激光跟踪仪测量工具简称及全面解析

摘要：激光跟踪仪是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。

激光跟踪仪是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。

激光跟踪仪具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。其基本都是由激光跟踪头（跟踪仪）、控制器、用户计算机、反射器（靶镜）及测量附件等组成。

工作基本原理是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。简单的说，激光跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。

在直角坐标系、圆柱坐标系及球坐标系中唯有球坐标系是只要求长度量的，其他两个角度量完全可以用现代精密的角度编码器完成。现在的三大技术，即：精度的角度编码器、续光再续和激光催生了激光跟踪仪。

激光跟踪仪使隐蔽处测量成为可能，尤其是对方向姿态的测量大大扩展了激光跟踪仪的应用，例如可以用于机器人姿态的动态测量。

GTS激光跟踪仪与空间姿态探头配合组成六自由度激光跟踪仪，能够根据合作目标的精确空间姿态对被测工件的内部特征、隐藏特征或曲面等复杂特征进行快速、高精度的测量。在汽车、航空航天和通用制造领域工装设置、检测和机床控制与校准应用中得到普遍应用。

激光跟踪仪的工作原理

激光跟踪仪的工作原理主要是通过在目标点上安置反射器，跟踪头发出激光射到反射器后返回，当目标移动时，跟踪头调整光束方向对准目标，同时检测系统接收返回光束测算目标空间位置。

具体来说，激光跟踪仪是基于球坐标系的便携式坐标测量系统，集合了精密机械技术、计算机及控制技术、激光干涉测距技术、光电探测技术、现代数值计算理论等各种先进技术。在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头。当目标移动时，跟踪头会调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。简单地说，激光跟踪测量系统所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。

激光跟踪仪可以测量目标点距离和水平、垂直方向偏转角。其基本原理是在目标位置上安置一个反射器，激光跟踪头发出的激光射到反射器上并返射回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。总之，激光跟踪仪是通过测量一个在目标点上放置的反射器的位置，进而确定目标点的空间坐标。

激光跟踪仪能直接测量出空间点的三维坐标，这些三维坐标是在激光跟踪仪的仪器坐标系下得到的。该坐标系定义为：以跟踪头中心为原点，以度盘上的 0 读数方向为 X 轴，以度盘平面的法线向上方向为 Z 轴，以右手坐标系规则确定 Y 轴，如此建立起仪器坐标系。

当反射器离开基准位置（基准位置距仪器中心的距离已知），并在空间移动时，激光跟踪仪会自动跟踪反射器，同时记录干涉测距值 D 及垂直度盘和水平度盘上的角度值 α、β，用这 3 个观测值，依据公式就可得到点的空间三维直角坐标 (x, y, z)。

因为激光发散性很小，测距精度高，所以早几十年前人们就开始用激光干涉仪来测量距离。但激光干涉仪在使用时要找好准直，不能断光再续等缺点限制了它在空间坐标测量中的应用。所以激光跟踪仪应运而生，它无需使用反射球，即可确认三维空间中点的位置，而其精度更可达到计量等级。飞机、轮船、火箭、卫星、导弹、雷达、动车、汽车、工业机器人、风电叶片、水轮机 / 汽轮机、球磨机、盾构机等等都需要这个空间三维大尺寸测量利器。

跟踪站可以检测目标镜在空间的运动方向和大小并将这一信息发送给控制主机，在控制主机的控制下跟踪站作出响应，使激光束始终沿着目标镜的中心入射。无论目标镜走到哪里，系统都能对其进行跟踪。水平和垂直向的角度测量与距离测量结合在一起，构成一个球坐标的测量体系，目标镜的 3D 坐标便确定，也即通过目标镜完成空间几何元素测点信息的获取，并通过先进的三维数据处理软件和三维测量软件完成对空间几何元素尺寸、尺寸公差与形位公差、空间曲面与曲线的分析计算工作。

激光跟踪仪的特点

1、高精度，可达到微米级别甚至更高。

激光跟踪仪采用激光干涉测距技术、精密的角度编码器等先进技术，测量精度极高，可以达到微米级别甚至更高，能够满足各种高精度测量和定位需求。例如，一些激光跟踪仪的干涉仪分辨率可达到 0.001 微米，标准球稳定度为 ±0.1 微米，测量不确定度为 0.2 微米 + 0.3 微米 / 米。

2、高效率，测量速度快，能快速处理分析大量数据。

激光跟踪仪的测量速度非常快，可以在短时间内对大量数据进行处理和分析，显著提高生产效率和检测速度。例如，其数据输出速度可达 1000 点 / 秒，能够快速完成对大尺寸工件的测量。

3、实时跟踪测量，及时反馈目标动态变化信息。

激光跟踪仪可以对运动目标进行实时跟踪和测量，能够及时反馈目标的动态变化信息。在生产过程中，如焊接过程中，可对焊接部件的变形情况进行实时监测，以便及时调整焊接参数，保证焊接质量。

4、安装快捷，调试过程简单。

激光跟踪仪的安装和调试过程相对简单快捷，不需要复杂的安装设备和长时间的调试过程，能够快速投入使用，节省了时间和成本。例如，其整机重量小于 11 千克，可轻松置入随身便携箱，携带方便，且以任何姿态安装至所需位置。

5、操作简便，友好操作界面和易懂流程。

激光跟踪仪通常配备友好的操作界面和简单易懂的操作流程，操作人员经过简单的培训即可上手操作，降低了对操作人员的专业技能要求。

激光跟踪仪可应用于制造、航空、汽车、建筑、科学研究等多个领域，为不同行业的生产制造和质量控制提供高精度的测量和定位支持。在汽车制造中可进行车型的在线测量；在航空航天领域可测量飞机零部件及装配精度；在机床行业中可检测机床的平面度、直线度、圆柱度等。

6、具有多种先进功能，如便携、无线数据传输、电池自动锁定等。

激光跟踪仪具有便携、无线数据传输、自动锁定等多种先进功能。

激光跟踪仪的用途

1、辅助制造和测量工装夹具、检定大型组装件和零件。

激光跟踪仪可用于辅助制造和测量工装夹具，确保夹具的精度符合生产要求。在检定大型组装件和零件时，能够快速准确地测量其尺寸和形状，为产品质量提供保障。

2、标定机器人、测量机床以及坐标测量机的误差分布。

激光跟踪仪能够精确标定机器人的动作，测量机床以及坐标测量机的误差分布，为提高生产精度提供依据。如GTS激光跟踪仪测量机床的定位精度和重复定位精度，将激光跟踪仪放在机床的一头与导轨运动方向保持一致，利用跟踪仪中自带的激光干涉仪系统进行测量，配合专门软件，循环踩点对机床的定位精度和重复定位精度进行评估，用时短，测量精度高。

测量结构尺寸和零件加载后的变形、零件找准、扫描大型零件表面。

3、在测量结构尺寸方面，激光跟踪仪能够快速准确地获取物体的三维尺寸信息。当零件加载后发生变形时，激光跟踪仪可以实时监测变形情况，为分析材料性能和结构强度提供数据支持。在零件找准过程中，激光跟踪仪能够精确确定零件的位置，提高装配精度。同时，激光跟踪仪还可以扫描大型零件表面，获取表面的形状和轮廓信息，为后续的加工和质量检测提供依据。

4、在航空航天领域对飞机零部件及装配精度测量。

在航空航天领域，激光跟踪仪对飞机零部件及装配精度的测量起着至关重要的作用。激光跟踪仪能够高精度、高效率地测量飞机零部件的尺寸和形状，确保装配精度符合要求。通过激光跟踪仪的测量，可以及时发现和纠正装配过程中的问题，提高飞机的安全性和可靠性。

机床行业中对机床平面度、直线度等测量。

5、在机床行业中，激光跟踪仪可以对机床的平面度、直线度、圆柱度等进行精确测量。例如激光跟踪仪作为一种先进的测量工具，在提升大型龙门机床装调精度及效率方面具有显著优势。通过激光跟踪仪的引入，制造企业可以有效提高装调精度，缩短装调时间，提升整体生产效率。同时，激光跟踪仪还可以替代激光干涉仪进行线性定位精度和角度定位精度的测量，以及速度、加速度等动态测量分析。

6、汽车制造中对车型在线测量。

在汽车制造中，激光跟踪仪可进行车型的在线测量。如激光跟踪仪代替关节臂等其他现场测量设备，用于生产现场工装检测以及白车身和冲压件测量。激光跟踪仪可以在生产线上方便地安装，为汽车制造提供高精度的测量支持。

7、广泛应用于造船、轨道交通、核电等制造领域。

在造船领域，激光跟踪仪可以测量船舶外形尺寸、关键部件安装位置等，确保船舶的制造精度和质量。在轨道交通领域，激光跟踪仪可以用于测量轨道的直线度、平整度等，保证列车的运行安全和舒适性。在核电领域，激光跟踪仪可以测量核反应堆的关键部件尺寸和安装精度，确保核电站的安全运行。例如中图仪器 GTS 激光跟踪测量系统已经发展出三自由度激光跟踪仪和六自由度激光跟踪仪家族系列，可以广泛应用到造船、轨道交通、核电等先进制造各个领域。

激光跟踪仪的技术规格

以 GTS3000 系列和 GTS6000 系列为例，其空间精度达到 15μm+6μm/m，干涉测距精度为 0.5μm/m。这种高精度的技术指标确保了在各种应用中的可靠性和精确度。

其中，GTS6000 激光跟踪仪与空间姿态探头配合组成六自由度激光跟踪仪，能够根据合作目标的精确空间姿态对被测工件的内部特征、隐藏特征或曲面等复杂特征进行快速、高精度的测量。

激光跟踪仪的技术规格使其在众多领域中发挥着重要作用。例如在航空航天领域，能够高精度地测量飞机零部件及装配精度；在机床行业，可准确检测机床的平面度、直线度、圆柱度等；在汽车制造中，能进行车型的在线测量。同时，在造船、轨道交通、核电等先进制造领域，也能为大型工件和科学装置的测量提供有力支持。

激光跟踪仪的技术规格还体现在其多功能性上。它集成了激光干涉测距技术、光电检测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等先进技术。如集成化控制主机设计，具有强大的 CPU 处理能力和紧凑型设计，简化了设备安装和携带；目标球自动锁定技术提高了测量效率，减少了人为操作的需求；HiADM 测距技术结合了激光绝对测距和激光干涉测距，保证了测量精度；一体化气象站自动监测环境参数，实时补偿环境对测量精度的影响；MultiComm 通信支持多种数据通信方式，适应不同的现场使用需求。

总之，GTS3000 系列和 GTS6000 系列激光跟踪仪的技术规格使其成为现代工业精密测量的重要工具，为各行业的生产制造和质量控制提供了坚实的保障。