激光跟蹤儀是一種高精度的測(cè)量?jī)x器，在多個(gè)領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。以下將對(duì)激光跟蹤儀的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域以及誤差修正方法等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹。

一、工作原理

激光跟蹤儀內(nèi)部的激光干涉儀測(cè)量出儀器與安裝在目標(biāo)物體上的靶鏡之間位移的變化量，從而對(duì)目標(biāo)物體的運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行計(jì)算。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于目標(biāo)的位置測(cè)量，主要有基于相位差的激光干涉（IF）測(cè)量方法和基于雙頻調(diào)制信號(hào)的絕對(duì)距離（AD）測(cè)量方法。為確保位置測(cè)量精度，需要明確兩種測(cè)量方法的切換條件和操作模式，其測(cè)量精度可達(dá) 6μm/m。

二、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)球反射鏡與萬(wàn)向節(jié)式回轉(zhuǎn)軸系，可以減小系統(tǒng)誤差對(duì)測(cè)量精度的影響。

三、應(yīng)用領(lǐng)域

1.在數(shù)控裝備領(lǐng)域，激光跟蹤儀可用于計(jì)算數(shù)控裝備的運(yùn)動(dòng)誤差，并分離出每一根軸的各項(xiàng)幾何誤差，同時(shí)合成數(shù)控裝備在空間任意位置的誤差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控裝備誤差的修正。

在大型預(yù)埋鋼板安裝測(cè)量中，采用可調(diào)節(jié)高度的等高控制點(diǎn)確定平面基準(zhǔn)，激光跟蹤儀測(cè)量預(yù)埋鋼板的孔位空間位置，確定形位誤差并進(jìn)行調(diào)整，最后進(jìn)行二次檢核，通過(guò)加權(quán)總體最小二乘擬合鋼板平面，計(jì)算平面度，有效解決了振動(dòng)臺(tái)預(yù)埋鋼板的高精度安裝問(wèn)題。

2.在機(jī)器人領(lǐng)域，激光跟蹤儀可作為機(jī)器人末端執(zhí)行器位置和姿態(tài)的測(cè)量設(shè)備，為機(jī)器人校準(zhǔn)奠定基礎(chǔ)?；诩す飧檭x構(gòu)建的位置和姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)，可設(shè)置機(jī)器人末端執(zhí)行器按照預(yù)定線性軌跡以不同速度移動(dòng)，然后用激光跟蹤儀測(cè)量機(jī)器人末端執(zhí)行器軌跡離散點(diǎn)的位置和姿態(tài)，并分析其位置誤差和姿態(tài)誤差，以檢驗(yàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器的定位精度。

GTS激光跟蹤儀測(cè)試服務(wù)機(jī)器人目標(biāo)定位性能具體應(yīng)用流程如下:

設(shè)定機(jī)器人裝載額定負(fù)載和額定速度，以單一方向控制機(jī)器人在試驗(yàn)區(qū)域里，從起始點(diǎn)A開(kāi)始，按照設(shè)定的速度及軌跡運(yùn)行，當(dāng)機(jī)器人停車(chē)定位在終止點(diǎn)B時(shí)，則完成一個(gè)運(yùn)動(dòng)測(cè)試循環(huán)。利用激光跟蹤儀測(cè)量并記錄機(jī)器人在終止點(diǎn)B時(shí)停止位置的參數(shù)，重復(fù)測(cè)量機(jī)器人30次在終止點(diǎn)B時(shí)停止位置的參數(shù)。

3.在粒子加速器領(lǐng)域，由于光學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、低成本計(jì)算和快速數(shù)據(jù)采集，激光跟蹤儀常用于大規(guī)模尺寸計(jì)量（LSDM）領(lǐng)域。在粒子加速器中，激光跟蹤儀可用于各種精密定位活動(dòng)，將組件在其標(biāo)稱(chēng)值下以?xún)?yōu)于 ±100μm 的精度在數(shù)百米至幾公里的距離范圍內(nèi)進(jìn)行定位。

4.在復(fù)合材料制品測(cè)量中，隨著我國(guó)科技水平的不斷提升和工業(yè)制造的迅猛發(fā)展，對(duì)航空航天工業(yè)材料的性能及精度提出了更嚴(yán)格的要求，而復(fù)合材料在該領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于該類(lèi)材料制造工藝復(fù)雜、尺寸較大，常規(guī)測(cè)量難以滿(mǎn)足生產(chǎn)所需精度，激光跟蹤儀等便攜式測(cè)量坐標(biāo)系統(tǒng)的出現(xiàn)為復(fù)合材料的檢測(cè)提供了必備的檢測(cè)工具。

5.在工業(yè)測(cè)量領(lǐng)域，近年來(lái)，隨著現(xiàn)代三維空間技術(shù)的快速發(fā)展，激光跟蹤儀已成為工業(yè)測(cè)量系統(tǒng)中一種成熟、高效、穩(wěn)定且性能可靠的高精度大型測(cè)量?jī)x器。在一些重大行業(yè)中，以激光跟蹤儀為代表的三維高精度測(cè)量方法已逐漸取代傳統(tǒng)測(cè)量方法，廣泛應(yīng)用于大型精密設(shè)備的安裝和檢測(cè)。

四、誤差修正方法

利用多基站下的全球定位系統(tǒng)（GPS）原理確定各基站在數(shù)控裝備坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，并通過(guò)對(duì)數(shù)控裝備運(yùn)動(dòng)誤差的計(jì)算，分離出每一根軸的各項(xiàng)幾何誤差，同時(shí)合成數(shù)控裝備在空間任意位置的誤差，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控裝備誤差的修正。

對(duì)于激光跟蹤儀的測(cè)距精度，提出一種基于阿貝原理的通用方案來(lái)校正激光跟蹤儀的距離精度。通過(guò)分析阿貝偏移的原因并進(jìn)行理論計(jì)算和模擬驗(yàn)證，利用自準(zhǔn)直儀構(gòu)建阿貝誤差補(bǔ)償系統(tǒng)，對(duì)自制激光跟蹤儀的距離精度誤差進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明補(bǔ)償后的測(cè)距精度可從 1.828ppm 提高到 0.496ppm，該方法也適用于其他亞微米測(cè)量?jī)x器的距離精度校準(zhǔn)。

綜上所述，激光跟蹤儀憑借其高精度、實(shí)時(shí)快速、動(dòng)態(tài)測(cè)量、便于移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，通過(guò)不斷改進(jìn)和完善其工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及誤差修正方法，激光跟蹤儀的性能將得到進(jìn)一步提升，為各領(lǐng)域的發(fā)展提供更有力的支持。