发表时间：2020-11-16T03:25:26.315Z 来源：《中国科技人才》2020年第21期作者：张军[导读] 随着现代工业技术的迅速发展，精密工业与工程测量领域对测量精度、测量范围、实时性、高效性提出了更高的要求。 贵州航天计量测试技术研究所贵州贵阳 550009
吊车梁安装摘要：随着现代工业技术的迅速发展，精密工业与工程测量领域对测量精度、测量范围、实时性、高效性提出了更高的要求。测量对象遍及机械制造、工业装配、航空航天等行业，测量范围向大尺寸发展，如火箭、导弹弹体、汽车等大尺寸测量；测量形式由静态测量变为实时在线的动态测量，测量系统也逐渐向智能化、高速化发展，激光跟踪仪在现代工业中的地位越来越重要。 关键词：激光跟踪仪、国内外现状、发展趋势
门禁监控1 引言
激光跟踪仪（Laser Tracker），即激光跟踪测量系统（Laser Tracker System），是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。它取代了大型固定式三坐标测量机、经纬仪、全站仪等许多传统测量工具，在设备校准、部件检测、工装建造与调试、制造与装配集成和逆向工程等应用领域体现出了突破性
的效率。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。激光跟踪仪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。
2 激光跟踪仪的应用
激光跟踪仪目前在汽车、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中得到普遍认可和广泛应用。其中航空制造主要在飞机型架的装配，工装夹具的装配及调整，零部件的装配及调整，逆向工程，动态测试等方面；航天领域主要在大型结构件的测量及装配，目标六维动态监测，机器人的校准，逆向工程；汽车制造主要在焊装夹具的标定，白车身的检测，机械手的标定及调整；铁路行业主要在车架测量，整车车身的测量检测，发动机机体的测量检测，铁轨平行度及平面度的检测；能源领域主要在风电整机组装及逆向工程，风电轮毂分度测试及叶片检测，核电组装及部件检测，火电定子转子测量检测水电水轮机叶片检测，太阳能电场追日系统测量定位；造船领域主要在尾轴孔轴的测量，大型工件的外形测量，发动机缸体的测量检测；冶金重工主要在大型结构件测量检测，轴孔的测量，装配定位；军工科研主要在天线的装配及外形检测，馈源系统的动态监测，大型结构件测量检测，导弹测量及动态监测。
3 激光跟踪仪国外现状
激光跟踪仪最早记载见于1987年美国国家标准局K.Lau和R.Hocken的一篇关于激光跟踪仪用于机器人终端位置定标的文章中。K.Lau并因此成立了美国自动精密工程公司（Automatic Precision Industry，API），研发和生产激光跟踪仪，并先后推出了Tracker系列和Radian系列激光跟踪仪系统，在市场上有一定的占有率。
几乎在同一时间，国际著名的军事航天器生产公司BAE寻求合作伙伴，要求开发一套测量系统，不仅要提高航天器零部件的拼接精度，而且要降低对测量者的要求以及劳动强度。瑞士Leica公司与其合作，与1990年开发出世界上第一台激光跟踪仪SMART310，随后又推出了SMART310第二代产品。1996年推出了LT500/LTD500，其中LTD500采用了Leica专利的高精度绝对测距技术，解决了干涉法测距中目标镜出现断光情况时，需要重回鸟巢进行绝对位置标定的缺点，并且在测量速度和使用方便性方面都有很大提高。此后Leica推出了AT901系列，以及最新的AT402、AT930、AT960等，凭借着Leica在光学仪器上的积累，Leica在全球激光跟踪仪市场占有率保持着第一。
此外，FARO公司也先后推出了X系列、LT+X系列、ION、V ANTAGE产品，具有精度高、结构坚固、适用于恶劣条件下的测量等特点，其独特的XtremeADM超级绝对测量技术的精度比原来的ADM绝对测量技术提高了两倍。SelfComp自校准技术使仪器可以快速完成高精度校准。
4 激光跟踪仪国内现状
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国内在激光跟踪仪方面的研究发展相对比较滞后，同时激光跟踪仪是建立在激光干涉仪的基础上，国内在激光干涉仪方面的技术应用还未成熟，极大地限制了国内激光跟踪仪的发展。国内激光跟踪仪的应用始于1996年，沈阳飞机工业有限公司首次引进Leica公司的LTD500激光跟踪仪用于飞机的装配测量，此后激光跟踪设备在现代精密工业领域得到了广泛应用，虽然对激光跟踪测量技术的研究起步较晚，但学术热情高涨。天津大学在1997年首次实现了平面坐标的测量系统，在激光干涉仪线性测量的基础上加上一个平面转镜以实现水平位置的偏转，从而实现对于平面坐标的测量。两年后，天津大学采用同样的方法，在平面转镜的基础上加上垂直转镜，进而实现了三维坐标的测量。1999年，清华大学设计了三站激光跟踪测量系统，成功实现了平面目标的测量，随后又建立了球坐标激光跟踪仪系统。2009年，中科院光电研究院开展了激光跟踪仪的研制工作，并于2013年12月推出了国内首台自行研制的激光跟踪仪的原理样机。2014年清华大学设计了基于FPGA的激光跟踪测量系统，可对离转镜2m内、以0.1m/s速度运动的物体实现稳定跟踪。
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激光跟踪测量系统中，跟踪控制系统是高精度激光跟踪测量系统的关键环节，跟踪控制系统的性能将直接影响系统的跟踪速度与测量精度。激光测量系统也向着空间目标快速响应、高精度测量以及超平稳跟踪测量发展。
5 激光跟踪仪发展趋势
激光跟踪仪的最新技术有了新的发展方向，特别是Leica、API和FARO三家最新的激光跟踪仪，除了性能的提升，还具有以下特点：（1）与绝对测距相融合，提高系统的测量精度和测量方便性。API、Leica和FARO的激光跟踪仪系统都是基于球坐标测量系统，在没有绝对测距之前，没有测量信息冗余，测量过程中任意一个参数丢失，都直接影响测量数据的准确性。新一代的激光跟踪仪，他们都增加
了激光绝对测距功能，这就使得激光跟踪仪的测量信息有了冗余，不仅保证了测量的精确性，在测量过程中丢失部分信息而不影响测量结果，具体的表现就是可以瞬时挡光；同时，由于被挡光时不需要重回鸟巢标定，这也提高了使用方便性和提高了测量效率。
（2）与视觉测量系统结合。跟踪仪与视觉测量系统相结合不仅能精确定位目标的三维位置，而且还能对目标的空间形态进行检测，或者是对目标镜进行锁定。不仅如此，与视觉系统的结合还能使得跟踪仪兼容各种测头，使得系统测量复杂结构的能力大大提高。
（3）功能强大的目标镜。针对不同测量需求有着不同的测量目标镜，不仅增强了系统的测量能力，还拓展了系统的通用性。
（4）目标镜锁定功能。如前面提到的API和Leica在新一代的激光跟踪系统中都增加了此功能，这样会大大节省系统调节或者断光后再调节的时间。
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（5）自我诊断功能。精密测量要求仪器在各种测量中保证稳定的工作状态，所以仪器在测量中的自身状态显得特别重要，自我诊断能在系统工作时实时显示系统的状态，从而彻底排除微振、升温、光强不足等因素带来的影响。手持gps怎么量测
激光跟踪仪在测量的基本功能方面已基本完善，随着制造业中的智能装备、复杂结构制造、高精密制造和装配等的兴起，对于激光跟踪仪测量系统提出了更高精度、智能化程度更高、适应性更强的要求。
参考文献：
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[2]张滋黎，朱涵，周维虎.激光跟踪仪转镜倾斜误差的标定及修正[J].光学精密工程，2015，23（5）：1205-1212
[3]卢荣胜，李万红，劳达宝，等.激光跟踪仪测角误差补偿[J].光学精密工程，2014，22（9）：2299-2305
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