激光跟蹤儀的案例
激光跟蹤儀|國產6D跟蹤儀測量大尺寸空間姿態
理解激光跟蹤儀的工作原理與應用
激光跟蹤儀基于激光干涉和測距原理，通過發射和接收激光束來實現對目標物體的跟蹤和測量。它是將激光照射到接觸測量目標物的目標（使用反射器等）上，然后經目標反射的激光返回發光源，從而確定目標的三坐標位置的光學測量儀。與普通CMM相比，激光跟蹤儀的特點是能夠測量大型測量目標物。
隨著工業制造的發展和智能化的要求，對精度和效率的需求越來越高。激光跟蹤儀具有的高精度、高速度、非接觸式測量等優勢，可以滿足工業制造中對精確測量和定位的需求。它在工業制造領域中具有廣泛的應用場景：
在汽車制造領域，激光跟蹤儀可以用于車身焊接、零件裝配等工藝，實現自動化和智能化生產；可以輔助機器人實現高精度的定位和裝配，提高生產效率和產品質量。通過激光跟蹤儀的高精度測量，可以確保車身在生產過程中的準確定位和裝配，提升效率與改善安全性。
在航空航天制造領域，激光跟蹤儀用于飛機零部件的測量和質量檢測，快速而準確地測量零部件的尺寸和形狀，確保零部件符合設計要求，是飛行姿態控制等方面的創新解決方案。
了解激光跟蹤儀的技術創新與發展趨勢
在工業制造領域，激光跟蹤儀的技術創新和發展趨勢是以精度和穩定性的提升、應用領域的擴大、可靠性和穩定性的改進以及自動化應用的推進為主要特點。
如GTS系列激光跟蹤儀激光絕對測距（ADM）和激光干涉測距（IFM）融合技術（HiADM），將激光干涉測長的高動態速度與激光絕對測距功能相結合，保證測量精度，并實現擋光恢復。
展開 激光跟蹤儀基本工作原理及應用
激光跟蹤儀是一種高精度的測量儀器，在多個領域都有著廣泛的應用。以下將對激光跟蹤儀的工作原理、結構特點、應用領域以及誤差修正方法等方面進行詳細介紹。
一、工作原理
激光跟蹤儀內部的激光干涉儀測量出儀器與安裝在目標物體上的靶鏡之間位移的變化量，從而對目標物體的運動誤差進行計算。具體來說，對于目標的位置測量，主要有基于相位差的激光干涉（IF）測量方法和基于雙頻調制信號的絕對距離（AD）測量方法。為確保位置測量精度，需要明確兩種測量方法的切換條件和操作模式，其測量精度可達 6μm/m。
二、結構特點
通過使用標準球反射鏡與萬向節式回轉軸系，可以減小系統誤差對測量精度的影響。
三、應用領域
1.在數控裝備領域，激光跟蹤儀可用于計算數控裝備的運動誤差，并分離出每一根軸的各項幾何誤差，同時合成數控裝備在空間任意位置的誤差，從而實現對數控裝備誤差的修正。
在大型預埋鋼板安裝測量中，采用可調節高度的等高控制點確定平面基準，激光跟蹤儀測量預埋鋼板的孔位空間位置，確定形位誤差并進行調整，最后進行二次檢核，通過加權總體最小二乘擬合鋼板平面，計算平面度，有效解決了振動臺預埋鋼板的高精度安裝問題。
2.在機器人領域，激光跟蹤儀可作為機器人末端執行器位置和姿態的測量設備，為機器人校準奠定基礎。基于激光跟蹤儀構建的位置和姿態測量系統，可設置機器人末端執行器按照預定線性軌跡以不同速度移動，然后用激光跟蹤儀測量機器人末端執行器軌跡離散點的位置和姿態，并分析其位置誤差和姿態誤差，以檢驗機器人末端執行器的定位精度。
展開 關于激光跟蹤儀的常見提問及回答
如果反射鏡表面不平整或者反射率不符合要求，會導致激光反射信號不穩定，進而影響角度和距離測量的準確性。
4、如何選擇適合自己需求的激光跟蹤儀？
（1）測量需求
測量范圍：明確需要測量的物體尺寸大小，如小型精密零件、中等尺寸的機械部件或大型的航空航天結構件等。如果是測量大型工件，如飛機機身、大型船舶等，就需要選擇測量范圍大的激光跟蹤儀，單站測量范圍可達數十米甚至上百米。
測量精度：根據測量任務對精度的要求來選擇。對于精密加工、航空航天等對精度要求極高的領域，需要選擇精度達到微米甚至亞微米級的激光跟蹤儀；而在一些普通工業制造中，精度要求相對較低，可以選擇精度在毫米級的儀器。
測量速度：如果是在生產線上進行快速測量，或者需要對運動目標進行實時跟蹤測量，就需要選擇測量速度快、數據更新頻率高的激光跟蹤儀，以滿足高效生產的需求。
（2）工作環境
溫度和濕度：如果工作環境溫度變化大或濕度較高，需要選擇具有良好溫度和濕度補償功能的激光跟蹤儀，以確保測量精度不受環境因素影響。有些激光跟蹤儀配備了集成式氣象站，可以實時監控和補償溫度、氣壓和濕度的變化。
空間限制：考慮測量現場的空間大小和布局，選擇外形尺寸合適、安裝方便的激光跟蹤儀。對于空間狹小的場所，可能需要選擇體積小巧、可靈活安裝的型號；而在大型車間或戶外環境中，則可以選擇更大型、功能更強大的設備。
抗干擾能力：如果工作環境中有較多的電磁干擾、振動或粉塵等，需要選擇抗干擾能力強、防護等級高的激光跟蹤儀，以保證儀器的正常運行和測量精度。例如，具有IP54防護等級的GTS激光跟蹤儀可用于苛刻的工業條件。
（3）操作便捷性
軟件功能：激光跟蹤儀通常配備相應的測量軟件，需要選擇軟件功能強大、操作簡單直觀的產品。
展開 高精度激光跟蹤儀大尺寸空間精度檢測工程機械部件
激光跟蹤儀現場測量
在測量現場，將GTS激光跟蹤儀安裝在法蘭盤周邊合適位置，用靶球在法蘭盤面上采集若干點，軟件再將所測量的點擬合成圓柱，然后分析圓柱的直徑及圓柱度。
結論
激光跟蹤儀對工程機械部件等需求高精度、大尺寸的檢測具有非常明顯的優勢，自主開發、獲得PTB認證的SpatialMaster空間大師測量軟件嚴格保證了擬合算法的精度和評價結果的準確性。目前GTS激光跟蹤儀已廣泛應用于包括工程機械、自動化設備制造、航空航天、軍工科研等諸多行業領域中，以用作高精度、大尺寸空間精度檢測的標準設備。
論文：激光跟蹤儀精密跟蹤轉臺軸系優化設計
精密跟蹤轉臺是高精度飛秒激光跟蹤儀的關鍵單元，其精度直接影響激光跟蹤測量系統的總體精度，而跟蹤轉臺的精度主要由軸系精度決定，因此跟蹤轉臺的軸系結構設計以及對其軸系進行性能分析非常重要。文中首先對精密跟蹤轉臺進行結構設計與建模，利用SAMCEF of Rotor軟件對二維轉臺2個軸系進行了仿真分析。根據激光跟蹤儀性能要求與仿真結果對軸系結構進行分析與優化。最后通過搭建的二維轉臺驗證了所設計軸系的可行性，能夠滿足激光跟蹤儀跟蹤轉臺高精度、高靈敏度和低跳動的要求。
詳細見附件
激光跟蹤儀精密跟蹤轉臺軸系優化設計.pdf
展開 精準定位，激光領航——激光跟蹤儀助力服務機器人性能提升
在國家標準GB/T38124《服務機器人性能測試方法》中，對服務機器人的定位導航性能檢測項目定義時，明確提出“測試設備可以是視覺跟蹤系統、激光追蹤儀等。”
激光跟蹤儀作為大范圍（最大測量半徑80米）、高精度空間測量儀器（15um+6um/m）的代表，性能完全滿足該項測試中對測試設備的要求，且激光跟蹤儀具有高效的采樣效率（1000點/秒），還可對標準中的“5.1.1 額定速度”、“5.1.4 坡上最大速度”、“5.2.2 導航能力”等多項檢測項目進行檢測，是服務機器人性能測試中十分重要的檢測設備。
GTS激光跟蹤儀測試服務機器人目標定位性能具體應用流程如下:
設定機器人裝載額定負載和額定速度，以單一方向控制機器人在試驗區域里，從起始點A開始，按照設定的速度及軌跡運行，當機器人停車定位在終止點B時，則完成一個運動測試循環。利用激光跟蹤儀測量并記錄機器人在終止點B時停止位置的參數，重復測量機器人30次在終止點B時停止位置的參數。
通過激光跟蹤儀的精確測量，可以全面評估機器人定位算法的性能，發現潛在問題，并為性能優化提供可靠依據，最終提升機器人的服務水平，推動服務機器人產業的健康發展。
在機器人性能檢測領域，中圖儀器激光跟蹤儀覆蓋工業機器人、醫療機器人以及服務機器人，為機器人產業發展提供完整、高效、精準的測試方案，推動機器人產業高質量發展。
展開 激光跟蹤儀可以測量什么？有哪些特點？
激光跟蹤儀結合iTracker 6D姿態智能傳感器，在測量時實時地調整探頭的姿態并始終正對鎖定測量激光束，通過運動學模型精密解算目標的三維空間位置坐標和空間姿態角度，可以測量非常寬范圍的俯仰角和偏航角。
（2）運動軌跡跟蹤：可以實時跟蹤物體的運動軌跡，獲取物體在運動過程中各個時刻的位置、速度、加速度等信息，對于機器人運動性能測試、自動化生產線中物體的運動監測等應用場景非常重要。如使用激光跟蹤儀提升碼垛機器人精度：
激光跟蹤儀搭配RobotMaster軟件系統專門應對工業機器人校準及性能需求，其中激光跟蹤儀搭配iTracker六維姿態傳感器（如圖）可實現對目標位置和姿態的動態跟蹤及高精度測量，可同時實現對工業機器人位置精度和姿態精度的監控和測量，完美契合工業機器人性能指標的測量需求。
圖：GTS激光跟蹤儀搭配iTracker六維姿態傳感器
激光跟蹤儀的特點：
1、高精度：測量精度可以達到微米級別甚至更高，能夠滿足各種高精度測量和定位需求。這得益于其采用的激光干涉測距技術和精密的角度編碼器等先進技術，對于要求高精度的工業制造、航空航天等領域具有重要意義。
2、高效率：測量速度非常快，可以在短時間內對大量數據進行處理和分析，能夠顯著提高生產效率和檢測速度。例如在汽車制造過程中，對車身零部件的快速檢測，可及時發現問題并進行調整，提高生產效率和產品質量。
3、實時跟蹤測量：可以對運動目標進行實時跟蹤和測量，能夠及時反饋目標的動態變化信息，為生產過程中的實時監控和調整提供有力支持。比如在焊接過程中，對焊接部件的變形情況進行實時監測，以便及時調整焊接參數，保證焊接質量。
4、安裝快捷：儀器的安裝和調試過程相對簡單快捷，不需要復雜的安裝設備和長時間的調試過程，能夠快速投入使用，節省了時間和成本。
展開 GTS激光跟蹤儀憑什么成為大型龍門機床檢測新寵？
為滿足上述要求，中圖GTS激光跟蹤儀憑借卓越的測量精度和強大的功能，在機床檢測領域的應用前景愈發廣闊。隨著中圖GTS激光跟蹤儀等高精尖檢測設備的廣泛應用，從而助力我國龍門機床產業突破技術瓶頸，邁向全球價值鏈高端。
激光跟蹤儀的檢測功能與應用實例
激光跟蹤儀的檢測功能及應用實例如下：
1、檢測功能
- 三維坐標測量：能精確測量目標點的三維坐標，確定物體在空間中的位置和姿態，為后續的尺寸測量、形位公差檢測等提供基礎數據。
- 尺寸測量：可測量物體的長度、寬度、高度、直徑等尺寸參數，通過測量物體上多個特征點的坐標，計算出相應的尺寸值，檢測物體尺寸是否符合設計要求。
- 形位公差檢測：能檢測直線度、平面度、圓度、圓柱度、垂直度、平行度、同軸度等形位公差。如通過測量一系列點的坐標，擬合出直線或平面，進而評估直線度和平面度。
- 輪廓檢測：對物體的輪廓進行掃描測量，獲取物體表面的點云數據，與設計模型對比，分析輪廓偏差，檢測物體外形是否合格。
- 動態測量：可實時跟蹤運動目標的位置和姿態變化，測量運動物體的速度、加速度等參數，用于監測生產線上運動部件的運行狀態，或對機器人等運動設備進行性能測試。
2、應用實例
- 汽車制造：在汽車工裝檢測中，如某型號汽車總拼工裝定位銷位置檢測。將激光跟蹤儀布設于待測工裝周邊，用高精度靶球測量工裝基準點數據，使跟蹤儀與工裝處于統一坐標系，導入數模后，觸碰待測位置，跟蹤儀以高采集速率測量三維坐標并記錄，與數模數據比對分析差值，精度優于0.1mm，還可根據實時坐標數據指導調裝。
- 軌道交通：以GTS系列激光跟蹤儀測量軌道為例，在測量約800米軌道時，將激光跟蹤儀架設在軌道上，連接電源，調整水平并建立軌道坐標系，把反射靶標固定在軌道檢測小車上，推動小車用連續距離模式測量軌跡，布置轉站定位點并移動跟蹤儀進行多次轉站測量，最后將數據導入分析工具，數據拼接處誤差小于0.3mm。
- 船舶制造：在大型船用發電機檢測中，使用激光跟蹤儀測量永磁轉子、定子多段槽楔的直徑、圓柱度、同軸度。
展開 從3D到6D，中圖儀器(CHOTEST)GTS激光跟蹤儀系統
激光跟蹤測量系統是高精度、便攜式的空間大尺寸坐標測量機，是同時具高精度（μm級）、大工作空間（百米級）的高性能光電測量儀器，被廣泛應用在飛機、汽車、船舶、航天、機器人、核電、軌道交通等高端裝備制造行業以及大型科學工程、工業母機的高精密加工和裝配中，已成為多個行業的習慣和測量標準。激光跟蹤儀能夠解決大型、超大型工件和大型科學裝置、工業母機等全域高精度空間坐標和空間姿態的測量問題。
中圖儀器GTS激光跟蹤測量系統已經發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，可以和多種形式的合作目標測頭配合使用：
1、GTS3000激光跟蹤儀與光學回射靶球配合組成三自由度激光跟蹤儀，能對大尺度空間內的點、線、面、曲面等幾何特征進行精確測量；
2、GTS6000激光跟蹤儀與空間姿態探頭配合組成六自由度激光跟蹤儀，能夠根據合作目標的精確空間姿態對被測工件的內部特征、隱藏特征或曲面等復雜特征進行快速、高精度的測量。
（1）機器視覺和重力對齊的傳感融合技術測量空間姿態。
（2）可以測量孔、洞等內部特征、隱藏特征的幾何結構。
（3）雙探頭設計，對復雜特征測量時更加高效。
（4）無線傳輸，簡易隨行。
（1）姿態傳感器自動跟隨鎖定激光束，測量靈活性高。
（2）俯仰角和偏航角不受光學回射器接收角度的限制。
（3）簡易接口連接，便于安裝在機床或機器人上，重復性高、精度高。
（4）專用波段激光束和濾光設計，對環境光不敏感。
（5）最高采樣速度200點/秒。
展開 冶金工業案例：GTS激光跟蹤儀在連鑄機安裝中的應用
傳統檢測方法如吊鋼線、拉卷尺、千分尺、水準儀進行安裝測量，效率低且精度有限。全站儀測量雖然在效率和精度上有所提高，但需要采集大量數據并進行人工分析，測量時還需專用工裝器具進行過渡，整個測量過程需多個工作日完成。
在連鑄機安裝精度檢測中，激光跟蹤儀安裝快捷、操作簡便，可以實時跟蹤目標點的位置和姿態，無需進行大量的數據采集和人工分析，提高了測量效率，減少了人工成本。
激光跟蹤儀在連鑄機安裝中應用非常廣泛，如香蕉梁安裝精度的控制，鋼包回轉臺升降臂檢測以及扇形段測量等。本文詳細介紹GTS激光跟蹤儀在連鑄機扇形段底座裝調中的應用。
展開 
激光跟蹤儀：提升大型龍門機床裝調精度及效率
3.水平度檢測及裝調
激光跟蹤儀內置電子水平儀，其精度可達1角秒，利用跟蹤儀可直接對機床水平進行檢測和調整。
激光跟蹤儀執行重力對齊，軟件就可以生成水平面，再對機床工作平臺進行測量，即可對比機床工作平臺和水平面的絕對差值，對水平面添加監視窗口，靶球放置再工作平臺上，即可對工作平臺進行水平調整。
除上述之外，激光跟蹤儀還可以替代激光干涉儀進行線性定位精度和角度定位精度的測量，以及速度、加速度等動態測量分析。
激光跟蹤儀作為一種先進的測量工具，在提升大型龍門機床裝調精度及效率方面具有顯著優勢，通過激光跟蹤儀的引入，制造企業可以有效提高裝調精度，縮短裝調時間，提升整體生產效率，為制造企業帶來更多的競爭優勢。
展開 激光跟蹤儀：大型結構件測量的重要工具
激光跟蹤儀可用于大型結構件的測量與定位，不僅提供準確的測量結果，同時還具備便捷、高效、非接觸式等特點。它在各個尺寸公差要求的特征上采集空間點，再將空間點再三維測量軟件上擬合成相應三維特征，再對各特征之間的相對位置關系進行分析，得出需要的尺寸精度。
測量原理
激光跟蹤儀采用球坐標系的測量原理，將空間點通過測量水平、俯仰兩個角度和一個長度實現空間位置的定位，再由軟件將所采集的位置進行擬合，在軟件中形成三維特征，最后根據需要對特征進行分析。
它通過將激光束投射到目標物體表面，并通過接收激光束的反射信號來判斷目標物體的位置。這種測量方式相較于傳統的觸摸測量方法，不會直接接觸到目標物體，避免了對結構件的損傷，同時又提供了高精度的測量結果。這使得激光跟蹤儀成為大型結構件測量的重要工具之一。
底座測量數據
底座數據誤差圖
在大型結構件的制造過程中，激光跟蹤儀通過采集被測物多個坐標值，再通過自研軟件快速計算，精確地測量出結構件的尺寸和形狀數據，保證結構件的質量和功能。使得大型結構件的測量變得更加高效、精確和可靠，對于保證結構件的質量和功能具有重要意義。
通過結合中圖自主開發的SM（SpatialMaster）空間測量軟件，激光跟蹤儀可以用于大型結構件的定位。在裝配過程中，準確定位是確保結構件與其他組件連接正確的關鍵因素。激光跟蹤儀可以通過測量目標物體與參考點或者其他組件之間的相對位置，提供準確的定位信息，使得結構件能夠精確地與其他組件對齊，從而確保裝配的質量和效率。
展開 國產激光跟蹤儀突破百米測量范圍，百米工作空間高性能，提供精準測量保障
經過長期的經驗積累，GTS國產激光跟蹤儀集激光干涉測距技術、光電檢測技術、精密機械技術、計算機及控制技術、現代數值計算理論于一體，突破了百米的測量范圍、毫秒級的測量時間、微米級的測量精度以及動態實時跟蹤測量等各項技術難點，具有測量功能多（三維坐標、位置、姿態、尺寸、形狀、動態運動參數等）、測量精度高、測量速度快、量程大、可現場測量等特點，是大型高端裝備制造的核心檢測儀器，在大尺度空間測量工業科學儀器中具有高精度和重要性，同時具有μm級別精度、百米工作空間的高性能。
激光跟蹤儀作為大尺寸空間幾何量精密測量儀器，具有較高的技術門檻。它能在汽車及新能源、航空航天航海、重型機械制造、重工與船舶、科研、醫療等先進制造領域，提供精準的測量保障。
汽車及新能源
激光跟蹤儀適用于新能源汽車動力電池生產設備的裝配調校，如卷繞機、涂布機、軋切機等，用于平面度、平行度、垂直度等檢測，大幅度提高動力電池生產設備精度，提高企業競爭力。
快速測量鋰電卷繞機墻板的平面度
航空航天航海
中圖GTS激光跟蹤儀以其測量精度高、測量范圍大的特點，被用于船舶裝配、型面測量、部件拼接等各種裝配應用場景，精準控制各項精度指標。激光跟蹤儀掃描范圍大，采集數據速度快，數據采集量大，精度高，能大大提高了飛機測量的工作效率。
重型機械制造
工程機械對各結構件質量要求嚴格，，通常要求的公差在0.1mm～0.2mm以內。GTS國產激光跟蹤儀空間測量精度以微米計，且測量范圍可達160m，能為工程機械制造提供精準的測量保障。
裝載機動臂精度檢測
法蘭直徑/圓柱度測量
能源領域
激光跟蹤儀常用于大型零部件的高精度加工、尺寸檢測和輔助維護。
展開 解鎖工業測量新動能：激光跟蹤儀引導部件自動對接新時代
3、運動部件姿態監測難?
裝配過程中，吊機臂、機器人末端等運動部件的位置不斷變化，需要對其進行實時跟蹤。但傳統的靜態測量技術，無法適應動態場景，難以保障測量精度，致使裝配過程中對運動部件的控制出現偏差。
4、人工依賴度高?
傳統裝配作業過度依賴人工經驗，裝配工人需憑借過往經驗對部件進行反復調整，不僅耗費大量時間，而且人為因素導致的誤差難以避免，容錯率極低。
創新方案：賦能動態調姿
針對上述行業痛點，中圖儀器團隊匠心打造了一套極具創新性的解決方案。該方案可與多系統深度融合，構建“測量-控制-執行”一體化平臺，實現測量與調控的自動化。方案核心設備GTS激光跟蹤儀，憑借高精度的動態測量能力與智能反饋控制系統，大幅提升裝配效率，顯著降低裝配誤差，助力航空航天、船舶制造、風電等行業邁向智能化、高精度的裝配新時代 。
其中，iTracker 6D姿態智能傳感器在測量時可實時地調整姿態并始終正對鎖定測量激光束，通過運動學模型精密解算目標的三維空間位置坐標和空間姿態角度。
測量步驟
1、搭建數據交互橋梁
首先，GTS激光跟蹤儀開放數據端口，實現與控制系統的通訊連接。PC端SMT測量軟件作為數據處理中樞，接收GTS激光跟蹤儀采集的原始數據，在完成復雜的計算后，SMT測量軟件會以UDP協議格式向控制系統發送命令，引導控制系統進行精準調姿。這種傳感與控制一體化的架構，不僅保障了數據的一致性，極大減少人為誤差，其搭載的自主研發軟件，還具備高度開放性，方便用戶根據實際需求進行定制。
2、構建部件坐標系×2
運用GTS激光跟蹤儀靶球采點方式獲取對接部件的初始形態，分別建立固定端坐標系和移動端坐標系。（設計目標是在對接作業完成后，這兩個坐標系能夠重合。）
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