國產(chǎn)超精密激光跟蹤儀技術(shù)

中圖儀器GTS國產(chǎn)超精密激光跟蹤儀技術(shù)具有精度高、測量范圍大、安裝簡(jiǎn)單及操作方便等特點(diǎn)，是高精度、便攜式的空間大尺寸坐標測量機，同時(shí)具高精度（μm級）、大工作空間（百米級）特點(diǎn)，在飛機、汽車(chē)、船舶、航天、機器人、核電、軌道交通裝備制造行業(yè)以及大型科學(xué)工程、工業(yè)母機的高精密加工和裝配中，能夠解決大型、超大型工件和大型科學(xué)裝置、工業(yè)母機等全域高精度空間坐標和空間姿態(tài)的測量問(wèn)題。

GTS激光跟蹤儀集激光干涉測距技術(shù)、光電檢測技術(shù)、精密機械技術(shù)、計算機及控制技術(shù)、現代數值計算理論于一體，在大尺度空間測量工業(yè)科學(xué)儀器中具有高的精度和重要性。

功能特點(diǎn)

1、主機測量系統

（1）集成化控制主機設計

強大CPU處理能力、緊湊型的控制主機內置于激光跟蹤頭，主機集成化的設計大大減少設備連接線(xiàn)纜和攜帶箱體數量，方便現場(chǎng)快速安裝。

（2)目標球自動(dòng)鎖定技術(shù)

目標鎖定相機在斷光時(shí)會(huì )在小范圍內自動(dòng)搜索到目標球，完成斷光續接，自動(dòng)鎖定目標球，全過(guò)程不需人為操作，提高測量效率。

（3）HiADM測距技術(shù)

激光絕對測距（ADM）和激光干涉測距（IFM）融合技術(shù)（HiADM），將激光干涉測長(cháng)的高動(dòng)態(tài)速度與激光絕對測距功能相結合，保證測量精度，并實(shí)現擋光恢復。

（4）一體化氣象站

一體化的環(huán)境氣象站自動(dòng)監視及更新環(huán)境氣象參數，實(shí)時(shí)補償溫度、空氣壓力和濕度對激光在空氣中空氣折射率的影響，保證測量的準確性。

（5）MultiComm通信

設備與電腦之間可以通過(guò)硬件觸發(fā)、有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )或無(wú)線(xiàn)WIFI等多種方式數據通信，方便保密車(chē)間的現場(chǎng)使用，最高測量數據輸出速度1000點(diǎn)/秒。

（6）便攜性運輸

集成化主機設計的激光跟蹤頭，集成式的配件運輸箱，使得整個(gè)運輸箱體系統體積小、重量輕，并且便于在不同的工作地點(diǎn)之間進(jìn)行運輸。

（7）密封防護設計

IP54防護等級，保證主機免受灰塵和其他污染物的進(jìn)入，環(huán)境適用性強。

（8）穩固三腳架

穩定、便捷的三角架和底盤(pán)設計確保穩定的地面測量條件，靈巧升降機構設計省力操作，穩固的三角支撐系統避免環(huán)境震動(dòng)帶來(lái)的精度損失。

2、iProbe 6D姿態(tài)探頭

iProbe 6D姿態(tài)探頭采用機器視覺(jué)和重力對齊的傳感融合技術(shù)，通過(guò)探頭的局部坐標系和系統整體坐標系的配準變換解算測球的空間位置；不僅能對點(diǎn)、線(xiàn)、面、曲面等幾何特征進(jìn)行精確測量，而且能夠根據探頭的精確空間姿態(tài)對被測工件的內部特征、隱藏特征進(jìn)行快速、高精度的測量。

3、iTracker 6D姿態(tài)智能傳感器

iTracker 6D姿態(tài)智能傳感器采用主動(dòng)反向跟蹤和重力對齊技術(shù)，在測量時(shí)實(shí)時(shí)地調整探頭的姿態(tài)并始終正對鎖定測量激光束，通過(guò)運動(dòng)學(xué)模型精密解算目標的三維空間位置坐標和空間姿態(tài)角度，可以測量非常寬范圍的俯仰角和偏航角。

4、EyeScan跟蹤式激光掃描系統

EyeScan跟蹤式激光掃描系統，采用視覺(jué)動(dòng)態(tài)跟蹤技術(shù)，實(shí)時(shí)跟蹤定位掃描頭的空間位置，配合跟蹤儀，可實(shí)現大中型物體的實(shí)時(shí)高精度掃描。操作簡(jiǎn)單，無(wú)需貼點(diǎn)。

5、SpatialMaster空間測量軟件

SpatialMaster（簡(jiǎn)稱(chēng)SMT）是一款自主研發(fā)，專(zhuān)為大尺寸測量設備如激光跟蹤儀配套使用，并且通過(guò)PTB認證的通用三維測量分析軟件。SMT支持多個(gè)任意類(lèi)型的儀器同時(shí)測量，測量數據可溯源的，具有強大的數據處理分析功能，支持生產(chǎn)制造過(guò)程中的幾何尺寸公差(GD&T)評定，此外SMT具有優(yōu)秀的用戶(hù)交互性，方便靈活的分析報告功能。

6、RobotMaster機器人檢測校準套件

基于GTS激光跟蹤儀的RobotMaster機器人套件為工業(yè)機器人空間絕對位置精度測量標定和性能檢測提供高效可行的解決方案，既提供基于光學(xué)靶球的經(jīng)濟方案，也提供基于6D姿態(tài)智能傳感器的增強方案。

中圖儀器GTS激光跟蹤測量系統已經(jīng)發(fā)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(xué)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(diǎn)、線(xiàn)、面、曲面等幾何特征進(jìn)行精確測量；

2、GTS6000激光跟蹤儀與空間姿態(tài)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(tài)對被測工件的內部特征、隱藏特征或曲面等復雜特征進(jìn)行快速、高精度的測量。

應用領(lǐng)域

GTS國產(chǎn)超精密激光跟蹤儀技術(shù)廣泛應用在各種大尺度空間精密測量領(lǐng)域，如

在航空航天領(lǐng)域對飛機零部件及裝配精度的測量；

在機床行業(yè)中對機床平面度、直線(xiàn)度、圓柱度等的測量；

在汽車(chē)制造中對車(chē)型的在線(xiàn)測量；

在制造中對運動(dòng)機器人位置的精確標定。

此外，激光跟蹤儀還可以廣泛應用到造船、軌道交通、核電等先進(jìn)制造各個(gè)領(lǐng)域。

應用案例

測量需求

在石油化工領(lǐng)域，管板式熱交換器內部有多個(gè)管板和折流板，每一塊管板和折流板上都有多個(gè)管孔，導熱管束平行穿過(guò)折流板和管板，管束的兩端通過(guò)焊接固定在管板上，為了使每一根管束都能順利裝在管板和折流板，在實(shí)際生產(chǎn)中需要確保每個(gè)導熱管對應的管孔必須在同一條軸線(xiàn)上，且每個(gè)管板和折流板在安裝固定過(guò)程需要保持平行。

熱交換器示意圖

解決方案

激光跟蹤儀高精度、高效率的特點(diǎn)，在管板式熱交換器測量領(lǐng)域得到了廣泛應用。激光跟蹤儀利用激光束的準直性和測距技術(shù)，可以快速、精確地測量熱交換器的關(guān)鍵尺寸，如管孔位置和管板平面度等。

GTS激光跟蹤儀進(jìn)行管板式熱交換器測量有以下優(yōu)勢：

1.高精度：激光跟蹤儀的測量精度可達到微米級別，滿(mǎn)足了石油化工行業(yè)對熱交換器尺寸控制的嚴格要求；

2.高效率：與傳統測量方法相比，激光跟蹤儀單人輕松操作，大大縮短測量時(shí)間，提高工作效率；

3.測量范圍大：激光跟蹤儀測量半徑可達80米，滿(mǎn)足多種規格尺寸測量需求；

4.可視化數據：激光跟蹤儀自動(dòng)記錄和存儲測量數據，可視化圖形清晰展示各部分數據，快速引導裝配；

5. 柔性測量：激光跟蹤儀可以在空間自由移動(dòng)，適應不同的測量環(huán)境和對象。

現場(chǎng)應用實(shí)例

1.導熱管安裝測量

下圖為導熱管測量數據，通過(guò)SpatialMaster分析軟件中的向量組查詢(xún)功能，不難看出導熱管在安裝過(guò)程中中間部分出現了變形，可根據軟件的視圖中導熱管變形位置及方向，進(jìn)行調整來(lái)提高裝配精度。

導熱管數據分析圖

2.管板和折流板平面度測量

為了管束在安裝過(guò)程中保證平行，在實(shí)際生產(chǎn)中就需要保證單個(gè)管板和折流板的平面度符合要求，可以使用GTS3600型號激光跟蹤儀搭配1.5英寸高精度SMR反射目標靶球，對管板和折流板的平面進(jìn)行測量。

管板數據分析圖

GTS系列激光跟蹤儀，具有精度高、測量范圍大、安裝簡(jiǎn)單及操作方便等特點(diǎn)，在上述案例中，GTS系列激光跟蹤儀，不僅能滿(mǎn)足產(chǎn)品的測量需求，還能提升產(chǎn)品的安裝精度，為大尺寸部件的安裝提供數字化的保障。