激光跟踪仪靶球角度对精度的影响

激光跟踪仪靶球角度对精度的影响
摘要：本文通过利用激光追踪仪来检测靶球角度的精准度进行追踪分析，当靶
球角度通过激光跟踪仪反射来确认激光光斑位置，以及及时计算出靶球角度，从
而提高精准度。

本文在对角度进行分析，并且结合了激光跟踪仪所提出的靶球角
度定位方式来对脱靶定位进行追踪，并且分析出激光跟踪仪所带来的误差，根据
激光追踪仪结构对靶球角度进行定位，通过试验数据我们可以看出，当目标距离
激光跟踪仪10m时，激光跟踪仪误差将会少于1.1秒，因此为系统所存在的误差
奠定基础。

同时，对激光跟踪仪对靶球角度投射角度进行测量，从而提供最终的
精准的角度。

关键词：激光跟踪仪；靶球角度；精准度；误差
1. 坐标测量原理
激光跟踪仪的原理为，首先在测量目标上装置一个反射靶球，同时激光更重要发射出激
光准确无误的标准靶球，随着目标和靶球一起移动的过程中，激光跟踪仪需要瞄准正确的角度，发射出激光瞄准靶球正中心，我们可以根据激光跟踪仪到目标靶球中心的距离和角度来
对目标物的位置进行测量。

我们可以将这个过程通过平面坐标轴的方式表达出来，假设x轴
为激光跟踪仪水平方向坐标，z轴为激光跟踪仪竖向方向坐标，相交点o为x轴和z轴的交点，可以根据目标物p与激光跟踪仪之间的距离和角度来进行计算目标物p的坐标点。

综上
所述，我们可以根据已知的激光跟踪仪坐标来计算出目标物为的坐标，但是若想要完成这一
系列计算离不开目标物的角度，而影响激光跟踪仪测量目标物靶球角度因素有很多，本文主
要通过激光跟踪仪如何测量靶球角度来进行研究。

当激光跟踪仪对目标物进行跟踪过程中，
若目标物靶球发生偏移时，那么激光跟踪仪的坐标将会发生偏移，从而将会导致测量数据出
现误差。

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2. 角反射器特性分析
角反射器主要是由3面可以相互正交的反射镜所拼接形成的，其中，3面镜子的顶点作
为靶球的球心，由于角反射镜是由三面反射镜所制作成的，因此我们可以利用反射定律来对
激光跟踪仪发射出的激光进行分析。

若激光跟踪仪所发射出来的激光经过三面镜子进行发射，将会出现入射光线和出射光线分别反映在角反射器不同的镜子上，由此我们可以得出矢量平
行入射光线，同时入射光线与反射光线的顶点将会在一个平面上，并且入射光线与出射光线
的位置在角反射器底面所连线的交点上以及在角反射器顶点的连线上。

因此，通过对角反射
镜进行分析可以得出，角反射镜在生产制造过程中，存在着一定的误差，误差主要体现在两
个方面：其一，三面镜子直角相交的反射面的顶点与靶球的球心之间存在的距离误差即为球
心距误差，其二就是反射面的直角误差。

但是由于球心距误差不会影响到光束的反射，因此
我们还是主要针对直角误差对光束反射所带来的影响进行分析研究。

当角反射器的反射面出
现直角误差现象时，我们需要通过对反射面来构建一个直角坐标系，通过将两个反射面的角
度来进行分析研究，通过计算我们可以得出垂直底面所射入光束可以通过反射镜进行反射，
并且与入射光束存在角度偏移现象。

3. 脱靶量零位标定原理
由于半导体激光器和飞秒激光器所发射出的激光都将会通过分色镜进行反射，通过透射后，将两组光束进行合并，合并后的光束通过混合光束经扩束镜和放射镜从而射到目标物的
靶球正中心，并且靶球将入射激光线的光束沿着原路进行反射回去。

通过分光镜所反射出去
的激光光束反射到激光跟踪仪上，从而实现激光追踪，并且通过分光镜所反射出来的光束进
行测量。

激光跟踪仪结构的主要特点就是通过角反射器来对目标物进行跟踪并且定位到靶球
的位置，通过利用角反射器来将追踪反射器发射出激光光束，并且使激光光束沿着原路反射
回来，同时分光镜反射的光线聚集到激光跟踪仪上，通过对激光跟踪仪移动轨迹进行测量，
从而科得出目标物上的靶球球心位置，并且激光光斑可以直接展示出激光跟踪仪的活动区域
范围。

本文主要是通过对激光跟踪仪对靶球定位角度进行分析研究，通过借助角反射器来将仪
器脱靶量进行标记，通过角反射器对准靶球并且发射出激光光束，激光光束还会根据发射路
线原路返回，并且反射后的焦点聚汇到激光跟踪仪上，通过对激光跟踪仪进行旋转，从而发
现角反射器向靶球球心所发射的光线位置不在激光跟踪仪一个平面轨迹上。

因此，当角反射
器向靶球球心所发射的光线位置在入射角的反射器附近，我们可以说激光光斑所呈现出来的
是激光跟踪仪轨迹。

4. 标定误差分析
通过对角反射器特征进行分析，我们可以看出当角反射器处于直角时，是存在着误差的，由于垂直直角反射器将会反射出光束并且与入射光束存在着一定的角度，当入射光线与出射
光束重合时，出射光束垂直于激光跟踪仪所出现的投影光斑轨迹为激光跟踪仪运行轨迹，入
射激光光束与出射激光光束所形成的夹角交点和顶点处于同一个水平面上。

因此，激光跟踪
仪水平轴与垂直轴相交所计算目前物的距离，当激光跟踪仪到靶球距离存在误差时，跟踪仪
器会随着误差距离变长而减小，因此激光跟踪仪一般的测量距离在10m以上。

结束语
本文通过对激光跟踪仪对靶球标记的方式，通过对控靶球的精度进行控制，通过利用光
束反射定律来建立一个入射光束反射器数学模型，并且对存在的直角误差在角反射器使用过
程中可能带来的影响进行分析。

通过实验分析我们可以对激光跟踪仪对测量物上的靶球角度
进行定位，并且通过结合旋转角反射器来靶球角度进行调整，从而可以更好的对测量物的距离。

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