激光跟踪仪是建立在激光和自动控制技术基础上的一种高精度三维测量系统，主要用于大尺寸空间坐标测量领域。它集中了激光干涉测距、角度测量等先进技术，基于球坐标法测量原理，通过测角、测距实现三维坐标的精密测量。

一、基本原理

激光跟踪仪由干涉仪/测距仪与两个互相垂直的测角系统构成。通过双轴旋转驱动机构控制光线跟踪反射靶的移动，同时测得反射靶球的距离及旋转轴的角坐标，确定目标点三维坐标。

测量时在目标点P处放置一个棱镜反射球，激光头发射并接收反射球返回的激光，仪器便可同时获取目标点P的仪转角α、仪顶角β和斜距D，即可求得目标点P的三维坐标。

二、系统精度

通常激光跟踪仪距离测量可达um级精度，但测角精度远低于测距精度，对点位精度影响较大。图为测角线性误差、测距误差及误差差值图像（Leica AT930激光跟踪仪为例），可明显看出测角线性误差与测距误差相差悬殊，点位误差也主要由角度误差引起。

激光跟踪仪主要采用光栅度盘测角（相对增量式测角）。度盘转动时，光信号通过莫尔条纹落在光电接收管上，每转动一条光栅，接收管上就相应移动一个条纹宽度，接收管中输出电流变化一周期（光栅夹角已知，利用计数器所计电流周期即可计算角度值）。测角误差主要有两种表达形式：测角秒值误差和测角线性误差，两种表示方式与测距关系如图（Leica AT930激光跟踪仪为例）。

测角秒值误差-距离 测角线性误差-距离

三、影响因素

1、环境

激光受温度、压力、湿度及气流流动的影响，因此大气参数的补偿至关重要。通过气象传感器对大气环境误差进行补偿，针对不同材料设计温度补偿参数，提高测量精确性。

2、加工

加工误差一直是精密制造领域研究的重点。以靶球为例，内部由3个互相垂直的反射镜组成。加工过程中的球径误差、反射镜角点和球心不重合误差及反射镜面不垂直等均会造成系统误差。

3、使用

操作人员手持靶球过程中，靶球运行速度及加速度均可能使光束折断，对测量造成影响；并且测量过程中可能会受到人员走动、振动等影响，因此使用过程同样需要关注。

四、关键参数

国内激光跟踪仪市场主要被FARO(美国)\Leica(德国)\API(美国)三家把控，本节以国产激光跟踪仪（中图仪器）为例，展示相关参数。

谭久彬院士曾言：“没有超精密测量，就不会有高质量的高端装备”。虽然目前工业检测领域以2D、3D等视觉成像设备为主，但在超精密测量领域，激光跟踪仪、自准直仪、三坐标测量机等设备仍活跃在一线。超精密测量技术的发展水平也是衡量先进制造技术水平的重要因素。