激光跟踪仪测量方法分析与改进

邓辉

（上海飞机制造有限公司，上海 201324）

激光跟踪仪测量方法分析与改进

邓辉

（上海飞机制造有限公司，上海 201324）

目前，加工效率的提升以及成本的减少等问题在生产现场日渐受到相关人员的重视，更加重要的是生产高品质的产品。为了实现制造业的有序推进，需要认识到高精度部件的加工机床与高精度测量仪器的加工生产线构成的自律式加工系统是极为必要的。对于测量仪器以及装置，生产现场的要求为满足大范围环境温度的需要、有较强的抗污染以及防振动能力、测量精度高、使用便利。现阶段，生产厂家为了满足加工环境的需要，积极研发新的产品，使产品测量更加精确、稳定，操作使用更加便利。

激光跟踪仪；测量方法；激光；旋转镜

1 激光技术

激光其实不是在自然界存在的，是通过人工处理受激而发出的一种光。激光与普通的光是不同的，具有其独特的特点，比如有较强的方向性、亮度、相干性等。作为新型的光，激光的出现与应用迎来了光学应用技术革命，并且在生产、国防以及活动等领域都有广泛应用，成为了现代技术生产发展依赖的重要方法与手段。激光技术其实就是对各种能够产生激光的方法进行研究分析，明确激光运用的特点，使其成为人类生产活动的重要技术。

2 激光跟踪仪测量系统的基本原理

近年来，激光跟踪测量系统在社会上很多领域中都有广泛应用，很多企业都推出了不同品牌的激光跟踪仪，所有的激光跟踪仪的构成主要包括激光跟踪头、用户计算机、控制器、反射器以及测量附件等。本次实验研究使用的激光跟踪测量系统主要是LTD640型号，激光跟踪测量系统的应用原理分析也是基于此进行的。

2.1 系统组成分析

激光跟踪仪是一台全站仪，能够利用激光对测距以及自动跟踪测角测距等进行干涉，不同之处是没有望远镜，激光跟踪仪的3个轴主要是由跟踪头的激光束、旋转镜以及旋转轴等组成的，测量坐标系的原点就是3个轴相交的中点位置。激光跟踪测量系统的硬件主要涉及传感器头、控制器、带LAN电缆的应用计算机、电缆、电动机以及反光镜等。

2.2 系统原理分析

激光跟踪测量系统工作的主要原理就是将反射器安装在目标点上，激光从跟踪头中发射出，到达反射器上，然后又回到跟踪头上。如果目标位置出现变化，需要跟踪头对光束方向进行调整，从而与目标位置对准。与此同时，检测系统对返回光束进行接收，对目标的空间位置进行测量计算。简而言之，激光跟踪测量系统主要是对空间中运动的点进行动态或静态化的跟踪，进而明确目标点的空间坐标位置。

3 激光跟踪仪测量坐标系

空间坐标系的系统主要是由3条相交并且相互垂直的轴系统构成，点的坐标值主要取决于其与轴的相对位置，利用右手笛卡儿坐标系RHR进行。坐标轴的交点一般就是原点，坐标值就是点依据轴的方向，从点到原点间的距离。

4 坐标转换测量法的操作步骤

依据Axyz软件中LTM模块对工装系统坐标点进行测量，获得TB及ERS；在CDM模块中的Workpiece中保存好测量获得坐标点TB、ERS，此时的系统坐标就是原始坐标BASE；在Reference中选择ERS系统坐标理论参考值，系统转换测量的系统点，使转换的公差处于合理的范围内；对标尺的尺寸大小进行验证，使其满足需要；从Reference的OTP参考文件中对将要调整的零件光学测量进行选择，比如OTP407、OTP408以及OTP409，同时选择Swap Points；将OTP407、OTP408以及OTP409的理论值输入到Workpiece中，保证OTP407、OTP408以及OTP409与TB、ERS在相同的坐标中。

此时，OTP407、OTP408和OTP409的值分别为：OTP407中，X=2 819.25、Y=270.16、Z=－2 518.19；OTP408中，X=2 740.86、Y=252.06、Z=－2 346.07；OTP409中，X=2 740.86、Y=162.56、Z=－2 355.47.之后，依据零件的OTP的地点，轴对正Workpiece的点；选择OTP407、OTP408以及OTP409点，对其轴对正方向进行定义，将OTP407作为新坐标的原点，Z轴正向是OTP40到OTP408的方向，Y轴负向时OTP40到OTP409的方向。

将轴对正后，Workpiece中的点坐标就会变成新的坐标，即AΧIS407，此时，OTP三点坐标就是标准坐标。OTP407、OTP408以及OTP409的值为：OTP407中，X=0.00、Y=0.00、Z=0.00；OTP408 中，X=0.00、Y=0.00、Z=190.00；OTP409中，X=0.00、Y=-90.00、Z=190.00.可以发现，OTP407、OTP408以及OTP409的X轴方向是一致的，并且在相同的平面中。随后，将转换完毕的OTP点移到Reference中，将其作为依据，被称为AΧIS407；将LTM模块的系统进行刷新，使其成为新的AΧIS407坐标，挑选Reference中AΧIS407的OTP文件，进而进行调装。此时，对零件进行调整，只需要对零件的OTP407、OTP408以及OTP409进行调整，将平面法向X值控制在公差范围中，Y，Z在相同平面内，通过平移对位置进行调整。使用这种方法能够使定位卡板的测量效率得到提升，定位调整花费更短的时间，实现高效的工作。

5 坐标转换测量法的优势分析

坐标转换测量法的优势分析结果为：①高效。在工装定位时，如果使用普通的技术方法对偏差进行调整，则一般需要30 min的时间，但是使用坐标转换测量的方法，第一次整修一般是在10 min左右，之后每次调整需要结合具体环境以及条件进行，时间一般是10～20 min，对于调整工装定位的偏差，一般会缩短50%左右的时间。②完整。全部现存工装定位几何误差的捕捉、评估以及可视。③创新。在工装、三坐标测量仪中应用激光跟踪仪对工作空间进行测量。④灵活。结合客户需要，将测量的误差转化为AFM格式对数据进行校正。⑤精确。使用精度比较高的激光长度对误差进行独立、全面的分析。

6 结论

激光跟踪仪与三坐标测量设备相同，对建坐标方式进行丰富，不仅涉及传统三点、点线面等建坐标，多点拟合坐标系等，还有比较特殊、复杂的拟合建坐标的方法，这种方法可以将工件上的平面、曲面、定位点、孔等相结合，将此作为基础建坐标，拟合计算工件坐标系。在导入工件数学模型时，选择合适的基准面上的表面点、基准中心，对这些基准元素进行测量，获得拟合计算的结果。对数据进行分析时，可以先明确基准间的冲突，再确定是否要将有出现问题可能的基准舍弃，要保证建坐标基准与工件实际安装定位的基准是一样的，从而使坐标系测量的误差能够最大限度地减小。

V465

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.072

2095－6835（2017）21－0072－02

〔编辑：张思楠〕