飞秒激光跟踪测量技术及应用

     激光跟踪仪是20世纪90年代问世的大尺寸空间几何量精密测量设备,可实现对空间静止目标进行高精度三维坐标测量和对运动目标进行动态跟踪测量等功能,具有测量精度/效率高、实时扫描测量、现场测量等优点,是航空、航天、船舶、能源、大科学装置等领域大型零部件尺寸和大型结构装配的主要测量手段。国际上只有瑞士Leica、美国API和美国FARO三家公司生产销售激光跟踪仪,国内激光跟踪仪的研制生产一直处于空白状态,高端制造领域和大科学工程中使用的激光跟踪仪全部依赖进口。
     该成果历时八年,对激光跟踪测量系统关键技术进行了持续和系列攻关,开展了系统集成和样机研制,先后研制成功便携式多功能激光跟踪仪和飞秒激光跟踪仪两类仪器,共5台样机。其中,便携式多功能激光跟踪仪采用激光干涉仪作为测距手段,量程42m,空间坐标测量精度13ppm,具有测量精度高、测量速度快、量程大、可现场测量等特点,填补了我国自主研制激光跟踪仪的空白。飞秒激光跟踪仪的研制属于国际首创,采用国际最先进的飞秒激光频率梳测距技术,量程达到60m,测距精度达到0.5ppm,空间坐标测量精度优于10ppm。飞秒激光跟踪仪的研发成功不仅使我国激光跟踪测量系统的性能指标全面达到国际先进水平,而且绝 对测距分辨率、绝对测距精度、断光续接精度等单项指标达到国际领先水平。
    该成果共申报发明专利43项(已授权发明专利30项),转件著作权5项,发表论文131篇。在成果的研究过程中先后攻克了快速精密跟踪、全系统误差建模与补偿、双飞秒激光频率梳稳频稳相、飞秒激光测距、激光测距全路径大气折射率补偿、小型化精密二维跟踪转台设计、飞秒激光跟踪仪集成装调等关键技术,开发了具有自主知识产权的专用测试软件和测量操作软件,达到了国际通用标准测量软件水平。
     该成果具有完全自主知识产权,打破了国外垄断局面,增强了我国高端仪器产业核心竞争力。成果已通过验收专家组的测试和第三方检测,并已在中科院高能所、武汉武船计量试验有限公司等单位成功应用,具有显著的社会效益。成果衍生的系列关键部件和产品在航空航天、计量检测、先进制造、轨道交通等领域取得了推广应用,形成技术转化产品合同30项,直接经济效益1639.91万元,取得了良好的经济效益。