faro激光跟踪仪工作原理解析
faro激光跟踪仪工作原理解析资料讲解
激光跟踪仪在飞机型面测量中的应用
飞机在部装和总装过程中需要检测的几何参数 主要包括轴线偏斜度、定位装置的角度偏差、距离、 平行度、垂直度以及部件外形孥日。这些几何参数 的计算是通过对一些几何元素(如点、线、型面等) 的测量得到的。这些几何元素的测量可直接由激光 跟踪仪完成，通过把CAD模型或理论数值和实际测 量值作对比来实现。激光跟踪仪测量系统测量型面 操作步骤分为三部分。第一步是测前准备工作，第 二部分是建立工装坐标系，第三步是在工装坐标系 下测量型面隔。这三部分内容既有联系又各自独立， 三部分工作可以连续进行，也可以分段进行。下面 对每—个操作步骤及操作中要注意的事项作详细的 介绍。
faro激光跟踪仪工作原理解析
激光干涉仪
从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜 分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射 回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射 镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电 转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、 放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子 计算机按计算式式中λ为 激光波长(N 为电脉冲总数)， 算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪 时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都 会引起直流电平变化而影响测量结果 。
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全机水平测量数据处理及结果验证
在全机水平测量前, 首先要查出全机水 平测量点理论坐标值, 一般以飞机水平基准线、 对称轴线为基准, 以机头位置或对称轴线上其 他位置为起始原点, 建立水平测量点相对于水 平基准线和对称轴线下的理论空间坐标系, 然 后把实际测得标点坐标通过系统计算, 得出实 际测量值与理论值之间的差异,从而得到标点 的偏离情况, 同时, 计算出全机大部件的安装 角、倾斜角等。
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FARO激光跟踪仪
FARO Laser Tracker/LaserTracker/cnFARO激光跟踪仪简介应对测量挑战全世界的客户都信赖FARO激光跟踪仪，并利用它来应对日常的测量挑战以及过去无法解决的复杂难题。
重新定义效率FARO激光跟踪仪在设备校准、设备安装、部件检测、工装建造与设置、制造与装配集成和逆向工程等应用领域都缔造了突破性的效率。
增加产量通过提高工作速度、缩短停工时间、消除昂贵的废料以及获得精确、一致和值得报告的测量数据，许多公司节省了数百万美元的费用。
提供优质产品利用FARO激光跟踪仪，您可以制造出更具竞争力的产品，加快实施产品改进计划并为当今的技术市场提供高性能的产品。
三维测量两个角度编码器会测量俯仰角度和旋转角度，同时利用高精度的绝对测距仪来确定靶标的 三维位置。
该位置在软件中显示为X,Y 和 Z 值。
跟踪靶标将激光束平行反射回来，但反射回来的激光束返回至跟踪仪时会发生偏移，这时位置探测器(PSD)将计算出反射与入射两道光束之间的偏移量。
伺服电机会不断地 (每秒数千次)调整跟踪仪的跟踪头， 将两道光束之间的偏移量降至最小，从而实现高速、动态的测量。
实际应用校准• 比传统方法更准确、更省时• 重复性测量，合理的趋于失真• 通过实时测量来确定公差和验证设计逆向工程• 获取高精度的数字化扫描数据• 不再需要硬件母版工装建造• 全程精确测试(确保部件达到最高的装配标准)• 验证工装的尺寸完整性和可重复性(确定或预先防范工装缺陷)零件检测• 将复杂的几何结构、曲面和特征位置与标称数据进行比较• 不需要移动工件到固定的检测工具中• 减少生产废料和不合格产品带来的损失设备安装• 安放/调平床身• 防止机床在磨合期运行时造成的损坏• 降低设备上的零件磨损和撕裂制造与装配集成• 实时获取关键的定位反馈• 设置移动部件的标称坐标• 在移动过程中动态地持续测量，以提供定位点的数据FARO Laser Tracker Vantage小型、轻量化设计Vantage是FARO所制造的体积最小、重量最轻的激光跟踪仪，不仅具有极佳的易用性，而且便于在不同的工作地点之间进行运输。
激光跟踪仪介绍课件
案例一：激光跟踪仪在汽车制造中的应用
总结词
精确测量、提高效率
详细描述
激光跟踪仪在汽车制造中主要用于对车身各部件进行精确测量，以确保它们符 合设计要求和规格。通过使用激光跟踪仪，制造商可以快速、准确地获取测量 数据，减少误差和返工，从而提高生产效率。
案例二：激光跟踪仪在航空航天领域的应用
总结词
高精度、安全性
THANK YOU
感谢聆听
更新软件
保持仪器软件更新至最新版本，以获得更好的性能和稳定性。
常见故障排除
01
02
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测量失准
检查仪器是否校准，检查 连接线缆是否完好，重新 启动仪器尝试。
仪器无法开机
检查仪器电源是否正常， 检查电池是否需要充电或 更换。
线缆破损
如有线缆破损，及时更换 新的线缆。
05
激光跟踪仪的发展趋势与展望
技术创新
详细描述
在航空航天领域，激光跟踪仪被广泛应用于飞机和航天器的制造与维护。它能够提供高精度的测量 数据，确保零 部件的精确安装和整体结构的稳定性。此外，激光跟踪仪还可以用于检测飞机表面的平滑度和光泽度，从而提高 飞行的安全性和舒适性。
案例三
总结词
高效检测、降低成本
详细描述
在大型设备安装与调试过程中，激光跟踪仪能够快速、准确地检测设备的各项参数，如设备的几何尺 寸、位置和姿态等。通过使用激光跟踪仪，工程师可以减少传统测量方法所需的时间和人力成本，提 高工作效率，同时确保设备安装的准确性和稳定性。
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激光跟踪仪的组成与性能
激光头
激光发射器
产生高精度、高稳定的激光束，用于测量和跟踪目 标。
光束控制装置
对激光束进行调制、整形和准直，确保光束质量和 稳定性。
法如激光扫描仪原理
法如激光扫描仪原理
法如（FARO）激光扫描仪是一种采用三维激光扫描技术的专业设备，其工作原理主要包括以下几个核心步骤：
1. 激光发射：法如激光扫描仪内部装有高速旋转的镜组或通过振镜系统控制的激光头，能够快速发射出一束或多束激光。
2. 激光测量：激光束投射到物体表面后发生反射，返回至扫描仪接收器。
3. 距离测量：根据激光脉冲从发射到被反射回来的时间差（飞行时间法TOF，Time of Flight），利用光速计算出扫描仪与被测物体之间的精确距离。
4. 角度定位：通过监测和记录激光发射和接收的角度变化，可以确定激光点在空间中的水平和垂直位置。
5. 数据整合：连续且快速地采集大量这样的距离和角度信息，形成大量的三维坐标点，这些点云数据经过处理后，可构建出高精度的三维模型。
6. 实时成像：一些高端的法如激光扫描仪还配备了相机模块，
可以在获取三维点云的同时捕捉环境色彩信息，实现真实感更强的彩色三维模型重建。
FARO激光跟踪仪案例一
车工专家采用FARO 激光跟踪仪(FARO Laser Tracker)，只需耗费一半时间，即可达到更高精度更高智能的工程与技术往往是促进任何工业发展的关键动力。
其中，精密工程科学至今依然是制造业的复杂制造工艺的核心因素。
Self Levelling Metal Machines Pte Ltd (SLMM)正是一家精密工程公司，该公司是业务遍布全球的Self Levelling Machines (SLM)公司属下成员之一。
SLMM 创办于2000年，是Self Levelling Machines (Australia)与Metal Machines Engineering Services (Singapore)两家公司的联盟企业，公司总部设在新加坡。
SLMM 为多家公司提供巨型的原位精密车工服务，包括镗孔、铣削及钻孔等。
SLMM 项目工程师Lok Qiuquan 分享其经验时表示，“我们多数客户是来自海事与岸外工业。
我们所从事的岸外石油加工产品包括浮式生產儲油及卸油系統(FPSO)、转塔系泊系统、岸外起重機及悬链锚腿系泊(CALM)浮筒等等。
这些部件的体积非常巨大，无法放置在一般的车工中心，我们必须将设备带到客户所在地点，在现场为他们进行车削。
”SLMM 所承接的所有项目，都必须在车削工作开始前及完成后进行检验。
模拟安装、机器对准及几何尺寸检验等都是SLMM 的日常工作之一。
“这些工作需要详细测量，每次测量的条件都可能有所不同。
”Lok 表示，“测量对象可能是30毫米的小孔，也可能是直径30米的巨型结构，经常需要使用多种不同的传统仪器和手持工具。
”这些测量方法尽管效果相对良好，但是SLMM 依然在寻求效率更高的替代方法。
“由于我们的项目日益复杂，我们意识到需要改善工作流程，以防止出现瓶颈。
我们的美国伙伴向我们推荐FARO 激光跟踪仪，因为他们使用后觉得效果极好，尤其是针对需要用到圆形自调平机器(CSLMs)的项目而言。
激光跟踪仪PPT幻灯片课件
测量பைடு நூலகம்围及参数
• 水平转角： 640°（± 320°）
• 垂直转角： +80°～ -60°
• 测量距离（IFM&ADM）： > 60米
• 角度分辨率： ±0.07 "
• 加速度：
>2 g
• 最大跟踪速度：
>3 m/s
• 电子水平仪精度： ±2 "
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三维空间测量精度
• 静态： 5ppm（5µ m/m）
最大角速度：180º/s(π rad/s)
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距离测量性能
•分辨率：0.5µm/m •采样速率：16,000/s •精度(MPE)：16µm+0.8µm/m
•最大径向加速度：30m/s 2，
最大径向速度：大于25m/s
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API公司
• 美国自动精密工程公司（automated precision Inc.）。API公司在国际精密测量 领域享有很高的声誉。
坐标轴的偏转角 ，， 来确定。
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位姿特性
• 位姿精确度 • 位姿重复性
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其他测位姿特性方法
• 多激光跟踪干涉仪法（位置）
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其他测位姿特性方法
• 超声三边测量法 • 机器人在三维空间中的位置用三个固定的
超声话筒得到的距离可以得到，超声话筒 接收装在机器人上的声源发出的超声脉冲 串。 • 如果机器人有三个独立的声源，并且每个 话筒能检测到来自三个声源的脉冲串，就 能检测到机器人的姿态。
倾斜角±45，°俯仰角 ±45°，旋转角 360° •电池供电无线操作，提高了工作效率 •与其他类似仪器相比，它尺寸更小、重量更轻、使用更方
便
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三家公司产品主要性能比较
激光跟踪仪
激光跟踪仪
授课 时间
授课 时数
课
型
讲授
教学 目的 要求
1、激光跟踪测量系统基本组成
2、激光跟踪仪
3、激光跟踪仪使用与维护
教学 重点
激光跟踪仪
教学 难点
激光跟踪仪
学情 分析
实物与课件、教具的演示将会提高学生的学习兴趣，增强感性认识，提高教学效 果。注意从演示中让学生熟悉形位公差的符号。
教学:
方法 教学
2、激光跟踪仪的组成
3、激光跟踪仪工作原理
跟踪器发出的激光束对要测量的对象 的一个反光目标。光反射目标追溯其路径， 再进入在同一位置跟踪它离开。
四、激光跟踪仪使用与维护
1、仪器的维护和存放
2、光学器件的除尘和清洗
了解激光跟踪测量系 统基本组成
了解激光跟踪仪的工 作原理
了解激光跟踪仪使用 与维护的方法
听老师讲，了解激光 跟踪仪概述
使学生了解激光跟 踪仪的基本特点
二、激光跟踪测量系统基本组成
激光跟踪测量系统实主要由以下四个 部分组成。
1、距离测量部分
2、角度测量部分
3、跟踪控制部分
4、测量电路部分
三、激光跟踪仪
1、定义
激光跟踪仪(Laser Tracker)是一台 以激光为测距手段配以反射标靶的仪器，它 同时配有绕两个轴转动的测角机构，形成一 个完整球坐标测量系统。可以用它来测量静 止目标，跟踪和测量移动目标或它们的组 合。
使学生掌握激光跟 踪测量系统的4个基 本组成部分
使学生了解激光跟 踪仪的工作原理
使学生了解激光跟 踪仪使用与维护的 方法
小结
巩固练习
激光跟踪测量系统、激光跟踪仪
课后作业
激光跟踪仪介绍资料讲解
激光跟踪仪的外观
激光跟踪系统坐标
x
如图，设P（x，y，z）为被测空间点， 假设点P 到点O 的距离为L，OP与z轴 夹角及x轴夹角已知，则有如下关系：
x L sin cos y L sin sin z L cos
测等
角度测量部分
包括方位角和高度角的角度编码器。 其工作原理类似于电子经纬仪、马达驱 动式全站仪的角度测量装置，包括水平 度盘、垂直度盘、步进马达及读数系统， 由于具有跟踪测量技术，它的动态性能 较好。
激光跟踪控制部分
由光电探测器（PSD）来完成。反 射器反射回的光经过分光镜，有一部分 光直接进入光电探测器，当反射器移动 时，这部分光将会在光电探测器上产生 一个偏移值，光电探测器根据偏移值会 自动控制马达转动直到偏移值为零，实 现跟踪反射器的目的。因此当逆反射器 在空间运动时，激光跟踪头能一直跟踪 逆反射器。
测量电路部分
该部分用于读出距离变化量和两个编码器的输出 脉冲数。与计算机之间进行大量的数据交换，计算机 进行数据处理，实时显示运动目标的三维位置。激光 跟踪器头围绕着两根正交轴旋转。每根轴具有一个编 码器用于角度测量和一只直接供电的DC电动机来进行 遥控移动。传感器头包含了一个测量距离差的单频激 光干涉测距仪（IFM），还有一个绝对距离测量的装 置（ADM）。激光束通过安装在倾斜轴和旋转轴交叉 处的一面镜子直指反射器。激光束也用作为仪器的平 行瞄正轴。挨着激光干涉仪的光电探测器（PSD）接 收部分反射光束，使跟踪器跟随反射器。
其中角度值由安装在跟踪头上的两个 编码器给出，距离值由跟踪头中的激 光干涉仪给出
激光跟踪仪工作原理
目标靶镜原理
入射靶镜的光束将沿原路返回
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影响因素
激光跟踪仪通过优化测量方式可以完全实现全机的水 平测量工作, 提高了测量效率、精度及可靠性, 具有操 作简单、人为干扰因素少、多次测量差异性小等特点， 但也有一些影响误差的因素。如： 1 系统误差 激光跟踪仪系统误差(设备误差)主要有两方面：激光干 涉仪测量误差；角编码器测量误差。激光干涉仪分辨 率为0．001 26 mm，角编码器分辨率为0．14”。理论 上，在不超过10 m测量范围内，激光跟踪仪系统误差 不超过0．01 mm。但随着测量距离增大，系统误差也 将增大；第二方面 靶标及附件的制造误差，靶标及附 件的制造误差也是影响系统误差的一个原因。提高附 件制造精度，定期检修靶标及附件是控制上述测量误 差的有效措施。
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1.坐标系的建立 飞机具有外形尺寸及重量大、外部结构特殊、部 件之间相互位置关系要求严格等特点。而激光跟踪仪 则要求一个站位内测量点光线直线可达, 不可断光再续, 且中间不能有障碍物, 但在飞机上的水平测量点大部份 是对称分布, 比如机翼、平尾的安装角就需要测量机身 左右的坐标点, 由于中间被机身、起落架或其他挂载挡 住, 因此在一个站位下就不可能测量出所有的坐标点, 而需多个站位、多个坐标系, 所以单台激光跟踪仪必须 通过转站的方法扩大测量范围, 避开障碍物, 以使单站 位下光线直线可达。 实现测量。转站指的是在相邻的站位之间靠至少几 个 共同基点联系起来, 前一个站位测量几个共同基点,下 一个站位再次测量这几个共同基点, 然后由计算机测量 软件通过拟合计算, 把不同站位信息相互联系, 形成一 个统一的坐标系。
激光干涉仪
从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜 分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射 回来会合在分光镜上而产生干涉条纹。当可动反射 镜移动时，干涉条纹的光强变化由接受器中的光电 转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、 放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子 计算机按计算式式中λ为 激光波长(N 为电脉冲总数)， 算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干涉仪 时，要求周围大气处于稳定状态，各种空气湍流都 会引起直流电平变化而影响测量结果 。
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全机水平测量数据处理及结果验证
在全机水平测量前, 首先要查出全机水 平测量点理论坐标值, 一般以飞机水平基准线、 对称轴线为基准, 以机头位置或对称轴线上其 他位置为起始原点, 建立水平测量点相对于水 平基准线和对称轴线下的理论空间坐标系, 然 后把实际测得标点坐标通过系统计算, 得出实 际测量值与理论值之间的差异,从而得到标点 的偏离情况, 同时, 计算出全机大部件的安装 角、倾斜角等。
激光跟踪仪的优点
传统的飞机全机水平测量一般是采用常规的光学仪器, 即用水平仪和经纬仪对飞机的安装角和对称性进行测量, 但 这种测量方法有测量效率低、人为误差比较大及测量精度比 较差等缺点。随着飞机性能不断提高, 对飞机外形的要求也 越来越高, 因此对全机调平误差提出了更高的要求,有些飞机 调平误差为±0.5 mm 以下, 常规光学仪器已不能满足水平测 量的要求。而全机水平测量是检测最终产品安装精度是否满 足技术要求的必须的检测项目, 目前工厂的型架安装已经完 全采用激光跟踪仪定位安装, 部分重要机加件也全部采用数 字化测量技术。激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高 精度的大尺寸测量仪器。它集合了激光干涉测距、光电探测、 精密机械、计算机及控制、现代数值计算理论等各种先进技 术, 可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。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、 操作简便等特点, 适合大尺寸工件装配测量, 因此适用于飞机 类产品空间点位的测量。
3.批次测量
由于站位转换要花费大量的时间, 为了保证在所有的站位都可以测到转站 基点, 有时对基点位置需要进行多次调整, 而对于批产飞机, 由于产量大, 水平测量工作量比较大, 若每次测量都要重新设置基点, 显然不利于提高 测量效率, 因此需要通过设置水平测量位置来解决该问题。即设置一个区 域为全机水平测量专用位置, 并在该位置预埋转站基点, 将飞机的位置、 激光跟踪仪大致位置做好标识, 在下次测量时则无须再次设置基点, 而利 用原基点即可实现多架次、多批次测量, 提高了测量效率。
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测量的难点及解决措施
2.坐标点的测量
通过站位转换, 能测量到全机所有的坐标点。一般测量方法有: 1)直接测量法, 直接将靶标放置到待测点位置, 通过多次采样, 由测量系统 通过计算得出结果的均值, 实现被测标点的测量, 比如对于机身侧面的标 点就可以采用这种方式; 2)间接测量法, 通过测量球面或圆形, 采用球心或圆心拟合方式间接测出 球心或圆心的点的坐标, 比如对于机翼、平尾下部的标点, 由于坐标点在 下部, 有时受激光头高度的限制, 不便直接测量, 可以采取间接测量方式
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激光跟踪仪测量系统的组成及原理
激光跟踪仪测量系统的组成及原理 激光跟踪仪实际上是一台激光干涉测距和自动跟踪测角测距 的全站仪, 跟踪头的激光束、旋转镜和旋转轴构成了激光跟踪仪 的三个轴, 三轴相交的中心是测量坐标系的原点。激光跟踪仪可 以连续的瞄准、跟踪并确定由移动或稳定的反射目标返回激光束 的位置。简单的说, 激光跟踪测量系统可静态或动态地跟踪一个 在空中运动的点, 由此形成球坐标测量系统, 并测得三个位置参量 α、β、γ即可确定目标直角坐标系的位置矢量P = (x， y， z)。 x =OP sinβcosα y = OP sinβsinα z = OP cosβ 其中α，β是有两个角度编码器来读出的，OP是有经整形、放大 后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算公式， 可计算位移量OP 两个角编码器自动测量靶标相对于跟踪仪的水平方位角和垂直 方位角；靶标与激光跟踪仪之间的距离由激光干涉仪测量。这些 信息经传感器电缆传给激光跟踪仪控制机，跟踪仪控制机整理计 算后，一部分信息经马达电缆反馈回激光跟踪仪，控制伺服马达， 使激光束始终锁定移动中的靶标；另一部分信息经局域网传输给 应用处理机，储存在数据库中。 2