激光跟踪仪|激光跟踪仪原理|激光跟踪仪精度|激光跟踪仪测量|激光跟踪仪价格

随着冶金工业的发展对工业机械设备的安装精度的要求也越来越高，因此探索新的测量方法来满足现场设备的安装为公司注入新的创新力量成为一种趋势。本文从机械设备安装的角度出发，基于激光跟踪仪的测量特点叙述了该仪器对基础垫板安装的预控能力、机械设备安装控制网检测和布设能力及能极大的提高设备的安装精度和安装速度的能力，阐述了激光跟踪仪在飞机设备安装中的实际应用，可为今后类似工程提供借鉴。

为满足项目设备安装顺利进行引进了各种新型测量工具，激光跟踪仪即是其中的一款高精度便携式三坐标测量设备，为大型设备的安装提供了切实可行的安装依据。此次运用激光跟踪仪完成飞机设备的安装是与传统安装技术对比的一次技术上的“革命”。

激光跟踪仪系统2个角编码器自动测量靶标相对于跟踪仪的水平方位角和垂直方位角；靶标与激光跟踪仪之间的距离由激光干涉测量。这些信息经传感器电缆传给激光跟踪仪控制器，跟踪仪控制机经整理计算后，一部分信息经马达电缆反馈回激光跟踪仪，控制伺服马达，使激光跟踪仪始终锁定移动的靶标；另一部分信息经局域网传输给应用处理机，储存在数据库中。

跟踪仪得到的测量数据定义了一个完整的球体坐标系。原点是跟踪部反射镜ZX，根据三角函数公式可以将球坐标系下的坐标值转化成笛卡尔坐标系下的坐标值。坐标系原点仍在万向反射镜ZX，这个坐标系称作基坐标系或者叫本地坐标系，基坐标系也是开始一个新工作的起始坐标系。

激光跟踪仪的水平转角为640°，垂直转角+80°～-60，能在-10℃至+40℃的温度范围内工作，测量直径可达120米，其测距精度，ADM分辨率为0.1μm，测量精度15μm(10米以内)、1.5μm(10米以外)。激光跟踪仪从技术指标上完全可以满足飞机设备安装中的需要。

对于激光跟踪

本文根据现有的激光跟踪仪现场校准设备激光导轨的缺点，探讨了改进方案的导轨安装及干涉系统装校等相关问题，Z后通过实验验证了改进后的设备能够为激光跟踪仪的现场校准提供精度高、寿命长且使用便捷的解决方案。

作为一种便携式大尺寸坐标测量系统，激光跟踪仪在航空航天、船舶制造、风电、加速器等领域的应用不断深入，相应的计量校准研究也在不断发展。

在激光跟踪仪的实际使用过程中，由于仪器经常性的组装、搬运以及环境因素的不断变化都会引起系统参数的变化，从而导致系统测量精度不稳定。因此，对激光跟踪仪仪进行现场校准及现场测量精度研究的需求也越来越多。目前国内可应用的激光跟踪仪现场校准的产品非常少，且在使用便捷性或精度、寿命等方面存在着诸多问题，制约了激光跟踪仪的现场应用，成为了大尺寸计量领域一个亟待解决的问题。为此，本文探讨了改进此类激光导轨的方案及相关问题。

激光跟踪仪的校准方法按原理可分两类。一类以点到点长度测试为主要手段，ZD研究跟踪仪系统误差的标定以及标准长度的实现方式。如美国国家标准与技术研究院(NIST)研究了跟踪仪系统误差与点到点长度测试的位置、方向的关系，开发了便携式激光导轨校准系统，用于跟踪仪现场测试。德国联邦物理技术研究院(PTB)采用长度标准杆建立参考墙用于校准激光跟踪仪。

此外，芬兰计量与认证ZX(MIKES)采用30m的一维干涉仪实现跟踪仪的测距及水平码盘的位移和偏心距的校准。西班牙的RAcero等人采用转台及多个目标点产生虚拟长度实现跟踪仪校准，这些方法可轻松产生任意尺寸的标准长度，但是转台的设计及调整较为复杂。以上是激光跟踪仪经典的校准方法。

另一类是基于多目标点网络的跟踪仪校准方法，该方法以光束平差算法为基础，通过跟踪仪在多站位测量多个目标点实现。英国国家物理实验室(NPL)采用该方法标定其内部几何偏差，同时评价其测距、测角不确定度。这种校准方法具有快

近年来，在精密制造、装配及检测等工业测量和精密工程测量领域，激光跟踪仪以其测量速度快、精度高、测量范围大的优点得到了广泛应用，被称为移动的三坐标测量机。其基本原理是极坐标法，通过测量目标的水平角、垂直角及斜距，建立以测站为ZX的极坐标系。其精度主要是由测距保证的，因为斜距利用激光干涉原理测量。在跟踪头中有一个位置敏感探测器(PSD)，可以测出激光束的位置变化量，通过软件精确计算并反馈给伺服马达控制眼踪头的转动，从而实现跟踪测量，使操作者无需进行繁琐的目标瞄准，提高了测量的效率。

采用激光跟踪仪测量有两种测量方式：一是单站测量，仪器不动，测量所有目标，其标准测量半径为35m;二是转站测量(通常称为蛙跳)，完成一次测量任务需要多次移动仪器的位置，其优点是可以避免外界环境的影响，改善通视条件。一般通过对3个以上的定向点测量，利用光束法平差原理建立起相邻站之间的姿态、定向关系，同时实现仪器测量范围的较大扩展，也可避免测量精度随距离增大而快速下降。

无论采用单站或转站测量，都需要对仪器的测量精度进行正确的评定。由于仪器受外界及自身的各种因素影响较大，有必要在现场确定仪器的实际测量精度，本文将就精度评定的若干问题进行讨论，供激光跟踪仪测量工作者参考。

影响激光跟踪仪测量精度的因素主要来自外界环境和仪器自身。由于仪器的高度自动化，对操作者经验、技巧的要求大为降低，但也需要正确操作。

外界环境包括温度变化、温度梯度、大气抖动、外界振动、仪器支架和被测物的稳定性等。不同环境下得到的测量结果可能大相径庭，在高精度测量中必须严格控制。

(1)温度、气压和湿度等气象条件会影响大气折射率，温度1℃、气压lmmHg及40℃时40%的相对湿度变化会引起折射率百万分之一的计算误差，从而影响距离测量的精度。

(2)激光光路方向上的温度梯度、大气抖动会影响光

激光跟踪仪是近年来得到广泛应用的精密测量仪器，其精度受环境、仪器自身及操作三种因素的影响非常大。但在实际工作中，经常出现对某个因素考虑不周的情况，使得测量成果受到较大影响。本文在对各种因素分析的基础上，给出了提高测量精度应该采取的措施，以期对广大仪器操作者有所裨益，取得更好的测量成果。

由于仪器的高度自动化，人的因素影响相对较小，对经验、技巧的要求大为降低。在正确操作的前提下，影响测量精度的因素主要来自外界环境和仪器自身。

这里的气象条件指温度、气压和湿度，它们会影响大气折射率，温度1℃气压3mmhg及40℃时40%的相对湿度变化均会引起折射率百万分之一的计算误差，从而影响距离测量的精度。为了消除气象条件的影响，激光跟踪仪都有专门的气象传感器用于温度、压强的实时记录和改正，使得气象条件对测距的影响控制存非常小的范围内。

测量环境是一个非常广义的概念，包括温度变化、温度梯度、大气抖动、外界振动、仪器支架和被测物的稳定性。

测量环境不仅影响仪器的性能，而且影响被测物尺寸的变化。不同的环境F得到的测量结果可能大相径庭，远超过仪器自身对测量结果的影响。以振动来说，会引起测量坐标0.1mm以上的跳动。

仪器本身由很多电子元件组成，它们的散热会导致仪器结构随时间的细微变化。而且激光频率也会发生随时间的漂移，在刚开机预热后的一段时间内非常明显，频率不稳定造成的测距误差可达30~50um。因此，在高精度测量中，一小时以上的预热时间是很有必要的。

和经纬仪一样，激光跟踪仪也有水平轴、垂直轴，此外还有激光光轴及各种复杂的马达、反馈系统等。在理想情况下，轴系之间应相互正交或平行，但是加丁装配误差、运输及外界环境的变化都会造成轴系关系和光路的改变，从而影响仪器的性能。

激光跟踪仪采用单站极坐标测量原理，将高精度激光测距技术和经纬仪精密测角技术相结合，实现大尺寸(50m)空间三维坐标点的高精度测量。激光跟踪仪采用的增量式测角圆光栅是一种集光、机、电为一体的非接触式数字测角系统，具有结构简单、测角精度高、响应速度快等特点，已被广泛应用在精密角位置的测量设备中。

通过分析增量圆光栅的制造误差、电子学细分误差、轴系旋转误差，码盘安装偏心误差对编码器测角精度的影响，在浏角误差标定的基础上，通过傅里叶分析建立测角误差补偿模型，通过误差补偿使得单头读数测角均方误差由10”提高至0.8”以内，并与双头对径读数测量结果进行比较，测量精度略低于双头对径读数优于0.3”测角误差。

激光跟踪仪为空间坐标测量系统，由激光测距系统和经纬仪测角系统组成，激光测距系统获得目标到仪器的距离，经纬仪测出目标方位角和俯仰角，通过极坐标与直角坐标转换关系获得目标空间直角坐标。激光跟踪仪具有无导轨、动态快速测量、测量精度高、安装移动便捷等特点，在大科学工程安装检测、大型装备建造、航空航天、船舶、汽车、轨道铺设等大型零部件检测和装配过程中具有非常高的应用价值。

根据激光跟踪仪测量原理，以及激光测距的精度水平，影响空间坐标测量精度的主要因素为经纬仪测角精度，在仪器模块化、小型化的要求下，如何采用小尺寸的测角光栅实现高精度的角度测量是激光跟踪仪研制过程中需要解决的难题。自主研发的激光跟踪仪采用高精度的圆光栅作为检测元件，采用莫尔条纹和光电转换原理，将经纬仪转动的角度转换成数字信号实现数字测量，结合误差补偿与数字控制，有效提高测角精度，进一步体现了光栅编码器测量精度高、响应速度快、测量范围广、抗干扰能力强、体积小、工作可靠性好、非接触测量等优势。

激光跟踪仪测角系统选用英国雷尼绍公司金属反射式柱面圆光栅，光栅直径为100mm，刻线数为15744