度測(cè)量。

在航空航天領(lǐng)域，激光跟蹤儀對(duì)飛機(jī)零部件及裝配精度的測(cè)量起著至關(guān)重要的作用。激光跟蹤儀能夠高精度、高效率地測(cè)量飛機(jī)零部件的尺寸和形狀，確保裝配精度符合要求。通過(guò)激光跟蹤儀的測(cè)量，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和糾正裝配過(guò)程中的問(wèn)題，提高飛機(jī)的安全性和可靠性。

機(jī)床行業(yè)中對(duì)機(jī)床平面度、直線度等測(cè)量。

5、在機(jī)床行業(yè)中，激光跟蹤儀可以對(duì)機(jī)床的平面度、直線度、圓柱度等進(jìn)行精確測(cè)量。例如激光跟蹤儀作為一種先進(jìn)的測(cè)量工具，在提升大型龍門(mén)機(jī)床裝調(diào)精度及效率方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。通過(guò)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(shí)間，提升整體生產(chǎn)效率。同時(shí)，激光跟蹤儀還可以替代激光干涉儀進(jìn)行線性定位精度和角度定位精度的測(cè)量，以及速度、加速度等動(dòng)態(tài)測(cè)量分析。

6、汽車(chē)制造中對(duì)車(chē)型在線測(cè)量。

在汽車(chē)制造中，激光跟蹤儀可進(jìn)行車(chē)型的在線測(cè)量。如激光跟蹤儀代替關(guān)節(jié)臂等其他現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量設(shè)備，用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工裝檢測(cè)以及白車(chē)身和沖壓件測(cè)量。激光跟蹤儀可以在生產(chǎn)線上方便地安裝，為汽車(chē)制造提供高精度的測(cè)量支持。

7、廣泛應(yīng)用于造船、軌道交通、核電等制造領(lǐng)域。

在造船領(lǐng)域，激光跟蹤儀可以測(cè)量船舶外形尺寸、關(guān)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(lǐng)域，激光跟蹤儀可以用于測(cè)量軌道的直線度、平整度等，保證列車(chē)的運(yùn)行安全和舒適性。在核電領(lǐng)域，激光跟蹤儀可以測(cè)量核反應(yīng)堆的關(guān)鍵部件尺寸和安裝精度，確保核電站的安全運(yùn)行。例如中圖儀器 GTS激光跟蹤測(cè)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(yīng)用到造船、軌道交通、核電等先進(jìn)制造各個(gè)領(lǐng)域。

激光跟蹤儀的技術(shù)規(guī)格

以 GTS3000系列和GTS6000系列為例，其空間精度達(dá)到15μm+6μm/m，干涉測(cè)距精度為0.5μm/m。這種高精度的技術(shù)指標(biāo)確保了在各種應(yīng)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(biāo)的精確空間姿態(tài)對(duì)被測(cè)工件的內(nèi)部特征、隱藏特征或曲面等復(fù)雜特征進(jìn)行快速、高精度的測(cè)量。

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

激光跟蹤儀的技術(shù)規(guī)格還體現(xiàn)在其多功能性上。它集成了激光干涉測(cè)距技術(shù)、光電檢測(cè)技術(shù)、精密機(jī)械技術(shù)、計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論等先進(jìn)技術(shù)。如集成化控制主機(jī)設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)大的 CPU處理能力和緊湊型設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了設(shè)備安裝和攜帶；目標(biāo)球自動(dòng)鎖定技術(shù)提高了測(cè)量效率，減少了人為操作的需求；HiADM測(cè)距技術(shù)結(jié)合了激光絕對(duì)測(cè)距和激光干涉測(cè)距，保證了測(cè)量精度；一體化氣象站自動(dòng)監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)，實(shí)時(shí)補(bǔ)償環(huán)境對(duì)測(cè)量精度的影響；MultiComm通信支持多種數(shù)據(jù)通信方式，適應(yīng)不同的現(xiàn)場(chǎng)使用需求。

總之，GTS3000系列和GTS6000系列激光跟蹤儀的技術(shù)規(guī)格使其成為現(xiàn)代工業(yè)精密測(cè)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(jiān)實(shí)的保障。

激光跟蹤儀的未來(lái)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(cè)量的基石，未來(lái)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(lǐng)域?qū)群托实囊蟛粩嗵岣?，激光跟蹤儀的市場(chǎng)需求持續(xù)增長(zhǎng)。

3、技術(shù)創(chuàng)新方面，未來(lái)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(duì)測(cè)距和激光干涉測(cè)距的融合技術(shù)，將進(jìn)一步提高測(cè)量精度，并實(shí)現(xiàn)擋光恢復(fù)功能。同時(shí)，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(cè)量被測(cè)工件的內(nèi)部特征和隱藏特征。

4、應(yīng)用領(lǐng)域也將不斷擴(kuò)大。除了在汽車(chē)、航空航天、機(jī)床等傳統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用持續(xù)深化外，還將在能源、交通運(yùn)輸、建筑等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。例如在能源領(lǐng)域，可用于測(cè)量大型設(shè)備的尺寸和形狀，確保設(shè)備的安裝精度；在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，可用于軌道的測(cè)量和校準(zhǔn)，提高列車(chē)運(yùn)行的安全性。

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

總之，激光跟蹤儀在未來(lái)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(jiān)實(shí)的保障。