摘要：本文簡要介紹了美國API公司激光跟蹤的原理、組成和主要特點，推薦了激光跟蹤儀的應(yīng)用領(lǐng)域，介紹激光跟蹤儀在機床校準(zhǔn)領(lǐng)域的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:激光跟蹤儀 機床誤差校準(zhǔn)

1．激光跟蹤儀原理和組成

激光跟蹤儀是建立在激光技術(shù)和自動控制技術(shù)基礎(chǔ)上的一種新型空間坐標(biāo)測量系統(tǒng)，它的基本原理是：跟蹤頭發(fā)出的激光對目標(biāo)反射器進(jìn)行跟蹤，通過儀器的雙軸測角系統(tǒng)及激光干涉測距系統(tǒng)（或紅外絕對測距）確定目標(biāo)反射器在球坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)，通過儀器自身的校準(zhǔn)參數(shù)和氣象傳感器對系統(tǒng)內(nèi)部的系統(tǒng)誤差和大氣環(huán)境誤差進(jìn)行補償，從而得到更精確的空間坐標(biāo)。

激光跟蹤儀的硬件包括：(1)角度測量部件；(2)距離測量部件；(3)跟蹤控制部件；(4)系統(tǒng)控制器部件；(5)支撐部件。為了提高激光跟蹤儀的測量效率和自動化程度，激光跟蹤儀還備有一些專用附件，如利用數(shù)字式溫度傳感器和氣壓傳感器對氣象參數(shù)進(jìn)行測定和修正，利用遙控器在鏡站對測站進(jìn)行操作和控制。

激光跟蹤儀的軟件是測量系統(tǒng)的重要組成部分，軟件主要包括：（1）儀器控制與坐標(biāo)測量軟件；（2）系統(tǒng)校準(zhǔn)軟件；（3）分析與計算軟件等。激光跟蹤儀的測量方式包括靜態(tài)點測量、動態(tài)目標(biāo)跟蹤測量、對目標(biāo)連續(xù)采樣、格網(wǎng)采樣和表面測量等。激光跟蹤儀的測量結(jié)果可以用坐標(biāo)方式或圖形方式顯示。

1．API激光跟蹤儀的特點

API公司是激光跟蹤儀的原創(chuàng)發(fā)明者，近年來公司不斷創(chuàng)新，將激光跟蹤測量技術(shù)推到了一個全新的高度。傳統(tǒng)的激光跟蹤測量在汽車行業(yè)遇到的最大挑戰(zhàn)是光線遮擋問題，經(jīng)過API公司的不懈努力，目前已經(jīng)有兩套行之有效的解決方案，一是絕對測距技術(shù)(Absolute Distance Meter，ADM)，二是智能測頭技術(shù)(IntelliProbe)。

API的絕對測距(ADM)技術(shù)允許跟蹤過程中斷光，將靶球放回到目標(biāo)位置，再將跟蹤頭指向靶球即可恢復(fù)跟蹤和測量。該技術(shù)基于紅外光脈沖反射拍頻計數(shù)進(jìn)行絕對測距，在10m內(nèi)精度高達(dá)0.02mm。

API激光跟蹤儀的特點如下：

1. 激光發(fā)生器直接安裝在旋轉(zhuǎn)軸上

2. 實現(xiàn)最短光路

3. 儀器體積最小化，高便攜性

4. 熱對稱，高穩(wěn)定性

5. 測量范圍最大化

API還發(fā)明了獨特的6D測量靶標(biāo)，這是一種主動式靶標(biāo)，靶標(biāo)內(nèi)的反射器用于測量空間坐標(biāo)，靶標(biāo)中集成了光學(xué)系統(tǒng)、光電位移探測裝置、伺服控制機構(gòu)和光電編碼盤等硬件，系統(tǒng)軟件根據(jù)各傳感器的輸出量和6D數(shù)學(xué)模型計算出靶標(biāo)的空間姿態(tài)，從而實現(xiàn)對被測對象的6D測量。

API激光跟蹤儀最突出的特點是緊湊和靈巧，這一特點來源于超卓的智能軸系設(shè)計技術(shù)，該設(shè)計將干涉儀(IFM)、絕對距離儀(Turbo ADM)和數(shù)字處理系統(tǒng)等重要的測量部件都集成在中心軸上，使出射的激光不需要經(jīng)過反射鏡或者柔性光纖，不僅使儀器小巧緊湊，而且消除了溫度變形和漂移等重要的誤差源。

1．激光跟蹤儀的應(yīng)用領(lǐng)域

API高品質(zhì)激光跟蹤儀自從進(jìn)入中國市場以來，得到了越來越多的中國用戶的喜愛，目前在中國激光跟蹤儀市場中占有最大份額，API激光跟蹤儀在以下工業(yè)制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

（1）航空工業(yè)：飛機型架的定位安裝，飛機外形尺寸檢測，大型零部件檢測，飛機維修等；

（2）航天工業(yè)：飛行器外形檢測，重要部件安裝位置檢測，導(dǎo)軌檢測等；

（3）汽車工業(yè)：汽車生產(chǎn)線檢測，白車身檢測，汽車工裝卡具的檢測與調(diào)整，逆向工程等（下文將對汽車工業(yè)應(yīng)用作詳細(xì)介紹）；

（4）造船工業(yè)：船舶外形尺寸檢測，重要部件安裝位置檢測，逆向工程等；

（5）科學(xué)研究領(lǐng)域：高能粒子加速器的定期檢測與調(diào)整，重要核心部件的安裝、調(diào)整與檢測等；

（6）電子工業(yè)：雷達(dá)表面形狀的檢測，雷達(dá)安裝位置檢測等；

（7）重型機械行業(yè)：重要大型部件的尺寸檢測，逆向工程應(yīng)用等。

2．#p#分頁標(biāo)題#e#激光跟蹤儀機床“機床整體不規(guī)則誤差映射”技術(shù)

API激光跟蹤儀緊湊靈巧的特點和高品質(zhì)性能，在機床校準(zhǔn)領(lǐng)域也得到了很好的應(yīng)用。API公司參與的一項新“機床整體不規(guī)則誤差映射”新技術(shù)的開發(fā)與研究。該技術(shù)是給予機床及類似的動力結(jié)構(gòu)的誤差測量、建模和補償?shù)募夹g(shù)，其中采用了API先進(jìn)的激光跟蹤儀或干涉儀為測量儀器，對機床的誤差進(jìn)行采樣測量。

4.1機床的誤差

Cnc數(shù)控機床的幾何誤差綜合起來有２１項，其中每軸有６項誤差（定位誤差，兩方向直線度誤差，俯仰角，偏擺角和滾動角）。３軸一共１８項再加上３軸的垂直度誤差，總計２１項。

4.2機床整體不規(guī)則誤差映射

    具體的測量和計算方法如下:

l 在機床整個工作空間內(nèi)，隨機測量個個點位和矢量。

l 不限制３軸到６軸或者加轉(zhuǎn)臺的誤差映射。

l 不限制設(shè)配，可以是機床，三坐標(biāo)或者機器人。。。。。。

l 可通過球桿儀測試，切削測試，激光對角線測試校驗精度

應(yīng)用實例：

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