API公司T3激光跟踪仪

1、一、 美国 API 公司简介美 国 自 动精 密 工程 公 司(A utomated P recision I nc. 由刘锦潮博士 (Dr. Kam C.Lau创建于 1987年。公 司自成立以来始终致力于机械制造领域精密测量仪器和 高性能传感器的研制和生产, 产品已广泛应用于美国及世 界各国的先进制造领域。在与美国联邦政府、美国国家标 准局(NIST 、国家制造科学中心、密歇根大学、马里兰 大学、北卡罗莱纳大学、康涅狄格大学等的项目合作中, API 公司都是积极参与者和关键技术伙伴。 API 公司迄今 为止所取得的成就使其在国际精密测量领域享有很高的 声誉。刘锦潮博士于八十年代初率先开展激

2、光跟踪测量技 术的研究,持有激光测量系统多项专利,是全世界公认的 激光跟踪技术发明者。 API 公司不仅推出了国际上第一台 商业化激光跟踪仪(即瑞士莱卡激光跟踪仪 。而且是目 前世界上唯一能生产六维激光跟踪仪的厂家。 API 研制的 绝对测距(ADM 技术早在 1996年就在美国宇航(NASA 和美国海军(NAVY 工程中得到了成功应用。目前, API 激光跟踪仪已经被广泛应用到了航空、航 天、汽车制造、造船、铁路机车、机床、石油、电子等行 业。 美国国家标准局(NIST 、 中国国家计量科学研究院 、 美国宇航局、 Boeing 、 Airbus 、洛克希德马丁公司、英国 航空公司、 法国雪

3、铁龙公司、 通用汽车公司、 日产、 标致、 雷诺、雪铁龙等都已成为 API 公司的忠实用户。中国国家计量科学研究院(NIM 作为中国计量行业 的最高权威单位与 API 的合作更体现了强强联合的特点。 API 激光跟踪仪的客户清单及在航空及船舶行业的使用状 况详见附后。为更好地服务于中国客户, API 公司于 2004年初在上 海成立了上海爱佩仪自动精密仪器科技有限公司, 作为中 国用户的技术服务中心。 API 上海公司的工程技术人员均 为本科或硕士学历, 并定期在美国总部接受专业的技术培 训,上海公司可以提供设备的操作培训、维修保养和设备 标定,同时面向中国客户提供 API 产品的零配件供应,

4、以 最大地方便客户,为客户提供最优质的服务。上海公司同时提供激光跟踪仪备用机, 当用户的设备 处于检查维修阶段时,我们可向客户提供备用机,保证用户的生产正常进行。二、投标设备的技术描述2.1 API Tracker 3型激光跟踪仪主机特点 第三代激光跟踪仪主机2.1.1 Base Tracker Head激光跟踪头采用最先进合理的设计,使系统内部光路最短,误差传递链最短,实现了无折反光路,从最大程度上减少了误差来源。结构简化,仪器自校准简单、快速、准确、易于溯源。与第一代激光跟踪仪相比,第三代激光跟踪仪在激光跟踪头上做了极大的改进跟踪头集成了世界上最先进的光学和电控技术,激光光路上取消了光学反

5、射镜;跟踪头置于仪器的俯仰轴上,并处于仪器的对称中心。有以下优点: 这样的结构使得激光的死程光路最短,最短的光路是最好的光路。 激光光路的在任何一个角度上的精度是一致的。反射镜在光路系统的作用仅是将激光反射出去,而激光在非 45°入射角入射时,光斑在反射镜上的光斑是个椭圆光斑,这样会影响激光的准直性,测量的精度会下降,因此在 45°角时精度最好。取消反射镜后,激光在各个方向上都是直接射出的。Tracker 3激光跟踪仪代表了世界上最先进的激光跟踪技术。 在可携带性、 高精度、稳定性、 测量空间范围和容易使用方面具有同类仪器所无法比较的优势。热稳定性好。这是一个特别重要的特点

6、。热是影响 光路变化的一个重要因素,而激光光路对称式结构 设计的好处是热源是对称式扩散,能在最大限度的 减小光路的变化。因此第三代激光跟踪仪能够适应 不同的温度条件,达到高精度测量目的,同时使得 仪器在长时间的工作条件下保证激 光光路的稳定 性。内置自适应温控系统。好处是,保证仪器更宽阔的 温度测量条件, -10 +50 , 这是同类仪器无法达 到的。缩短预热时间,激光器预热时间 15分钟。取消反射镜后,综合测量精度提高了近一倍,跟踪 仪的测角空间大大扩大,激光的测量距离更大。 2.1.2 激光干涉计(IFM 和增强型绝对测量计(ADM 激光干涉技术是 API 公司的核心技术之一。公司同时生

7、产全球独一无二的 5D/6D激光干涉仪。 激光器采用 He-Ne 激光器,激光寿命不小于 50,000小时。激光波长 633nm;安全等级: 21CFR, Class II; 激光光斑:4mm;分辨率:1m ;激光测长:60米增强型绝对测量计(ADM 。 API 采用独特技术研制的绝 对 测 量 功 能 (ADM , 又 叫 RTOF (Repeatitive-Time-Of-Tlight 。 是当前市场上精度最 高的绝对测距系统。与第二代相比,采样速度提高了 8倍;实时和激光干涉仪基准进行比较校准补偿,极大减小了 温度变化的影响,稳定性好;测量的空间范围更大,激光测长 60米。分辨率:1 m

8、 ,其原理见样本。2.1.3三维测量模式和六维测量模式的相互转换。将一个普通的反射靶 (SMR 放在激光束的前面, 系统将 采用三维跟踪模式;当将 STS 六维传感器放在激光束的 前面,系统将采用六维跟踪模式,产生 X 、 Y 、 Z 和姿态 的三个转角。2.1.4测量时覆盖的测量空间最大。API 激光跟踪仪在设计时本着最大限度的方便操作 q 者 的原则,最大限度的扩大跟踪仪的测量空间。不论是在 角度空间还是在长度空间都具有同类产品所无法比拟的 优势。角度空间:俯仰角 +80°, -60°偏转角 640°(±320° 长度空间(IFM 和 AD

9、M 激光测长: 60m是全球重量最轻、体积最小、最便携的激光跟踪仪。其重量是同类产品的 1/3或 1/4,体积约为同类产品的 1/2或 1/3。 一个工作人员即可将仪器随便搬动, 极大的 方便了操作者。2.1.6采用德国 Heidenhain 公司的高精度圆光栅码盘。德国 Heidenhain 公司的圆光栅码盘是世界上最优秀的 码盘之一。三个不同规格的球靶安装工位,分别是1.5",7/8",1/2"。这种设计的好处是,当客户采用不同球靶测量时,不需 要球靶转换装置,可以直接进行补偿测量,十分方便。2.1.8 2"电子水平仪。测量时不需要调整跟踪仪自身的水

10、平,即可直接测量, 实现工件的调平要求。2.1.9 安装方便。跟踪头底部有三个定位装置,可以放置在 API 公司的三 脚架上,或很方便的被安放在不同的工装上,或直接将 跟踪仪放置在地面上。这样在测量时比较容易适应苛刻 的测量空间。例如有的被测点,需要跟踪头放置在地面 时才能测量到。2.1.10仪器整体密封式设计。有效避免了车间粉尘对仪器的影响,减少仪器的维护。 2.1.11快速锁紧基座。安装方便。2.2 STS六维传感器 图:六维激光跟踪仪工作图2.2.1六维激光跟踪仪是 API 公司全球独家专利产品。STS 六维传感器接收 跟踪仪的 激光光束, 并自动跟踪激光光束, 同 时保持光束的准直。

11、通过内部的回转 角编码器、 俯仰角编码器以及两个电 子水平仪测量, 可以实现实时的定位 和角度测量。STS 六维传感器直接实时输出 X , Y , Z 三个坐标和偏转角、 俯仰角、 滚 动角三个角度姿态, 见下图。 数据采 集可以是静态的,也可以是动态的。数据输出界面2.2.2 STS技术指标:俯仰角:±55º偏摆角:±155º滚动角:±30º角分辨率:0.001 º 测量范围(一次安装时测量半径 : 40米转速:60度 /秒2.2.3 优越性6-D 传感器相对于其他检测设备或关节臂具有很多的优越 性,包括:设备小巧,整体总

12、量 1.4kg 。测量范围之内是激光跟踪测量。动态测量。 六维跟踪仪可对工件的位置坐标和姿态进 行实时测量和指导,很容易快速调整工件的准确位 置。例如, 对飞机起落架在空间的位置调整和测量时, 可 以实时测得飞机起落架相对于其基准坐标的位置坐 标和角度方位,这些参数在计算机屏幕上可实时显 示, 在装配时可以很方便的根据这些参数实时调整起 落架的姿态。 当起落架在运动时, 跟踪仪可以实时跟 踪其运动,并可以输出运动曲线。增强了数据的可靠性和精度;重量轻, 容易安装, 便携, 可以直接安装在飞机的起 落架上;快速安装,使用简单;维护成本低,减少人力成本;激光跟踪仪可以对机器人的空间姿态进行检定;

13、对五轴和六轴数控加工中心的 A 、 C 角度的检测。 该系统基于奔腾芯片,可实现运动伺服与控制、位置计 数、 A/D和 D/A转换、提供系统电源、与 PC 机信息交换 等功能。且配有遥控器主要用于数据采集。气象站和自 动温控系统可进行自动补偿误差修正。采用全数字化传感器气象站进行自动补偿, 灵敏度更好。系统可根据不同的测量对象提供各种反射器,反射器直 径尺寸有 1.5",7/8",1/2"三种, 为适应不同测量精度的 要求,每种尺寸的反射器又分为实心和空心两种。2.6高速 TCP/IP通讯接口以太网通讯,传输速度 2000点 /秒。该三角架选用航空铝合金材料,设计

14、时充分考虑了跟踪 头的重量、车间震动等恶劣环境、以及最大限度的方便 操作者等因素。具有:重心一致,不易变形使用极为方便稳定性好包装箱带有轮箍和提手,携带方便采用最先进快捷的校准技术 一点校准, 能在 2分钟 之内对整个系统的误差源进行快速精度修正。校准时间 之短是任何同类设备达不到的,极大的方便了用户。DELL 笔记本电脑512M RAM,40G HARD DISK , MODEM,DVD 光驱刻录 。 2.10专业测量软件:SA 软件SpatialAnalyzer (SA 是一种历史悠久的三维图形测 量软件,它是一个可以同时连接多种类型,多台测量仪 器的通用平台,从而能够大大简化测量分析工作

15、。 SA 使 用户可以更容易的使用任意一种便携式坐标测量技术进 行投影分析、检测和用逆向工程设计零件和工装。SpatialAnalyzer 是功能强大,通用的几何测量软件。 系统设计基于一个中心图表环境,它的一个重要特点是 具有根据任何几个普通点或者普通几何特征完成确定仪 器网络并综合测量系统 , 计算每一个被测目标误差范围 所需计算能力。SA 也是唯一一种能够同时驱动多个设备进行测量的软 件包,这样可以把测量工作的时间压缩到最少,在节奏 紧凑的生产线上使用优势尤其明显。 SA 的图形环境支持 导入标准格式的数模文件(如 CATIA,UG 等等 ,也支持 许多其他的工业标准格式。用户可以现场测

16、量,现场分 析形位公差。所有的高级分析功能和坐标变换算法都经 过了最严格的测试,并且简单易用。SpatialAnalyzer 的软件设计最大限度的保证了数据的 完整性,所有最原始的测量数据都将被记录下来,这样 就能保证所有测量结果都能够溯源。误差分析和网页格 式的报表使得结果信息传递分享更方便。通过连接外部 数据库的方式, SA 测量 平台可以和整个生产过程有机 的结合起来。这项功能最典型的一个应用就是像波音公 司那样把测量工作纳入到生产数据库管理系统。一直以来, SA 始终致力于大尺寸制造业中最前沿的应用 技术。SA 提供了使用便携式坐标测量系统进行三维测量 、装 配、逆向工程的一整套解决方

17、案。SA 为用户提供了一个可定制、可编程,简便易用的测量平台,在最大限度压缩人员培训成本的同时为用户提供 了一个可靠的测量工程解决方案。以下部分介绍一些 SpatialAnalyzerTM 主要特点。2.10.1 先进的 32位 Windows 应用程序SpatialAnalyzerTM 能与微软公司 32位 WINDOWS 应用 程序相兼容。操作者了解的文字处理和网络浏览的功能可以直接 适用于 SpatialAnalyzerTM 。在操作界面方面 , 软件同样符合微软公司建立的界 面 , 可以通过 Windows 剪贴板来完成图象和报告的 统一。 产生令人喜欢的报告是容易的事。2.10.2

18、人机友好的图表环境 面向对象的开放结构 , 简单易用的图形环境;SpatialAnalyzerTM 查看数据的默认方法是通过图表 , 具 有直观的特点。2.10.3 多台同时激活的仪器 SpatialAnalyzerTM 提供详细的仪器操作模块。 这些模 块包含详尽的代码足以用于交流 , 监控和对设置特定仪 器。另 外 , 这 些 模 块 包 含 用 于 直 接 传 达 测 量 数 据 到 SpatialAnalyzerTM 的的通信协议。 通讯由标准传输控制 协议 /网际协议因特网 (TCP/IP插口完成。设备转接口和设备之间可采用 RS-232, TCP/IP, NetBEUI 等多种接口

19、TCP/IP可以灵活的给多台计算机分配仪器接口模块和基 本 SpatialAnalyzerTM 模块。这些计算机可能在同域使用 Ethernet 或同国使用因特 网。在单个计算机配置内,仪器接口模件在同一平台上 运行 , 因为 SpatialAnalyzerTM 使 用相同的通 用插口协 议。2.10.4 文件形式的导入和导出格式具有通用化特点SpatialAnalyzerTM 支持很多 受欢迎 的文件形 式包括 STEP , IGES,ASCII , VDA , DMIS , Geodetic Services Inc ,VSTARS 和 DXF 文件等。注明 :TCP/IP是一套协议 ,

20、为使计算机通过一个网络分 享资源2.10.5 直接的 CATIA , UG 和 ProE 接口针 对 提 供 CATIA , UG 和 ProE 数 据 交 换 的 CAD CAM E-TRANSLATION, SA开发了相应的接口 .2.10.6 实时的计算机辅助几何构造测量Spat0ialAnalyzerTM 在提供名义 CAD 模型时显示给用户 零部件和附件的真实位置 .对零件的实时位置和名义位置比较使操作者容易作出微 小的调整 . 因此组装能够符合规格 .可根据数学模型自动控制零部件装配直接导入数模;根据预先设计的特征元素对装配进行闭环控制,对装配 进程实时 6D 全方位监控;应用户的

21、请求, SpatialAnalyzerTM 连续从被连结的测 量系统收集测量结果 , 并且在部件移动定位与定向显示 过程中使用数据。当用户把真实部件移动到它的名义上的定位与定向上 , 其名义位置和定向的重影常被用来提供名义和实际位置 的简易图像形象 .SpatialAnalyzerTM 将显示零部件在大型结构的背景下 移动。当零部件在 CAD 模型或者用户确定的公差内时 . 系 统以一种独特的方式将改换零部件颜色 , 闪烁或者当它 越接近名义位置时变换颜色的速度加快。 用户知道当颜 色不闪烁 , 不变换时,真实部件在公差范围内。2.10.7 高效率,系统体系结构紧凑SpatialAnalyze

22、rTM 管理自身内部数据库,翻译全部图 形 . 它执行集成及优化 . 为了能够制作出针对实时空间 测量软件,所有这些操作都必须是为此任务特别设计。这是其他依赖代码的通用软件不具有的功能 .2.10.8 为用户定制的脚本和创建的宏Measurement Planning (MP和 MK6具有强大的过程控制 和编程能力 .通过使用 SpatialAnalyzerTM 的测量计划, 操作者能为重 复或者自动化的测量任务编程。这些计划从几分钟就编写完成的简单程序到提供如执行 或不执行指令类型的自动化程序的综合检查计划 , 驱 动其他机械 , 如机器人或 CNC.SpatialAnalyzerTM 也包

23、含它自己的测量编程语言, MK6 。 MK-6使用户把一个数据收集和数据分析的复杂序列 化为到点击的一个工具条操作。在很多其他强大的功能 中, MK-6允许支语句和条件语句。这使用户能够基于某特定操作结果采取的不同的行动。 MK-6功能强大且非常简单。 MK6 程序可从确保高级过程 控制的 MP 中提取出来。2.10.9 高级例行程序分析SpatialAnalyzerTM 的核心是一台坚固的分析引擎。 此分 析引擎结合高效率的数据库和数据存储方法实时处理空 前的数量的数据。 包含数千个取值点的几何集成被容易 而准确取得。优化计算功能,具有经过严格测试的优化计算引擎;2.10.10 多样化的坐标

24、系统管理SpatialAnalyzerTM 使操作者轻松管理和建立无限个坐 标系统。显现任何已建立的坐标系和询问的坐标空间关 系位置 .2.10.11 CAD图形 可视化 3D 偏差点云 API 公司同时是世界上先进的激光干涉仪的制造商。 激光 跟踪仪的测量数据可以和机床专用测量软件进行直读, 实现对大型机床的误差检定,包括线性定位误差、直线 度误差、垂直度误差。利用六维跟踪仪可以测出机床的偏转角、俯仰角以及滚 动角。误差处理软件,能按国际上通行的标准进行数据处理:如 ISO230-2, JIS-B6330, VDI3441, VDI2617, ASME B89, GB17421-2000 等

25、;三、 API 激光跟踪仪更宽阔的应用空间第三代激光跟踪仪提供了高精度的动态和静态位置和角 度测量。可以用于高精度测量,校准,装配,制造和反 向工程等领域。 同时 , 如将 API 跟踪仪配以 API 激光干涉仪 操作软件,还可对大型、高精度机床及三坐标测量机等 高精度设备精度进行精确标定,拓展了激光跟踪测量仪 的应用空间,成为 API 激光跟踪测量仪的又一重要应用。3.1应用领域:测量工件或工装的尺寸精度及位置精度测量机床或机器人的误差机床精度及三坐标测量机精度的精确标定精确测量表面轮廓反向工程设立工具,夹具和安装定位图:ABB 机器人标定 图:大型机床导轨的检测 图:工装夹具测量 图:空客

26、 A380机翼装配现场 图:反向工程飞机外形测量图:复杂曲面的测量水平转角: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目标速度:>3 m/s电子水平仪精度:±2 "4.2三维空间测量精度(IFM 分辨率:1 µm4.3三维空间测量精度(ADM 静态:10ppm (10µ m/m 分辨率:1 µm4.4 STS六维传感器俯仰角:±55º偏摆角:

27、±155º滚动角:±30º角分辨率:0.001 º高度:360mm宽度:190mm高度:100mm宽度:250mm长度:315mm重量:4kg4.7系统总重: 23kg电压:(100-220v+/-10%频率:(50/60Hz消耗功率:100w(连续 , 350w(峰值 湿度:20%-95%工作温度:-10 +50五、有关激光跟踪仪测量距离的增加对仪器带来的变革 下图是第一代激光跟踪仪的测量原理图,激光器打出一束激光,从反射镜 A 点射出,后径反射光耙 B 将光束返 回,激光光束在从 A 点到 B 点,再从 B 点到 A 点的过程 中由两个特点

28、:一是光强逐渐递减;二是光是发散的。 一般激光跟踪仪测量距离(AB 35米,光程 70米, API 跟踪仪测量距离 (AB 60米, 光程 120米。 当光程在 120米的时候跟踪仪仍然能够跟踪并达到测量精度时说明:1. 激光光路非常优越,发散小。2. 仪器本身的电子元件、 光敏元件的性能非常优越, 能处理识别很微弱的信号。3. 跟踪头内的轴承系统等机械结构的精度要求非常 高。4. 仪器具有高灵敏度的伺服系统。因此,在这个概念上讲,跟踪仪的测量距离的增 加并不是简单指工作范围的增加,而是对整个跟踪仪的 光、电、机械结构和伺服控制等硬件性能提出了最大的 要求。 图 第一代激光跟踪技术原理示意图

29、5.1 投标设备在行业内的使用状况 （后附有铁路行业的用户对我们仪器的评价） 后附有铁路行业的用户对我们仪器的评价） API 公司的激光跟踪仪自问世以来，在铁路制造行 业得到了大量的使用，完全取代了全站仪和经纬仪的主 导地位,这是我们的跟踪仪在铁路行业中的一些使用情 况。 目前在铁路机车行业中 API 激光跟踪仪是唯一得到 认可并使用的仪器。在大同机车厂、株洲电力机车厂、 我们的跟踪仪都在广泛的应用。 主要是测量大型的车架、 转向架、齿轮箱、车体的平面等大型工件的多种在生产 过程中，不便用三坐标及日常测量手段测量的工件。 API 激光跟踪仪在日常的测量中可以对大型的工装 进行安装定位。对于贵方

30、的焊接车架上的定位、及几何 尺寸、空间误差、都可以快速的完成测量。 转向架以往没有好的测量方法，在大同机车等单 位，他们都是采用模糊测量的方式来测量，产品的精度 的保证主要是靠加工的精度来保证。在他们采用我们的 跟踪仪以后精度大大的提高。 车体的平面度对于客车是一个比较关键的一个参 数，但传统的测量方法都是采用掉线或激光光管等方法 测量，这还要工人在技术上的熟练程度。精度都在 1mm 以上。 但采用 API 的激光跟踪仪以来，使车体的平面度 的精度大大提高。从而使整车的外观质量大大的提高。 API 激光跟踪仪对环境要求十分的宽泛，在零下室 外的温度下也能正常使用，下面的图为我们在室外温度 达7

31、 度时正常使用。 图：在室外温度 -7时跟踪仪在工作 六、API 激光跟踪仪国内部分客户清单 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 用户名称 大连船厂 南京第 14 研究所 上海宝钢 西安飞机制造公司 宝鸡桥梁厂 陕西飞机厂 云马飞机厂 西安电子部 39 所 天津波海航空复合材料（BHA） 航天部 529 厂 船舶武昌船厂 中国计量科学研究院 株州电力机车 产品名称 激光跟踪仪 激光跟踪仪(5D 激光跟踪仪 激光跟踪仪(ADM 激光跟踪仪(ADM 激光跟踪仪(ADM、6D 激光跟踪仪(ADM6D 激光跟踪仪(ADM +智能测头+数码相机 激光跟踪仪(ADM 激光跟踪仪(ADM 激光跟踪仪(ADM 激光跟踪仪(ADM 激光跟踪仪(ADM 激光跟踪仪(