基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统

摘要

本公开描述一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统，是用于跟踪目标并获得目标的位置和姿态的六维激光跟踪测量系统，包括：激光跟踪仪和探头，激光跟踪仪包括：激光发射单元、第一位置传感单元、第一跟踪控制单元、发光单元、以及目标捕获单元；探头包括：配置为将探头安装于目标的固定底座、配置为反射激光束或发散光束的并具有通孔的靶标、配置为接收经过通孔的激光束的第二位置传感单元、以及配置为基于第二位置传感单元获取的传感信息控制靶标的姿态以使靶标对准激光发射单元的第二跟踪控制单元。在这种情况下，能够通过第二位置传感单元实现靶标的反向跟踪，扩大探头的可接收的角度范围。

权利要求

1.一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统，是用于跟踪目标并获得所述目标的位置和姿态的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，包括：激光跟踪仪和与所述激光跟踪仪配合以获得所述目标的位置和姿态的探头，所述激光跟踪仪包括：配置为发射激光束的激光发射单元、配置为接收经由所述探头反射的激光束的第一位置传感单元、配置为控制所述激光发射单元的发射方向以使所述激光发射单元跟踪所述探头的第一跟踪控制单元、配置为发射发散光束的发光单元、以及配置为接收经由所述探头反射的发散光束的目标捕获单元；所述探头包括：配置为将所述探头安装于所述目标的固定底座、配置为反射激光束或发散光束的并具有通孔的靶标、配置为接收经过所述通孔的激光束的第二位置传感单元、以及配置为基于所述第二位置传感单元获取的传感信息控制所述靶标的姿态通过分别沿两个方向上旋转所述靶标以使所述靶标对准所述激光发射单元的第二跟踪控制单元。

2.如权利要求1所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述第一跟踪控制单元包括控制所述激光发射单元沿第一方向旋转的第一旋转机构和控制所述激光发射单元沿第二方向旋转的第二旋转机构。

3.如权利要求2所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述激光跟踪仪包括跟踪头角度测量单元，所述跟踪头角度测量单元包括配置为测量所述激光发射单元沿所述第一方向旋转的旋转角度的第一跟踪头角度测量单元和配置为测量所述激光发射单元沿所述第二方向旋转的旋转角度的第二跟踪头角度测量单元。

4.如权利要求3所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述激光跟踪仪包括第一重力对齐单元，所述第一重力对齐单元配置为获取第一倾斜角度，所述第一倾斜角度配置为将所述跟踪头角度测量单元获取的第一方向信息对齐至目标坐标系，所述第一方向信息包括所述激光发射单元沿所述第一方向旋转的旋转角度和所述激光发射单元沿所述第二方向旋转的旋转角度。

5.如权利要求1所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述第二跟踪控制单元包括控制所述靶标沿第三方向旋转的第三旋转机构和控制所述靶标沿第四方向旋转的第四旋转机构。

6.如权利要求5所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述探头包括探头角度测量单元，所述探头角度测量单元包括配置为测量所述靶标沿所述第三方向旋转的旋转角度的第一探头角度测量单元和配置为测量所述靶标沿所述第四方向旋转的旋转角度的第二探头角度测量单元。

7.如权利要求6所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述探头包括设置于所述固定底座的第二重力对齐单元，所述第二重力对齐单元配置为获取所述探头的第二倾斜角度，所述第二倾斜角度配置为计算靶标坐标系和目标坐标系之间的变换关系。

8.如权利要求7所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述第二重力对齐单元包括第一倾角仪和第二倾角仪，所述第一倾角仪的安装方向与所述第三旋转机构的旋转轴的延伸方向垂直，所述第二倾角仪的安装方向与所述第四旋转机构的旋转轴的延伸方向平行，所述第一倾角仪的安装方向与所述第二倾角仪的安装方向垂直。

9.如权利要求1所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述第一跟踪控制单元配置为基于所述第一位置传感单元获取的传感信息控制所述激光发射单元的姿态以使所述激光发射单元对准所述靶标。

10.如权利要求1所述的六维激光跟踪测量系统，其特征在于，

所述第一跟踪控制单元配置为基于所述目标捕获单元获取的发散光束控制所述激光发射单元的姿态以使所述激光发射单元对准所述靶标。

说明书

基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统

技术领域

[0001] 本发明涉及智能制造装备产业，具体涉及一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统。

背景技术

[0002] 在精密工业以及测量领域，人们对目标（例如机器）进行装配的时候，经常需要利用精密仪器对组装的目标进行测量以提高装配精度，在完成目标的装配后，也需要对机器进行校准。在对目标或者目标上的某个目标点进行三维坐标测量时，还需要对它们的姿态进行测量，因此需要一种能够同时测量目标的三维坐标和姿态的姿态检测装置。

[0003] 常用的姿态检测装置包括用于发射和接收激光束的跟踪头以及设置在目标（例如工件）的并用于反射激光束的探头，利用激光束测量探头的三维坐标，并利用设置在探头上的光源获取探头的姿态。然而，在目标的姿态发生变化的过程中，激光束可能超出探头的可接收的角度范围（一般为正负45°），导致探头的反射镜无法接收到激光束，进而影响测量结果。为此，现有技术公开一种令探头主动地跟踪（也即反向跟踪）跟踪头的姿态检测装置。例如，公开号为CN112424563A的中国专利公开了一种用于精确计算动态对象的位置和方位的多维测量系统，利用探头主动地跟踪跟踪头，通过改变探头的姿态以扩大反射元件的可接收的角度范围。

[0004] 然而上述的中国专利中，需要在探头设置第一发光装置和第二发光装置，进而才能基于第一发光装置和第二发光装置在空间的分布计算出探头的姿态，同时需要在探头设置至少三个旋转轴以控制探头的姿态。在这种情况下，由于探头的结构比较复杂，导致探头的制造成本和设计成本较高。

发明内容

[0005] 本公开是有鉴于上述的状况而提出的，其目的在于提供一种能够简化探头结构，并且能够实现反向跟踪，扩大探头的可接收的角度范围的六维激光跟踪测量系统。

[0006] 为此，本公开提供了一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统，是用于跟踪目标并获得所述目标的位置和姿态的六维激光跟踪测量系统，包括：激光跟踪仪和与所述激光跟踪仪配合以获得所述目标的位置和姿态的探头，所述激光跟踪仪包括：配置为发射激光束的激光发射单元、配置为接收经由所述探头反射的激光束的第一位置传感单元、配置为控制所述激光发射单元的发射方向以使所述激光发射单元跟踪所述探头的第一跟踪控制单元、配置为发射发散光束的发光单元、以及配置为接收经由所述探头反射的发散光束的目标捕获单元；所述探头包括：配置为将所述探头安装于所述目标的固定底座、配置为反射激光束或发散光束的并具有通孔的靶标、配置为接收经过所述通孔的激光束的第二位置传感单元、以及配置为基于所述第二位置传感单元获取的传感信息控制所述靶标的姿态以使所述靶标对准所述激光发射单元的第二跟踪控制单元。

[0007] 在这种情况下，通过目标捕获单元捕获发光单元发射的并被探头反射的发散光束，激光跟踪仪能够基于该光束初步计算探头的位置，然后利用第一跟踪控制单元驱动激光发射单元以使激光发射单元粗略瞄准靶标，并基于第一位置传感单元获取的位置信息进一步控制激光发射单元的姿态以使激光发射单元精确对准靶标，从而能够在目标移动的情况下持续地或实时地获取靶标反射回来的光束，进而能够计算靶标的空间位置和目标的空间位置，同时，能够利用第二位置传感单元接收经过通孔的激光束，从而能够判断激光束是否经过了靶标的通孔，进而能够基于激光束在第二跟踪控制单元的光斑位置判断激光束相对于靶标的角度是否发生了变化，第二跟踪控制单元能够基于第二位置传感单元的传感信息控制靶标的姿态以使靶标对准激光发射单元，由此，第二跟踪控制单元能够使靶标反向跟踪激光跟踪仪，并能够扩大探头的可接收的角度范围。

[0008] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述第一跟踪控制单元包括控制所述激光发射单元沿第一方向旋转的第一旋转机构和控制所述激光发射单元沿第二方向旋转的第二旋转机构。在这种情况下，能够利用第一旋转机构控制激光发射单元沿第一方向旋转以在第一方向跟踪靶标，并且能够利用第二旋转机构控制激光发射单元沿第二方向旋转以在第二方向跟踪靶标。

[0009] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述激光跟踪仪包括跟踪头角度测量单元，所述跟踪头角度测量单元包括配置为测量所述激光发射单元沿所述第一方向旋转的旋转角度的第一跟踪头角度测量单元和配置为测量所述激光发射单元沿所述第二方向旋转的旋转角度的第二跟踪头角度测量单元。在这种情况下，能够获得激光发射单元沿第一方向旋转的旋转角度和沿第二方向旋转的旋转角度，进而能够基于激光发射单元沿第一方向旋转的旋转角度和沿第二方向旋转的旋转角度计算靶标在激光跟踪仪设备坐标系中的方位，结合距离测量模块获取的靶标的距离，进而可以计算获得靶标在激光跟踪仪设备坐标系的具体的位置坐标。

[0010] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述激光跟踪仪包括第一重力对齐单元，所述第一重力对齐单元配置为获取第一倾斜角度，所述第一倾斜角度配置为将所述跟踪头角度测量单元获取的第一方向信息对齐至目标坐标系，所述第一方向信息包括所述激光发射单元沿所述第一方向旋转的旋转角度和所述激光发射单元沿所述第二方向旋转的旋转角度。在这种情况下，由于利用跟踪头角度测量单元测量的激光发射单元沿第一方向旋转的旋转角度和沿第二方向旋转的旋转角度能够获得靶标在激光跟踪仪设备坐标系的具体的位置坐标，而将第一方向信息对齐至目标坐标系能够获得靶标在目标坐标系的方位，进而能够计算获得靶标在目标坐标系的具体的位置坐标。

[0011] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述第二跟踪控制单元包括控制所述靶标沿第三方向旋转的第三旋转机构和控制所述靶标沿第四方向旋转的第四旋转机构。在这种情况下，能够利用第三旋转机构控制靶标沿第三方向旋转以在第三方向跟踪激光跟踪仪，并且能够利用第四旋转机构控制靶标沿第四方向旋转以在第四方向跟踪激光跟踪仪。

[0012] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述探头包括探头角度测量单元，所述探头角度测量单元包括配置为测量所述靶标沿所述第三方向旋转的旋转角度的第一探头角度测量单元和配置为测量所述靶标沿所述第四方向旋转的旋转角度的第二探头角度测量单元。在这种情况下，能够获得靶标沿第三方向旋转的旋转角度和沿第四方向旋转的旋转角度，进而能够基于靶标沿第三方向旋转的旋转角度和沿第四方向旋转的旋转角度计算激光束在靶标坐标系中的方向向量。

[0013] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述探头包括设置于所述固定底座的第二重力对齐单元，所述第二重力对齐单元配置为获取所述探头的第二倾斜角度，所述第二倾斜角度配置为计算靶标坐标系和目标坐标系之间的变换关系。在这种情况下，能够将激光束在激光跟踪仪设备坐标系中的方向向量和激光束在靶标坐标系中的方向向量相关联，同时，由于靶标坐标系和目标坐标系之间的变换关系可以利用目标的欧拉角（包括俯仰角、横滚角和偏航角）获得，因此，激光束在激光跟踪仪设备坐标系中的方向向量、激光束在靶标坐标系中的方向向量、目标的俯仰角和目标的横滚角已知的情况下，能够计算得到目标的偏航角。同时，由于固定底座安装于目标，与目标保持相对静止，第二重力对齐单元能够不随靶标的旋转而旋转，相对于目标能够保持固定，进而能够测量目标的倾斜角度。另外，相对于将第二重力对齐单元设置于靶标的方案，也即第二重力对齐单元会在第三旋转机构或第四旋转机构的驱动下旋转的方案，能够减少第二重力对齐单元的动态响应要求，从而能够提高第二重力对齐单元的测量精度，同时还能够简化计算过程。

[0014] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述第二重力对齐单元包括第一倾角仪和第二倾角仪，所述第一倾角仪的安装方向与所述第三旋转机构的旋转轴的延伸方向垂直，所述第二倾角仪的安装方向与所述第四旋转机构的旋转轴的延伸方向平行，所述第一倾角仪的安装方向与所述第二倾角仪的安装方向垂直。在这种情况下，由于第二重力对齐单元的敏感轴与第二跟踪控制单元的旋转轴相匹配，能够简化靶标坐标系和目标坐标系的变换公式，提高计算速度，并提高测量精度。

[0015] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述第一跟踪控制单元配置为基于所述第一位置传感单元获取的传感信息控制所述激光发射单元的姿态以使所述激光发射单元对准所述靶标。在这种情况下，能够基于姿态调整方式的计算结果令第一跟踪控制单元控制激光发射单元跟踪靶标，同时，由于第一位置传感单元的精度较高，能够实现六维激光跟踪测量系统的精细瞄准。

[0016] 另外，在本公开所涉及的六维激光跟踪测量系统中，可选地，所述第一跟踪控制单元配置为基于所述目标捕获单元获取的发散光束控制所述激光发射单元的姿态以使所述激光发射单元对准所述靶标。在这种情况下，能够快速地判断激光发射单元是否捕获靶标，进而能够快速控制激光发射单元发射的激光束的方向以使激光束逐渐靠近靶标。

[0017] 根据本公开，提供一种能够简化探头结构，并且能够实现反向跟踪，扩大探头的可接收的角度范围的六维激光跟踪测量系统。

附图说明

[0018] 现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开的实施例。

[0019] 图1是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的应用场景示意图。

[0020] 图2是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪的平面示意图。

[0021] 图3是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪的立体示意图。

[0022] 图4是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪的测量主机的平面示意图。

[0023] 图5a是示出了本公开示例所涉及的测量主机的内部光路的第一种实施例的结构示意图。

[0024] 图5b是示出了本公开示例所涉及的测量主机的内部光路的第二种实施例的结构示意图。

[0025] 图5c是示出了本公开示例所涉及的测量主机的内部光路的第三种实施例的结构示意图。

[0026] 图6是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪内部的第一跟踪控制单元和测量主机的平面示意图。

[0027] 图7是示出了本公开示例所涉及的第一平面、第一方向、第一旋转轴的轴线、第二平面、第二方向和第二旋转轴的轴线的示意图。

[0028] 图8是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头的示意图。

[0029] 图9是示出了本公开示例所涉及的第三平面、第三方向、第三旋转轴的轴线、第四平面、第四方向和第四旋转轴的轴线的示意图。

[0030] 图10是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头在图8中的M‑M'位置的剖面示意图。

[0031] 图11是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的靶标和第四旋转轴在图8中的N‑N'位置的剖面示意图。

[0032] 图12是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头的部分结构的正视图。

[0033] 图13是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头的部分结构的在图12中的O‑O'位置的剖面示意图。

[0034] 图14是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的靶标的部分结构的在图12中的O‑O'位置的剖面示意图。

[0035] 图15是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头的部分结构的仰视图。

[0036] 图16是示出了本公开示例所涉及的6D姿态检测方法的流程示意图。

具体实施方式

[0037] 以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

[0038] 需要说明的是，本公开中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本公开所描述的所有方法可以以任何合适的顺序执行，除非在此另有指示或者与上下文明显矛盾。

[0039] 本公开涉及一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统，包括激光跟踪仪和与激光跟踪仪配合的探头，通过探头主动跟踪激光跟踪仪的方式，扩大探头的可接收的角度范围。

[0040] 本公开涉及一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统，包括激光跟踪仪和与激光跟踪仪配合的并设置在目标的探头，探头包括靶标、控制靶标水平旋转的第三旋转机构和控制靶标俯仰旋转的第四旋转机构。在这种情况下，不仅能够利用第三旋转机构和第四旋转机构控制靶标对准激光跟踪仪，还能够基于靶标的旋转角度计算目标的姿态。

[0041] 本公开涉及一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统，包括激光跟踪仪和与激光跟踪仪配合的探头，激光跟踪仪包括发射激光束的激光发射单元和接收经由探头反射的激光束的第一位置传感单元。在这种情况下，能够基于第一位置传感单元获得的传感信息初步计算探头的位置，并控制激光跟踪仪捕获探头，从而能够在激光跟踪仪捕获探头后启动精细目标瞄准功能。

[0042] 本公开涉及一种基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统，包括激光跟踪仪和与激光跟踪仪配合的探头，利用激光跟踪仪与探头配合以获得目标的空间位置，利用设置于探头的第二重力对齐单元获得目标的空间姿态中的俯仰角和横滚角，通过靶标的反向跟踪功能，利用跟踪头角度测量单元、跟踪头角度测量单元、第一重力对齐单元和第二重力对齐单元配合以计算偏航角。在这种情况下，能够获得探头的六维坐标，并且相对于需要在探头设置至少三个旋转轴或发光装置的方案，能够减少探头的设计成本和制造成本。

[0043] 在一些示例中，基于反向跟踪的六维激光跟踪测量系统也可以称为六维激光跟踪测量系统、6D姿态检测装置、主动反向跟踪的6D姿态检测装置、六维姿态检测装置或姿态检测装置等。

[0044] 在一些示例中，六维（也即6D）可以是指目标在空间的三个位置坐标和三个姿态角（也即欧拉角）。换言之，六维激光跟踪测量系统可以用于目标的空间位置测量和空间姿态测量，其中，空间位置测量对应目标的空间位置，空间位置可以通过目标的位置坐标表示，空间姿态测量对应目标的空间姿态，空间姿态可以通过目标的欧拉角表示，欧拉角可以包括偏航角、俯仰角、和横滚角。在一些示例中，可以令靶标的位置坐标作为目标的位置坐标。在一些示例中，可以基于靶标的位置坐标进行计算以获得目标的位置坐标。

[0045] 在一些示例中，反向跟踪可以是指六维激光跟踪测量系统中的探头主动地跟踪激光跟踪仪。在一些示例中，探头主动跟踪激光跟踪仪可以以以下的方式进行理解，由于激光跟踪仪可以包括发射激光束的激光发射单元（后续描述），探头可以包括反射激光束并具有通孔的靶标，当激光发射单元发射的激光束的至少一部分通过通孔，并且与靶标的光轴平行，则可以认为靶标（或探头）对准激光发射单元（或激光跟踪仪）。在目标移动或目标姿态发生变化的过程中，通过控制靶标的姿态以使探头持续地对准激光发射单元，则可以认为探头反向跟踪（也即探头主动跟踪激光跟踪仪）。

[0046] 在一些示例中，激光跟踪仪对准靶标（或探头）可以以以下的方式进行理解，当靶标能够接收到激光跟踪仪发射的激光束，并且激光束至少一部分经过通孔，并且靶标反射的激光束在第一位置传感单元所形成的光斑位于第一预设零点，则可以认为激光跟踪仪对准靶标（或探头）。在一些示例中，当激光束的至少一部分在靶标的第二位置传感单元形成第二光斑，也可以认为激光跟踪仪对准靶标（或探头）。需要说明的是，当激光发射单元（或激光跟踪仪）对准靶标（或探头）时，靶标（或探头）不一定对准激光发射单元（或激光跟踪仪）；当靶标（或探头）对准激光发射单元（或激光跟踪仪）时，激光发射单元（激光跟踪仪）不一定对准靶标（或探头）。

[0047] 另外，关于本公开还包括对方位的描述，例如“前”、“后”等描述。对于激光跟踪仪或其他设置于激光跟踪仪的部件或单元（例如：激光发射单元、目标捕获单元或发光单元等），“前”可以是指激光跟踪仪对准靶标时，从激光跟踪仪指向靶标的方向；“后”可以是指激光跟踪仪对准靶标时，从靶标指向激光跟踪仪的方向。对于靶标或其他设置于靶标的部件或单元（例如：通孔或第二位置传感单元等），“前”可以是指靶标对准激光跟踪仪时，从靶标指向激光跟踪仪的方向；“后”可以是指激光跟踪仪对准靶标时，从激光跟踪仪指向靶标的方向。

[0048] 图1是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的应用场景示意图。图2是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪1的平面示意图。图3是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪1的立体示意图。图4是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪1的测量主机11的平面示意图。图5a是示出了本公开示例所涉及的测量主机11的内部光路的第一种实施例的结构示意图。图5b是示出了本公开示例所涉及的测量主机11的内部光路的第二种实施例的结构示意图。图5c是示出了本公开示例所涉及的测量主机11的内部光路的第三种实施例的结构示意图。图6是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的激光跟踪仪1内部的第一跟踪控制单元13和测量主机11的平面示意图。图7是示出了本公开示例所涉及的第一平面S1、第一方向D1、第一旋转轴1311的轴线A1、第二平面S2、第二方向D2和第二旋转轴1321的轴线A2的示意图。

[0049] 在一些示例中，六维激光跟踪测量系统可以是用于跟踪目标并获得目标的位置和姿态的六维激光跟踪测量系统。在一些示例中，六维激光跟踪测量系统可以包括激光跟踪仪1和与激光跟踪仪1配合以获得目标的位置和姿态的探头2。

[0050] 在一些示例中，探头2可以安装于目标。在一些示例中，探头2安装于目标时，探头2的至少一部分（例如后续描述的固定底座22）可以与目标保持相对静止。在一些示例中，探头2可以包括靶标21和将探头2设置于目标的固定底座22（后续描述）。在这种情况下，能够利用设置于目标的探头2与激光跟踪仪1配合获取目标的位置和姿态。

[0051] 在一些示例中，目标可以是工件，目标也可以是任意需要测量空间位置和/或空间姿态的物体。

[0052] 在一些示例中，参见图1、图2和图3，激光跟踪仪1可以包括：激光发射单元12、第一位置传感单元116、配置为控制激光发射单元12的发射方向的第一跟踪控制单元13。在这种情况下，能够利用第一跟踪控制单元13驱动激光发射单元12以使激光发射单元12跟踪靶标21，从而能够在目标移动的情况下持续地或实时地获取靶标21的反射回来的光束，进而能够计算靶标21的空间位置和目标的空间位置。

[0053] 在一些示例中，激光跟踪仪1可以包括发光单元14和目标捕获单元15。在这种情况下，能够利用发光单元14发射发散光束，并通过目标捕获单元15捕获发光单元14发射的并被探头2反射的发散光束，激光跟踪仪1能够基于该光束初步地计算探头2的位置。

[0054] 在一些示例中，探头2可以包括固定底座22和具有通孔2122的靶标21。在这种情况下，能够利用固定底座22把探头2安装在目标上，并且能够利用靶标21反射激光跟踪仪1发射的光束（例如激光束和/或发散光束）。

[0055] 在一些示例中，探头2可以包括固定底座22、具有通孔2122的靶标21和第二位置传感单元2131。在这种情况下，能够接收经过通孔2122的激光束，从而能够判断激光束是否经过了靶标21的通孔2122，同时能够基于激光束在第二跟踪控制单元的光斑位置判断激光束相对于靶标21的角度是否发生了变化。当目标的空间位置或空间姿态发生变化时，靶标21和探头2的空间位置或空间姿态可以发生联动，当激光发射单元12对准靶标21时，激光发射单元12也对准探头2。同时，当靶标21对准激光发射单元12时，探头2也对准激光发射单元12。进一步地，能够确定靶标21的空间位置和空间姿态与目标的空间位置和空间姿态的关系，进而能够计算出目标的空间位置和空间姿态。

[0056] 在一些示例中，探头2可以包括第二位置传感单元2131和第二跟踪控制单元。在这种情况下，第二跟踪控制单元能够基于第二位置传感单元2131的传感信息控制靶标21的姿态以使靶标21对准激光发射单元12，由于第二跟踪控制单元能够使靶标21反向跟踪激光跟踪仪1，由此能够扩大探头2的可接收的角度范围。

[0057] 以下进一步地说明六维激光跟踪测量系统中各个部分的内容。

[0058] 在一些示例中，在使用六维激光跟踪测量系统时，激光跟踪仪1可以与探头2独立地设置。在一些示例中，激光跟踪仪1可以设置于地面，探头2可以设置于目标。在这种情况下，能够利用设置于地面的激光跟踪仪1捕获探头2的空间位置。

[0059] 在一些示例中，参见图2和图3，激光跟踪仪1可以包括测量主机11，测量主机11可以包括壳体和配置为容纳部件的空腔。在一些示例中，空腔可以是通过壳体所形成的内部腔室。在这种情况下，能够利用壳体保护部件。在一些示例中，设置于内部腔室的部件可以包括激光发射单元12、第一位置传感单元116和目标捕获单元15中的至少一个。但本公开不限于此，激光跟踪仪1的部分部件也可以设置于壳体的外表面。

[0060] 在一些示例中，测量主机11可以设置有容纳发射和接收激光束和/或发散光束的部件。在一些示例中，参见图4，壳体可以包括透光口和设置于透光口的窗口片115。在一些示例中，窗口片115可以通过透光材料制备。在这种情况下，能够通过透光口发射和接收激光束进而能够获取探头2的空间位置。

[0061] 在一些示例中，参见图5a、图5b和图5c，激光跟踪仪1可以包括激光发射单元12，激光发射单元12可以配置为发射激光束。

[0062] 在一些示例中，激光发射单元12发射的激光束可以通过反射单元111或合束单元112等光学元件发射至窗口片115，并在窗口片115从测量主机11射出。在一些示例中，激光发射单元12发射的激光束也可以耦合至光纤，并通过光纤发射至多个光学元件，并最终发射至窗口片115。

[0063] 在一些示例中，反射单元111可以通过反射的方式改变光束的传播方向。在一些示例中，反射单元111可以为反射镜。

[0064] 在一些示例中，合束单元112可以令光束反射或折射。在一些示例中，合束单元112可以为二向色镜（Dichroic Mirrors）。

[0065] 在一些示例中，激光跟踪仪1可以只有一个激光发射单元12。在这种情况下，能够有效简化激光跟踪仪1的内部结构，进而能够进一步降低激光跟踪仪1的制造成本和设计成本。

[0066] 在一些示例中，参见图5c，激光跟踪仪1也可以包括多个激光发射单元12。具体而言，多个激光发射单元12可以包括用于绝对测距的第一激光发射单元和用于干涉测距的第二激光发射单元。换言之，激光跟踪仪1可以包括绝对测距模块113和干涉测距模块114。在这种情况下，能够同时利用绝对测距模块113和干涉测距模块114配合获得靶标21的位置坐标，提高测量精度，同时，相对于只用绝对测距模块113测量距离，干涉测距模块114具有更快的测距速度，因此还能够提高测量的速度。在一些示例中，可以利用绝对测距模块113和干涉测距模块114获得激光跟踪仪1的机械零点到角锥中心的距离，再根据跟踪头角度测量单元获得的激光跟踪仪1旋转的角度计算目标的位置坐标。

[0067] 在一些示例中，绝对测距模块113可以包括第一激光发射单元，干涉测距模块114可以包括第二激光发射单元。但本公开不限于此，参见图5a，第二激光发射单元也可以独立于干涉测距模块114。

[0068] 在一些示例中，第一激光发射单元可以配置为发出第一激光束，第二激光发射单元可以配置为发出第二激光束，第一激光束的光路与第二激光束的光路可以通过合束单元112耦合。具体而言，参见图5a，第一激光束在合束单元112的透射光和第二激光束在合束单元112的反射光可以合并，并共同地从测量主机11发射出。但本公开不限于此，参见图5b，第二激光束在合束单元112的透射光和第一激光束在合束单元112的反射光可以合并，并共同地从测量主机11发射出。在这种情况下，由于第一激光束与第二激光束合并，能够使绝对测距模块113的测量位置（第一激光束在靶标21反射的位置）与干涉测距模块114的测量位置（第二激光束在靶标21反射的位置）重合，进而能够提高测量靶标21的位置坐标的精度。

[0069] 在一些示例中，激光发射单元12可以为氦氖激光器或固体激光器。

[0070] 在一些示例中，参见图5a、图5b和图5c，激光跟踪仪1也可以包括第一位置传感单元116，第一位置传感单元116可以配置为接收经由探头2反射的激光束，激光束可以包括第一激光束和/或第二激光束。

[0071] 在一些示例中，经过探头2反射后的激光束可以称为反射激光束，经过探头2反射后的第一激光束可以称为第一反射激光束，经过探头2反射后的第二激光束可以称为第二反射激光束。

[0072] 在一些示例中，参见图5a，第二激光束可以依次经过分光单元117和反射单元111并达到合束单元112。在一些示例中，分光单元117可以配置为接收第二反射激光束并将第二反射激光束反射至第一位置传感单元116。在这种情况下，能够接收第二反射激光束，并利用第一位置传感单元116获取第二反射激光束的光斑位置。但本公开不限于此，分光单元117也可以设置于第一激光束的光路上，分光单元117可以配置为接收第一反射激光束并将第一反射激光束反射至第一位置传感单元116。

[0073] 在一些示例中，分光单元117（或第一位置传感单元116）的安装位置可以基于测量主机11的内腔的布局选择设置于第一激光束的光路、第二激光束的光路或第一激光束和第二激光束合并后的光路。在这种情况下，能够提高测量主机11的内腔的布局的灵活性。

[0074] 在一些示例中，第一位置传感单元116可以具有感光面，第一位置传感单元116接收反射激光束后，可以基于反射激光束在第一位置传感单元116的感光面所形成的第一光斑判断激光发射单元12是否对准探头2。

[0075] 在一些示例中，第一位置传感单元116可以记录第一光斑在第一位置传感单元116的感光面的位置。在这种情况下，能够基于第一光斑在第一位置传感单元116的感光面的位置计算激光发射单元12的姿态调整方式。在一些示例中，可以基于第一光斑和第一位置传感单元116的第一预设零点之间的相对位置确定激光发射单元12的姿态调整方式，第一预设零点可以位于激光发射单元12对准靶标21时第一光斑的位置。在这种情况下，能够令靶标21反射的激光束持续地对准第一位置传感单元116中的固定点或伺服零点（也即第一预设零点）。需要说明的是，第一光斑和第一位置传感单元116的第一预设零点之间的相对位置可以是指第一光斑相对于第一预设零点的位置。

[0076] 在一些示例中，第一位置传感单元116可以用于六维激光跟踪测量系统的精细瞄准，精细瞄准可以是指激光发射单元12以较高的精度对准靶标21。在一些示例中，精细瞄准可以是指利用第一位置传感单元116接收靶标21反射的激光束，并基于靶标21反射的激光束在第一位置传感单元116形成的第一光斑的位置确定激光发射单元12是否以较高的精度对准靶标21，并基于第一光斑的位置控制激光发射单元12的姿态。在这种情况下，由于第一位置传感单元116接收靶标21反射的激光束，同时本身具有较高的精确性和敏感性，因此能够以较高的精度控制激光发射单元12对准并实时跟踪靶标21。

[0077] 在一些示例中，第一位置传感单元116可以实时地获取第一光斑的位置。换言之，在第一位置传感单元116形成第一光斑后，第一位置传感单元116可以持续地获取第一光斑的位置。在这种情况下，能够持续地确定激光发射单元12是否对准靶标21，进而能够实时地确定激光发射单元12的姿态调整方式，并基于激光发射单元12的姿态调整方式控制第一跟踪控制单元13（后续描述）以使激光发射单元12实时地对准靶标21。

[0078] 在一些示例中，第一位置传感单元116可以是位置传感器（Position Sensitive Detector，PSD）或CCD（charge coupled device）相机。

[0079] 在一些示例中，参见图2或图3，激光跟踪仪1可以包括第一跟踪控制单元13，第一跟踪控制单元13可以配置为控制激光发射单元12的发射方向以使激光发射单元12跟踪探头2。

[0080] 在一些示例中，由于激光发射单元12发射出的激光束会发生折射或反射，甚至激光发射单元12可能会设置于测量主机11外，并通过光纤或其他光学元件调整激光束的光路以使激光束从测量主机11射出，激光发射单元12进行旋转可以是指令激光发射单元12发射出的激光束进行旋转。

[0081] 在一些示例中，第一跟踪控制单元13可以包括控制激光发射单元12沿第一方向D1（参见图7）旋转的第一旋转机构131。在这种情况下，能够利用第一旋转机构131控制激光发射单元12沿第一方向D1旋转以在第一方向D1跟踪靶标21。

[0082] 在一些示例中，第一跟踪控制单元13可以包括控制激光发射单元12沿第二方向D2（参见图7）旋转的第二旋转机构132。在这种情况下，能够利用第二旋转机构132控制激光发射单元12沿第二方向D2旋转以在第二方向D2跟踪靶标21。

[0083] 在一些示例中，参见图7，激光发射单元12沿第一方向D1旋转可以是指激光发射单元12在第一平面S1内旋转，第一平面S1与第一旋转轴1311垂直，此时激光发射单元12可以绕第一旋转轴1311进行旋转。

[0084] 在一些示例中，第一平面S1可以是水平面。换言之，激光发射单元12沿第一方向D1旋转时，第一旋转轴1311可以垂直于水平面。在一些示例中，激光发射单元12在水平面内旋转，第一旋转轴1311也可以称为水平旋转轴。但本公开不限于此，在一些示例中，第一旋转机构131驱动激光发射单元12旋转时，激光发射单元12也可以在任意一平面内旋转，也即激光发射单元12沿第一方向D1旋转时，第一旋转机构131的第一旋转轴1311可以朝任意方向。

[0085] 在一些示例中，参见图7，激光发射单元12沿第二方向D2旋转可以是指激光发射单元12可以在第二平面S2内旋转，第二平面S2与第二旋转轴1321垂直，第二平面S2与第一平面S1不重合且不平行，此时激光发射单元12可以绕第二旋转轴1321进行旋转。

[0086] 需要说明的是，由于可能存在加工误差和装配误差，本文中所涉及的平行、垂直或相交等位置关系，并非限定两个物件必须处于没有误差的完美的平行、垂直或相交等位置关系，而是指在一定的误差范围内，能够认为两个物件处于平行、垂直或相交等位置关系。

[0087] 在一些示例中，第二平面S2可以是竖直面。换言之，激光发射单元12沿第二方向D2旋转时，第二旋转轴1321可以平行于水平面。在一些示例中，激光发射单元12在竖直面内旋转时，第二旋转轴1321也可以称为俯仰旋转轴。但本公开不限于此，在一些示例中，第二旋转机构132驱动激光发射单元12旋转时，激光发射单元12也可以在任意一平面内旋转，也即激光发射单元12沿第二方向D2旋转时，第二旋转机构132的第二旋转轴1321可以朝任意方向。

[0088] 在一些示例中，第一旋转轴1311可以与第二旋转轴1321垂直。换言之，第一平面S1可以与第二平面S2垂直。在这种情况下，能够便捷地将激光发射单元12的姿态调整方式分解为沿第一方向D1的旋转和沿第二方向D2的旋转，从而能够便捷地利用第一旋转机构131和第二旋转机构132控制激光发射单元12朝向任意方向，也即控制激光发射单元12的激光束的发射方向指向任意方向。

[0089] 在一些示例中，第一旋转轴1311的轴线A1可以与第二旋转轴1321的轴线A2相交（参见图7）。在一些示例中，第一旋转轴1311为水平旋转轴且第二旋转轴1321为俯仰旋转轴时，水平旋转轴的轴线可以与俯仰旋转轴的轴线相交。在这种情况下，能够将水平旋转轴与俯仰旋转轴的交点作为激光跟踪仪设备坐标系的原点，从而能够简化运算，提高计算速度，提高计算的准确性。

[0090] 在一些示例中，激光跟踪仪设备坐标系可以是以第一旋转轴1311的轴线A1与第二旋转轴1321的轴线A2的交点为原点，以第一旋转轴1311的轴线A1的方向为Z轴方向，以第二旋转轴1321的轴线A2的方向为Y轴方向，以垂直与第一旋转轴1311的轴线A1和第二旋转轴1321的轴线A2的方向为X轴方向的坐标系。

[0091] 在一些示例中，参见图6，第一旋转机构131可以包括第一旋转轴1311、第一旋转底盘1313和设置于第一旋转底盘1313的至少一个第一支撑臂1312。在一些示例中，测量主机11可以设置于第一支撑臂1312。在一些示例中，第一旋转机构131可以包括两个第一支撑臂
1312，测量主机11可以设置于第一支撑臂1312之间。

[0092] 在一些示例中，第一旋转机构131可以包括第一角度编码器、驱动第一旋转轴1311进行旋转的第一驱动电机和控制第一驱动电机的第一驱动卡。

[0093] 在一些示例中，第一旋转机构131可以控制测量主机11沿第一方向D1旋转以使位于测量主机11内的激光发射单元12沿第一方向D1旋转。在一些示例中，第一旋转底盘1313可以设置于第一旋转轴1311，第一旋转轴1311可以通过第一轴承设置于激光跟踪仪1的底座16（参见图2）。在这种情况下，第一旋转机构131能够通过驱动第一旋转轴1311进行旋转并带动设置于第一旋转轴1311的第一旋转底盘1313沿第一方向D1旋转，进而能够带动设置于第一支撑臂1312的测量主机11沿第一方向D1旋转，进而能够带动位于测量主机11的激光发射单元12沿第一方向D1旋转。

[0094] 在一些示例中，第二旋转机构132可以设置于第一旋转机构131的第一支撑臂1312并可以测量主机11沿第二方向D2旋转。

[0095] 在一些示例中，第二旋转机构132可以与测量主机11联动。在这种情况下，能够利用第二旋转机构132驱动位于测量主机11的激光发射单元12沿第二方向D2旋转。在一些示例中，第二旋转机构132可以包括连接测量主机11的第二旋转轴1321和将第二旋转轴1321设置于第一支撑臂1312的第二轴承。在这种情况下，能够利用第二旋转轴1321带动测量主机11沿第二方向D2旋转，进而能够利用第二旋转机构132驱动位于测量主机11的激光发射单元12沿第二方向D2旋转。

[0096] 在一些示例中，第二旋转机构132可以包括第二角度编码器、驱动第二旋转轴1321进行旋转的第二驱动电机和控制第二驱动电机的第二驱动卡。

[0097] 在一些示例中，第一旋转轴1311和第二旋转轴1321可以是精密轴，并且与第一旋转轴1311和第二旋转轴1321相匹配的第一轴承和第二轴承可以是精密轴承。

[0098] 在一些示例中，第一跟踪控制单元13可以配置为基于第一位置传感单元116获取的传感信息控制激光发射单元12的姿态以使激光发射单元12对准靶标21。具体而言，在第一位置传感单元116中，若第一光斑远离了第一预设零点，则可以认为激光发射单元12没有对准靶标21，进而可以基于第一光斑和第一预设零点之间的相对位置计算激光发射单元12的姿态调整方式。在这种情况下，能够基于姿态调整方式的计算结果令第一跟踪控制单元13控制激光发射单元12跟踪靶标21，同时，由于第一位置传感单元116的精度较高，能够实现六维激光跟踪测量系统的精细瞄准。

[0099] 在一些示例中，第一跟踪控制单元13配置为基于目标捕获单元15获取的发散光束控制激光发射单元12的姿态以使激光发射单元12对准靶标21。具体而言，发光单元14（后续描述）可以发射发散光束，靶标21反射发散光束后，目标捕获单元15可以接收靶标21反射的发散光束，并基于靶标21反射的发散光束的光斑的质心的位置初步确定激光发射单元12是否对准了靶标21，也即激光跟踪仪1初步捕获靶标21。在这种情况下，能够快速地判断激光发射单元12是否捕获靶标21，进而能够快速控制激光发射单元12发射的激光束的方向以使激光束逐渐靠近靶标21。

[0100] 在一些示例中，第一跟踪控制单元13也可以是任意能够改变激光发射单元12的姿态的人或物，具体而言，改变激光发射单元12的姿态的方式可以是自动的，也可以是人为手动的。

[0101] 在一些示例中，激光跟踪仪1可以包括发光单元14（参见图4），发光单元14可以配置为发射发散光束。在这种情况下，由于发光单元14能够发射发散光束，即使激光发射单元12未对准靶标21，靶标21也能接收并反射发散光束，进而能够基于靶标21反射的发散光束快速地获取靶标21的位置信息，进而能够快速控制激光发射单元12发射的激光束的方向以使激光束逐渐靠近靶标21。

[0102] 在一些示例中，发光单元14也可以相对于激光跟踪仪1独立地设置。

[0103] 在一些示例中，发光单元14可以与激光发射单元12联动，换言之，激光发射单元12旋转时，发光单元14也可以做相同的运动。在这种情况下，能够利用发光单元14与激光发射单元12配合，确定激光发射单元12的旋转方式。

[0104] 在一些示例中，参见图4，发光单元14和窗口片115可以设置于同一侧。在这种情况下，能够使发光单元14发射的发散光束的照射范围更广。

[0105] 在一些示例中，发光单元14可以与目标捕获单元15配合并用于六维激光跟踪测量系统的初步捕获，初步捕获可以是指激光发射单元12发射的激光束靠近并对准（或发射至）靶标21。在一些示例中，初步捕获也可以是指激光发射单元12逐渐对准靶标21以使第一位置传感单元116能够接收靶标21反射的激光束。在一些示例中，初步捕获也可以称为粗略瞄准。相对于精细瞄准，由于初步捕获的精度受目标捕获单元15的对焦能力的限制，例如当靶标21与激光跟踪仪1之间的距离超过一定的范围时（例如靶标21与激光跟踪仪1的距离较远而导致目标捕获单元15无法对焦时），目标捕获单元15接收到的发散光束所形成的光斑的位置精度可能会下降，因此，相对于精细瞄准，初步捕获的对准的精度较低。同时，相对于精细瞄准，由于在初步捕获的过程中，发光单元14发射的是发散光束，靶标21能够容易地接收到发散光束，也即目标捕获单元15能够容易地接收到靶标21反射的发散光束，因此能够随时实现初步捕获。在这种情况下，能够利用具有精度相对较低但实现条件比较宽松的初步捕获和精度相对较高但实现条件比较苛刻的精细瞄准配合实现激光发射单元12对准靶标21，进而能够提高激光发射单元12的跟踪速度，也能够提高测量精度。

[0106] 在一些示例中，参见图4，激光跟踪仪1可以包括至少一个发光单元14。在一些示例中，多个发光单元14可以以围绕目标捕获单元15的方式设置在测量主机11的壳体的外表面。在一些示例中，多个发光单元14与目标捕获单元15的距离可以相同，例如，多个发光单元14可以以关于目标捕获单元15中心对称分布的方式设置在壳体的外表面，优选地，多个发光单元14可以围绕目标捕获单元15呈十字对称布置。在这种情况下，相比于利用一个发光单元14所形成的光斑的质心的位置计算激光发射单元12的姿态调整方式，利用多个发光单元14的光斑的质心的位置计算激光发射单元12的姿态调整方式能够提高计算的准确性。

[0107] 在一些示例中，多个发光单元14发出的多束发散光束经靶标21反射，并被目标捕获单元15接收后，能够在目标捕获单元15聚焦成为一个整体具有规则形状的光斑，例如以环形地分布在目标捕获单元15外周的发光单元14的发散光束经靶标21反射后能够在目标捕获单元15形成一个由多个光斑围绕而形成的圆环。

[0108] 在一些示例中，发光单元14可以是LED灯。在一些示例中，发光单元14也可以是任意能够形成发散光束的仪器或设备。

[0109] 在一些示例中，激光跟踪仪1可以包括发光单元14和目标捕获单元15，发光单元14可以配置为发射发散光束，目标捕获单元15可以配置为接收经由探头2反射的发散光束。在这种情况下，通过发光单元14发射的发散光束，目标捕获单元15能够快速地获得靶标21反射的包含靶标21的位置信息的发散光束，由此能够确定靶标21的初步位置，并通过第一跟踪控制单元13控制激光发射单元12的姿态以使激光发射单元12发射的激光束靠近靶标21并实现初步捕获。

[0110] 在一些示例中，参见图5a、图5b和图5c，目标捕获单元15可以设置于壳体表面。在一些示例中，目标捕获单元15也可以设置于壳体所形成的内腔中，并且，在壳体可以设置有允许靶标21反射的发散光束通过的通光孔或透镜组件118。

[0111] 在一些示例中，参见图5c，激光跟踪仪1可以包括多个目标捕获单元15。在这种情况下，能够利用多个目标捕获单元15实现初步捕获，并且能够利用多个目标捕获单元15获取的信息计算激光发射单元12发射出的激光束的旋转角度，提高初步捕获的控制精度。在一些示例中，多个目标捕获单元15可以围绕窗口片115设置。在一些示例中，多个目标捕获单元15可以关于窗口片115呈中心对称。

[0112] 在一些示例中，目标捕获单元15可以是CMOS感光元件，例如可以是CMOS图像传感器。在另一些示例中，发光单元14可以是CCD感光元件。但本公开不限于此，目标捕获单元15也可以是其他用于感光成像的元件。

[0113] 在一些示例中，目标捕获单元15可以包括感光阵列（或称为像素阵列）。感光阵列可以是由多个像素组成，可以将接收到的光信号转变为电信号输出。在这种情况下，能够获得经过靶标21反射的发散光束在目标捕获单元15上形成的目标捕获光斑的数据，进而能够基于目标捕获光斑粗略获得靶标21（探头2）的空间位置。

[0114] 在一些示例中，可以令发散光束在目标捕获单元15的感光阵列上所形成的光斑为目标捕获光斑，基于目标捕获光斑和目标捕获零点之间的相对位置计算激光发射单元12的姿态调整方式，目标捕获零点可以位于激光发射单元12对准靶标21时各个发光单元14所形成的目标捕获光斑的位置，目标捕获光斑和目标捕获零点之间的相对位置可以是指目标捕获光斑相对于目标捕获零点的位置。

[0115] 在一些示例中，参见图5a，透镜组件118可以设置于感光阵列的前方。在这种情况下，被靶标21反射的发散光束能够通过透镜组件118并在目标捕获单元15形成目标捕获光斑，通过透镜组件118聚焦后，能够在目标捕获单元15上形成清晰的目标捕获光斑。在一些示例中，参见图5a，透镜组件118的光轴的方向可以与激光束从测量主机11出射的方向相同。

[0116] 在一些示例中，透镜组件118可以是单个透镜。在另一些示例中，透镜组件118包括多个透镜，多个透镜的光轴可以保持在同一直线上，并且在多个透镜中，位于最前方的透镜可以是用于聚集光束的聚光透镜。在这种情况下，能够便于透镜组件118聚集经靶标21反射的发散光束，进而能够在目标捕获单元15上形成清晰的光斑。

[0117] 在一些示例中，激光跟踪仪1可以包括跟踪头角度测量单元，跟踪头角度测量单元可以配置为测量激光发射单元12在第一跟踪控制单元13的控制下的旋转角度。在这种情况下，能够获得激光发射单元12的旋转角度，进而能够基于激光发射单元12的旋转角度和激光发射单元12与靶标21之间的距离计算靶标21的空间位置。

[0118] 在一些示例中，跟踪头角度测量单元可以包括配置为测量激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度的第一跟踪头角度测量单元。在一些示例中，跟踪头角度测量单元还可以包括配置为测量激光发射单元12沿第二方向D2旋转的旋转角度的第二跟踪头角度测量单元。在这种情况下，能够获得激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度和沿第二方向D2旋转的旋转角度，进而能够基于激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度和沿第二方向D2旋转的旋转角度计算靶标21在激光跟踪仪设备坐标系中的方位，结合距离测量模块（例如绝对测距模块113和/或干涉测距模块114）获取的靶标21的距离，进而可以计算获得靶标21在激光跟踪仪设备坐标系的具体的位置坐标。

[0119] 在一些示例中，激光发射单元12的姿态与激光束的方向向量可以同步地发生变化，同时，激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度和激光发射单元12沿第二方向D2旋转的旋转角度能够表示激光发射单元12的姿态，由此，能够利用激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度和激光发射单元12沿第二方向D2旋转的旋转角度表示激光束在激光跟踪仪设备坐标系中的方向向量，进而能够在后续过程中基于激光束在不同坐标系中的方向向量和不同坐标系的变换关系获得目标的姿态。

[0120] 在一些示例中，跟踪头角度测量单元包括设置于旋转轴的光栅盘和读数头。例如，第一跟踪头角度测量单元可以包括设置于第一旋转轴1311的第一跟踪头光栅盘和基于第一跟踪头光栅盘获得激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度的第一跟踪头读数头。第二跟踪头角度测量单元可以包括设置于第二旋转轴1321的第二跟踪头光栅盘和基于第二跟踪头光栅盘获得激光发射单元12沿第二方向D2旋转的旋转角度的第二跟踪头读数头。
在这种情况下，能够通过跟踪头角度测量单元测量第一旋转轴1311或第二旋转轴1321的旋转角度以获得激光发射单元12在第一方向D1旋转或第二方向D2旋转的旋转角度。但本公开不限于此，跟踪头角度测量单元也可以是基于其他测量原理的并能够测量激光发射单元12的旋转角度的仪器。

[0121] 在一些示例中，激光跟踪仪1可以包括第一重力对齐单元。在一些示例中，第一重力对齐单元可以配置为将基于跟踪头角度测量单元获取的第一方向信息对齐至目标坐标系。在一些示例中，第一方向信息可以包括激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度和沿第二方向D2旋转的旋转角度。在一些示例中，第一重力对齐单元可以通过测量激光跟踪仪1、测量主机11、激光发射单元12、或第一平面S1相对于水平面的倾斜角度作为第一倾斜角度。换言之，第一重力对齐单元可以配置为获取第一倾斜角度，第一倾斜角度可以配置为将跟踪头角度测量单元获取的第一方向信息对齐至目标坐标系。其中，对齐可以是指通过坐标变换的方式，基于在一个坐标系中的向量计算该向量在另一个坐标系中的表示。

[0122] 在这种情况下，由于利用跟踪头角度测量单元测量的激光发射单元12沿第一方向D1旋转的旋转角度和沿第二方向D2旋转的旋转角度能够获得靶标21在激光跟踪仪设备坐标系的具体的位置坐标，而将第一方向信息对齐至目标坐标系能够获得靶标21在目标坐标系的方位，进而能够计算获得靶标21在目标坐标系的具体的位置坐标，同时，探头角度测量单元获取的第二方向信息也可以利用第二倾斜角度与目标坐标系关联，也即能够利用目标坐标系和靶标坐标系的变换关系将探头角度测量单元获取的第二方向信息从靶标坐标系变换至目标坐标系或将探头角度测量单元获取的第二方向信息从目标坐标系变换至靶标坐标系。由此能够在同一个坐标系中处理跟踪头角度测量单元获取的第一方向信息和探头角度测量单元获取的第二方向信息，从而能够将分别在激光跟踪仪1获取的第一方向信息和在探头2获取的第二方向信息相关联，进而能够基于在激光跟踪仪1获取的第一方向信息和在探头2获取的第二方向信息之间的关联计算探头2（或目标）的三个欧拉角中的至少一个。

[0123] 在一些示例中，目标坐标系可以是基于重力方向建立的坐标系，例如，在目标坐标系的正交轴中，Z轴可以与重力方向平行，X轴和Y轴可以分别与重力方向垂直。在这种情况下，能够基于不同的坐标系（例如激光跟踪仪设备坐标系和靶标坐标系）和重力的关系将各个坐标系的空间位置对齐至目标坐标系，在实际的过程中，需要用到激光束的方向向量在不同的坐标系的坐标以及不同的坐标系的坐标之间的变换关系计算目标的偏航角，同时，难以直接获得激光跟踪仪设备坐标系与靶标坐标系的变换关系，将第一方向信息对齐至目标坐标系，并利用第二倾斜角度表示目标坐标系与靶标坐标系之间的变换关系，能够建立关于激光束的方向向量的等式，进而能够通过等式求解出偏航角。

[0124] 在一些示例中，第一方向信息对齐至目标坐标系也可以称为对第一方向信息进行重力对齐。

[0125] 在一些示例中，第一重力对齐单元可以包括两个单轴加速度计，并且两个单轴加速度计的敏感轴可以正交。但本公开不限于此，在一些示例中，第一重力对齐单元也可以包括一个双轴加速度计。在一些示例中，第一重力对齐单元也可以包括一个三轴加速度计。在一些示例中，第一重力对齐单元也可以包括两个单轴倾角仪或一个双轴倾角仪（倾角传感器）。在一些示例中，第一重力对齐单元也可以包括水平仪。在一些示例中，第一重力对齐单元可以包括能够测量激光跟踪仪1、测量主机11、激光发射单元12或第一平面S1相对于水平面的倾斜角度的任意设备。在这种情况下，能够获得两个第一倾斜角度，进而能够利用第一倾斜角度获得激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系的变换公式。

[0126] 在一些示例中，加速度计可以是闭环液浮摆式、挠性摆式、振弦式或摆式积分陀螺等。在一些示例中，倾角传感器可以是固体摆式、液体摆式或气体摆式等。在一些示例中，加速度计也可以是MEMS加速度计。在一些示例中，加速度计也可以是电容摆式传感器。

[0127] 在一些示例中，以第一重力对齐单元可以包括两个单轴加速度计，并且两个单轴加速度计的敏感轴正交为例，第一重力对齐单元可以包括单轴加速度计a和单轴加速度计b，其中，单轴加速度计a的敏感轴和单轴加速度计b的敏感轴可以在同一平面内，单轴加速度计a的敏感轴和单轴加速度计b的敏感轴所在的平面可以与第一旋转轴1311垂直，单轴加速度计a的敏感轴可以与第二旋转轴1321平行，单轴加速度计b的敏感轴可以与第二旋转轴1321垂直。在这种情况下，由于第一重力对齐单元的敏感轴与第一跟踪控制单元13的旋转轴相匹配，能够简化激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系的变换公式，提高计算速度，并提高测量精度。但本公开不限于此，在另外一些实例中，两个单轴加速度计的敏感轴与第二旋转轴1321的位置关系也可以不是平行或垂直。

[0128] 在一些示例中，第一倾斜角度可以分解为第一倾斜角度a和第一倾角度b。在一些示例中，第一倾斜角度a可以通过单轴加速度计a获取，并且第一倾斜角度b可以通过单轴加速度计b获取。在一些示例中，第一倾斜角度a和第一倾斜角度b也可以通过双轴加速度计获得。在一些示例中，第一倾斜角度a和第一倾斜角度b也可以通过一个单片集成的三轴加速度计获得，其中三轴加速度计的两条敏感轴可以分别与第二旋转轴1321平行和垂直。

[0129] 在一些示例中，第一重力对齐单元可以实时地获取第一倾斜角度。换言之，在利用六维激光跟踪测量系统计算目标的六维坐标时，第一重力对齐单元可以持续不间断地测量第一倾斜角度。在这种情况下，能够实时地获取第一倾斜角度，并且能够实时地利用第一倾斜角度对跟踪头角度测量单元获取的第一方向信息进行重力对齐，进而能够实时地获取探头2（或目标）的六维坐标。

[0130] 在一些示例中，可以利用第一倾斜角度对第一方向信息进行重力对齐。具体而言，可以利用第一倾斜角度获得激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系的变换公式，并利用激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系的变换公式计算在激光跟踪仪设备坐标系下的第一方向信息在目标坐标系的值。

[0131] 在一些示例中，第一重力对齐单元可以设置于第一旋转机构131中。在一些示例中，第一重力对齐单元可以设置于激光跟踪仪1的其他位置，例如第一重力对齐单元可以设置于测量主机11的底部以及其他位置。

[0132] 在一些示例中，参见图2和图3，激光跟踪仪1还可以包括支架17，支架17可以配置为支撑底座16。在一些示例中，底座16可以以可拆卸的方式设置于支架17。在这种情况，能够便于底座16和位于底座16上的第一跟踪控制单元13和测量主机11。

[0133] 在一些示例中，支架17可以具有防震功能。在这种情况下，能够提高测量精度。

[0134] 在一些示例中，支架17可以包括滑轮171。在这种情况下，能够便于移动激光跟踪仪1。

[0135] 在一些示例中，支架17可以包括顶丝。在这种情况下，能够将激光跟踪仪1固定于地面。

[0136] 以下进一步说明探头2的结构，如上所述，六维激光跟踪测量系统可以包括与激光跟踪仪1配合以获得目标的位置和姿态的探头2。

[0137] 在一些示例中，探头2也可以称为辅助测量装置、接收器、反射器或靶球。在一些示例中，探头2可以是任意能够以入射方向相反的方式反射光束的设备。

[0138] 图8是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头2的示意图。图9是示出了本公开示例所涉及的第三平面S3、第三方向D3、第三旋转轴2311的轴线A3、第四平面S4、第四方向D4和第四旋转轴2321的轴线A4的示意图。图10是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头2在图8中的M‑M'位置的剖面示意图。图11是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的靶标21和第四旋转轴2321在图8中的N‑N'位置的剖面示意图。图12是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头2的部分结构的正视图。图13是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头2的部分结构的在图12中的O‑O'位置的剖面示意图。图14是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的靶标21的部分结构的在图12中的O‑O'位置的剖面示意图。图15是示出了本公开示例所涉及的六维激光跟踪测量系统的探头2的部分结构的仰视图。

[0139] 在一些示例中，参见图8、图9、图10、图12和图13，探头2可以包括靶标21和固定底座22。在一些示例中，靶标21可以用于反射光束，固定底座22可以配置为将探头2安装于目标。在这种情况下，能够通过固定底座22将探头2固定于目标，令探头2与目标联动，进而能够基于靶标21反射的光束（包括激光束和发散光束）确定靶标21的位置和姿态，进而能够基于靶标21的位置和姿态确定固定底座22的位置（也即目标的位置和姿态）。

[0140] 在一些示例中，靶标21可以配置为反射激光束或发散光束。

[0141] 在一些示例中，靶标21可以具有通孔2122（参见图11）。在一些示例中，通孔2122可以配置为检测激光发射单元12发射的激光束是否发射至靶标21的第二位置传感单元2131（参见图11）。

[0142] 在一些示例中，参见图8、图9和图10，靶标21的结构可以为对称结构，例如可以关于图9中的第四平面S4对称。

[0143] 在一些示例中，靶标21可以具有多层结构。例如，靶标21可以包括三层结构。具体而言，靶标21可以包括棱镜层211、中间层212、以及基准层213（参见图14）。在一些示例中，中间层212可以设置于棱镜层211和基准层213之间。在一些示例中，靶标21可以包括从前到后设置的棱镜层211、中间层212、以及基准层213。

[0144] 在一些示例中，参见图14，棱镜层211可以设置有具有切口的反射镜2111。例如，具有切口的反射镜2111可以为实心角锥棱镜、空心角锥棱镜或空心光学回射器。在这种情况下，能够将激光束以与入射方向相反的方向返回到激光跟踪仪1，进而能够测量激光跟踪仪1的机械零点到角锥中心的距离，也即激光发射单元12与靶标21之间的距离。在一些示例中，机械零点可以是指激光跟踪仪设备坐标系的原点，角锥中心可以是靶标坐标系的原点，换言之，可以以机械零点为原点建立激光跟踪仪设备坐标系，可以以角锥中心为原点建立靶标坐标系。

[0145] 在一些示例中，机械零点可以是指第一旋转轴1311和第二旋转轴1321的交点（也即机械零点可以是水平旋转轴与俯仰旋转轴的交点），由此能够简化运算。但本公开不限于此，机械零点也可以是任意位置。

[0146] 在一些示例中，角锥中心可以是指具有切口的反射镜2111的顶点V。例如，顶点V可以是指图14中的角锥棱镜的顶点V。在一些示例中，靶标21的位置坐标可以是指角锥中心的位置坐标。

[0147] 在一些示例中，切口的直径可以在1.0 2.0mm左右（例如切口的直径可以为1.0mm、~1.1mm、1.2mm、1.3mm、1.4mm、1.5mm、1.6mm、1.7mm、1.8mm、1.9mm、或2.0mm），但本公开不限于此切口的直径，切口的直径也可以小于1.0mm或大于2.0mm，切口的直径也可以具有更高或更低的精度。

[0148] 在一些示例中，参见图14，切口平面Sc可以平行于入射平面Si，切口平面Sc可以是指形成该切口的切面，入射平面Si可以是指激光束入射至具有切口的反射镜2111的平面。在这种情况下，使入射的激光束的至少一部分能够透过顶点V投射到后方的第二位置传感单元2131。

[0149] 在一些示例中，具有切口的反射镜2111可以是空心角锥棱镜。在这种情况下，当入射的光束（也可以称为入射光束）进入空心角锥棱镜时，通过平面反射入射的光束能够减少光束的折射进而能够减少光能的损失，并且能够减少因为折射而引起的光路复杂，进而降低了计算的复杂度。

[0150] 在一些示例中，空心角锥棱镜可以为三片平面反射镜两两垂直组合形成。在这种情况下，入射光束经过三个平面反射镜依次反射后，出射光线的方向能够和入射光束的方向平行。但本公开不限于此，空心角锥棱镜也可以是任意能够以入射方向相反的方式反射光束的元件。

[0151] 在一些示例中，空心角锥棱镜的顶点V可以位于中间层212。在一些示例中，空心角锥棱镜的主体可以位于棱镜层211。

[0152] 在一些示例中，靶标21可以包括设置于棱镜层211后的中间层212。

[0153] 在一些示例中，参见图14，可以令空心角锥棱镜的光轴为靶标21的光轴Ao。在一些示例中，通孔2122可以位于靶标21的光轴Ao所在的直线上。在这种情况下，当激光发射单元12发射的激光束沿空心角锥棱镜的光轴入射时，也即靶标21对准激光发射单元12时，激光束能够通过通孔2122，并且会在通孔2122的后方的特定位置（例如后文所述的第二预设零点）形成光斑，进而能够根据通孔2122的后方的特定位置是否有光斑确定靶标21是否对准激光发射单元12。

[0154] 在一些示例中，在中间层212可以设置有小孔板2121（参见图11），并且通孔2122可以设置于小孔板2121。在一些示例中，位于小孔板2121的通孔2122同时也可以位于具有切口的反射镜2111的顶点V。在一些示例中，通孔2122可以设置于小孔板2121且在空心角锥棱镜的光轴所在的直线上，并且通孔2122的朝向可以在空心角锥棱镜的光轴所在的直线上。

[0155] 在一些示例中，小孔板2121可以为具有通孔2122的铝板。但本公开不限于此，小孔板2121的构成材料也可以包括铁、铜、不锈钢、或钽等金属材料或硅、石墨、氧化物、或碳化物等非金属材料构成。在一些示例中，小孔板2121可以是针孔光阑。

[0156] 在一些示例中，通孔2122的形状可以是任意形状，例如，通孔2122的形状可以是多边形、椭圆形、或圆形等任意形状。优选地，通孔2122的形状可以是圆形。

[0157] 在一些示例中，通孔2122的大小可以小于激光束的截面大小。在这种情况下，能够使激光束的至少一部分通过通孔2122，并令激光束的至少一部分在通孔2122后到达基准层213形成第二光斑。

[0158] 在一些示例中，参见图11和图13，靶标21可以包括滤光片2123。在一些示例中，滤光片2123可以设置于小孔板2121与第二位置传感单元2131之间，换言之，滤光片2123可以设置于小孔板2121的后方。在这种情况下，能够过滤特定的波长范围（例如激光发射单元12形成的激光束的波长）以外的光，使得通过通孔2122并在第二位置传感单元2131形成的第二光斑的能量来自于激光发射单元12形成的激光束，由此能够减少环境光或发光单元14的干扰影响，从而提升激光束方位的检测精度。

[0159] 在一些示例中，靶标21可以包括设置于中间层212后的基准层213。在一些示例中，基准层213可以设置有第二位置传感单元2131，第二位置传感单元2131可以配置为接收经过通孔2122的激光束。

[0160] 在一些示例中，第二位置传感单元2131可以具有感光面，在一些示例中，第二位置传感单元2131的感光面可以与切口平面Sc平行。在一些示例中，第二位置传感单元2131的感光面可以与入射平面Si平行。在一些示例中，第二位置传感单元2131的感光面可以与靶标21的光轴Ao垂直。在这种情况下，由于感光面与靶标坐标系的两个轴垂直，能够便捷地利用第二位置传感单元2131获取的第二光斑的位置计算靶标21的姿态，进而能够简化运算。但本公开不限于此，第二位置传感单元2131的感光面也可以与切口平面Sc不平行。

[0161] 在一些示例中，第二位置传感单元2131接收经过通孔2122的激光束后，可以基于激光束在第二位置传感单元2131的感光面所形成的第二光斑判断靶标21是否对准激光发射单元12。

[0162] 在一些示例中，第二位置传感单元2131可以记录第二光斑在第二位置传感单元2131的感光面的位置。在这种情况下，能够基于第二光斑在第二位置传感单元2131的感光面的位置计算靶标21的姿态和靶标21的姿态调整方式。相对于现有技术中需要在探头2设置多个发光装置，并利用设置于激光跟踪仪1的姿态相机和变焦光学镜头获取多个发光装置在空间中的位置，再基于多个发光装置在空间中的位置计算靶标21的姿态的计算方式相比，通过第二位置传感单元2131计算靶标21的姿态和靶标21的姿态调整方式不需要在探头
2设置多个发光装置，也不需要在激光跟踪仪1设置姿态相机和变焦光学镜头，能够有效降低制造成本和设计成本，而且也不会因为靶标21过远而导致姿态相机和变焦光学镜头难以对焦而导致靶标21的姿态的测量精度较低的情况。相对于目前现有技术中利用设置于探头
2的位置传感单元（例如PSD或CCD相机）的光斑位置直接计算探头2（或目标）的姿态，所计算得到的探头2（或目标）的姿态容易受到位置传感单元的非线性和漂移误差的影响，进而导致目标的测量精度不稳定。而利用第二位置传感单元2131获取靶标21的姿态和靶标21的姿态调整方式，并实现靶标21对准激光发射单元12，激光束所形成的第二光斑持续地位于第二位置传感单元2131中的固定点或伺服零点（也即第二预设零点），再利用探头角度测量单元、第二重力对齐单元26等部件配合计算探头2（或目标）的姿态（后续描述），能够有效减少位置传感单元的非线性和漂移误差对探头2（或目标）的姿态的精度的影响，从而提高了目标的姿态测量精度的准确性。

[0163] 在一些示例中，可以基于第二光斑和第二位置传感单元2131的第二预设零点之间的相对位置确定靶标21的姿态调整方式，第二预设零点可以位于靶标21对准激光发射单元12时第二光斑的位置。

[0164] 在一些示例中，第二位置传感单元2131可以实时地获取第二光斑的位置。换言之，在第二位置传感单元2131形成第二光斑后，第二位置传感单元2131可以持续地获取第二光斑的位置。在这种情况下，能够持续地确定靶标21的姿态，进而能够实时地确定靶标21的姿态调整方式，并基于靶标21的姿态调整方式控制第二跟踪控制单元以使靶标21实时地对准激光发射单元12。

[0165] 在一些示例中，第二位置传感单元2131可以是位置传感器（Position Sensitive Detector，PSD）或CCD（charge coupled device）相机。

[0166] 在一些示例中，空心角锥棱镜未接收到激光束时，可以认为激光跟踪仪1未对准靶标21；空心角锥棱镜接收到激光束，并且反射的激光束在第一位置传感单元116所形成的光斑位于第一预设零点，可以认为激光跟踪仪1对准靶标21；当空心角锥棱镜接收到激光束，并且激光束的至少一部分通过通孔2122并在第二位置传感单元2131形成光斑，并且激光束的至少一部分在第二位置传感单元2131所形成的光斑不位于第二预设零点，可以认为激光束未与靶标21的光轴Ao平行，并且靶标21未对准激光跟踪仪1；当空心角锥棱镜接收到激光束，并且激光束的至少一部分通过通孔2122并在第二位置传感单元2131形成光斑，并且激光束的至少一部分在第二位置传感单元2131所形成的光斑位于第二预设零点，可以认为激光束与靶标21的光轴Ao平行，并且靶标21对准激光跟踪仪1。在这种情况下，能够基于激光束和探头2的关系判断六维激光跟踪测量系统处于哪一个阶段。

[0167] 在一些示例中，靶标21的表面可以不设置有用于获取靶标21的姿态的发光装置。在这种情况下，能够有效降低靶标21的制造成本和设计成本，同时也能够不在激光跟踪仪1设置用于接收靶标21的发光装置的光束的姿态相机和变焦光学镜头，进一步降低激光跟踪仪1的制造成本和设计成本。

[0168] 在一些示例中，参见图8，探头2可以包括第二跟踪控制单元，第二跟踪控制单元可以配置为基于第二位置传感单元2131获取的传感信息控制靶标21的姿态以使靶标21对准激光发射单元12。在这种情况下，能够利用第二跟踪控制单元驱动靶标21以使靶标21对准激光发射单元12。

[0169] 在一些示例中，第二跟踪控制单元可以包括控制靶标21沿第三方向D3旋转的第三旋转机构231（参见图8）。在这种情况下，能够利用第三旋转机构231控制靶标21沿第三方向D3旋转以在第三方向D3跟踪激光跟踪仪1。

[0170] 在一些示例中，第二跟踪控制单元可以包括控制靶标21沿第四方向D4旋转的第四旋转机构232（参见图10）。在这种情况下，能够利用第四旋转机构232控制靶标21沿第四方向D4旋转以在第四方向D4跟踪激光跟踪仪1。

[0171] 在一些示例中，结合图9和图10，靶标21沿第三方向D3旋转可以是指靶标21在第三平面S3内旋转，第三平面S3与第三旋转轴2311垂直，此时靶标21可以绕第三旋转轴2311进行旋转。

[0172] 在一些示例中，将探头2安装于目标时，令目标上的用于安装固定底座22的表面为安装面，则第三平面S3可以与安装面平行。换言之，第三平面S3与目标上的用于安装固定底座22的表面为安装面相关联，当目标的姿态发生变化时，第三平面S3也可能发生变化，靶标21沿第三方向D3旋转时，第三旋转轴2311可以垂直于安装面。但本公开不限于此，在一些示例中，第三旋转机构231驱动靶标21旋转时，靶标21也可以在任意一平面内旋转，也即靶标
21沿第三方向D3旋转时，第三旋转机构231的第三旋转轴2311可以朝任意方向。

[0173] 在一些示例中，结合图9和图10，靶标21沿第四方向D4旋转可以是指靶标21可以在第四平面S4内旋转，第四平面S4与第三平面S3不重合且不平行，并且第四平面S4与第四旋转轴2321垂直，靶标21可以绕第四旋转轴2321进行旋转。

[0174] 在一些示例中，第四平面S4可以是与切口平面Sc（或第二位置传感单元2131的感光面）垂直的平面，换言之，第四旋转轴2321可以与切口平面Sc（或第二位置传感单元2131的感光面）平行。在一些示例中，将探头2安装于目标时，令目标上的用于安装固定底座22的表面为安装面，则第四平面S4可以与安装面垂直。换言之，第四平面S4与目标上的用于安装固定底座22的表面为安装面相关联，当目标的姿态发生变化时，第四平面S4也可能发生变化，靶标21沿第四方向D4旋转时，第四旋转轴2321可以平行于安装面。但本公开不限于此，在一些示例中，第四旋转机构232驱动靶标21旋转时，靶标21也可以在任意一平面内旋转，也即靶标21沿第四方向D4旋转时，第四旋转机构232的第四旋转轴2321可以朝任意方向。

[0175] 在一些示例中，第三旋转轴2311可以与第四旋转轴2321垂直。换言之，第三平面S3可以与第四平面S4垂直。在这种情况下，能够便捷地将靶标21的姿态调整方式分解为沿第三方向D3的旋转和沿第四方向D4的旋转，从而能够便捷地利用第三旋转机构231和第四旋转机构232控制靶标21朝向任意方向，也即靶标21的光轴Ao方向指向任意方向。

[0176] 在一些示例中，第三旋转轴2311的轴线A3可以与第四旋转轴2321的轴线A4相交，并可以将第三旋转轴2311的轴线A3与第四旋转轴2321的轴线A4的交点作为靶标坐标系的原点。在这种情况下，能够简化运算，提高计算速度，提高计算的准确性。

[0177] 在一些示例中，靶标坐标系可以是以第三旋转轴2311的轴线A3与第四旋转轴2321的轴线A4的交点为原点，以第三旋转轴2311的轴线A3的方向为Z轴方向，以第四旋转轴2321的轴线A4的方向为Y轴方向，以垂直与第三旋转轴2311的轴线A3和第四旋转轴2321的轴线A4的方向为X轴方向的坐标系。

[0178] 在一些示例中，第三旋转轴2311的轴线A3可以与第四旋转轴2321的轴线A4相交，并可以将第三旋转轴2311的轴线A3与第四旋转轴2321的轴线A4的交点设置于具有切口的反射镜2111的顶点V。在这种情况下，能够简化运算，提高计算速度，提高计算的准确性。

[0179] 在一些示例中，参见图10，第三旋转机构231可以包括第三旋转轴2311、第三旋转底盘2313和设置于第三旋转底盘2313的至少一个第三支撑臂2312，靶标21可以设置于第三支撑臂2312。在一些示例中，第三旋转机构231可以包括两个第三支撑臂2312，靶标21可以设置于两个第三支撑臂2312之间。

[0180] 在一些示例中，第三旋转机构231可以设置于固定底座22，第三旋转机构231可以包括第三旋转轴2311、与第三旋转轴2311相匹配的第三轴承2314、与第三旋转轴2311联动的第三支撑臂2312和驱动第三旋转轴2311旋转的第三驱动电机2315。在这种情况下，能够利用第三驱动电机2315驱动第三旋转轴2311旋转，进而能够带动第三支撑臂2312绕第三旋转轴2311旋转，进而能够利用第三支撑臂2312带动靶标21绕第三旋转轴2311旋转。

[0181] 在一些示例中，第三旋转机构231可以包括第三角度编码器、第三驱动电机2315和控制第三驱动电机2315的第三驱动卡。

[0182] 在一些示例中，第三旋转机构231可以控制靶标21沿第三方向D3旋转。在一些示例中，第三旋转底盘2313可以设置于第三旋转轴2311，并且第三旋转轴2311可以通过第三轴承2314设置于固定底座22。在这种情况下，第三旋转机构231能够通过驱动第三旋转轴2311进行旋转并带动设置于第三旋转轴2311的第三旋转底盘2313沿第三方向D3旋转，进而能够带动设置于第三支撑臂2312的靶标21沿第三方向D3旋转。

[0183] 在一些示例中，第四旋转机构232可以设置于第三旋转机构231的第三支撑臂2312并能够驱动第四旋转轴2321沿第四方向D4旋转。

[0184] 在一些示例中，第四旋转轴2321可以与靶标21联动。在这种情况下，能够利用第四旋转机构232驱动靶标21沿第四方向D4旋转。在一些示例中，第四旋转机构232可以包括连接靶标21并将靶标21设置于第三支撑臂2312的第四旋转轴2321、与第四旋转轴2321相匹配的第四轴承2322、第四角度编码器、驱动第四旋转轴2321进行旋转的第四驱动电机2323和控制第四驱动电机2323的第四驱动卡。在这种情况下，利用第四轴承2322将第四旋转轴2321设置于第三支撑臂2312，进而能够令第三支撑臂2312带动第四旋转轴2321和设置于第四旋转轴2321的靶标21绕第三旋转轴2311旋转，同时，能够通过第四驱动电机2323驱动第四旋转轴2321旋转，进而带动靶标21绕第四旋转轴2321旋转，从而能够利用第四旋转轴
2321带动靶标21沿第四方向D4旋转。

[0185] 在一些示例中，第三旋转轴2311和第四旋转轴2321可以是精密轴，并且与第三旋转轴2311和第四旋转轴2321相匹配的第三轴承2314和第四轴承2322可以是精密轴承。

[0186] 在一些示例中，第二跟踪控制单元可以配置为基于第二位置传感单元2131获取的传感信息控制靶标21的姿态以使靶标21对准激光发射单元12。具体而言，在第二位置传感单元2131中，若第二光斑远离了第二预设零点，则可以认为靶标21没有对准激光发射单元12，可以基于第二光斑和第二预设零点之间的相对位置计算靶标21的姿态调整方式。在这种情况下，能够基于姿态调整方式的计算结果令第二跟踪控制单元控制靶标21反向跟踪激光发射单元12，第二光斑和第二预设零点之间的相对位置可以是指第二光斑相对于第二预设零点的位置。

[0187] 在一些示例中，第二跟踪控制单元可以由第三旋转机构231和第四旋转机构232构成。在这种情况下，能够控制靶标21在两个方向进行旋转，由第三旋转机构231和第四旋转机构232构成的第二跟踪控制单元能够减少制造成本和设计成本，同时，在第二跟踪控制单元由第三旋转机构231和第四旋转机构232构成的情况下，能够控制靶标21对准激光发射单元12，也能够基于测量和计算获得靶标21的姿态。

[0188] 在一些示例中，第二跟踪控制单元也可以是任意能够改变靶标21的姿态的人或物，具体而言，改变靶标21的姿态的方式可以是自动的，也可以是人为手动的。

[0189] 在一些示例中，参见图10，探头2可以包括探头角度测量单元，探头角度测量单元可以配置为测量靶标21在第二跟踪控制单元的控制下的旋转角度。在这种情况下，能够利用探头角度测量单元获得靶标21的旋转角度，由此能够基于靶标21的旋转角度确定靶标21的姿态和探头2的姿态的位置关系，进而能够获取靶标21相对于探头2的旋转角度，进而能够基于探头2的旋转角度计算目标的空间姿态。需要说明的是，在利用第二跟踪控制单元控制靶标21旋转的过程，也是控制靶标21相对于固定底座22旋转的过程，探头2的姿态可以是指探头2中的固定底座22的姿态，由于固定底座22安装于目标，固定底座22的移动方式与目标的移动方式同步，因此探头2的姿态也可以是指目标的姿态。同时，由于靶标21在第二跟踪控制单元的控制下持续地对准激光发射单元12，靶标21的姿态可以与激光束的方向向量同步地发生变化。换言之，获取靶标21相对于探头2的旋转角度，也即获取了激光束的方向向量相对于目标的变化（也即激光束在靶标坐标系中的方向向量）。

[0190] 在一些示例中，基于探头2的旋转角度计算目标的空间姿态可以是指先基于靶标21的旋转角度确定激光束在靶标坐标系中的方向向量，再基于激光发射单元12的旋转角度确定激光束在激光跟踪仪设备坐标系中的方向向量，并利用激光束在不同的坐标系（例如激光跟踪仪设备坐标系、目标坐标系和靶标坐标系）中的方向向量以及不同坐标系之间的变换关系计算探头2（或目标）的偏航角。

[0191] 在一些示例中，参见图10，探头角度测量单元可以包括配置为测量靶标21沿第三方向D3旋转的旋转角度的第一探头角度测量单元24和配置为测量靶标21沿第四方向D4旋转的旋转角度的第二探头角度测量单元25。在这种情况下，能够获得靶标21沿第三方向D3旋转的旋转角度和沿第四方向D4旋转的旋转角度，进而能够基于靶标21沿第三方向D3旋转的旋转角度和沿第四方向D4旋转的旋转角度计算激光束在靶标坐标系中的方向向量。

[0192] 在一些示例中，探头角度测量单元包括设置于旋转轴的光栅盘和读数头。例如，第一探头角度测量单元24可以包括设置于第三旋转轴2311的第一探头光栅盘241和基于第一探头光栅盘241获得靶标21沿第三方向D3旋转的旋转角度的第一探头读数头242。第二探头角度测量单元25可以包括设置于第四旋转轴2321的第二探头光栅盘251和基于第二探头光栅盘251获得靶标21沿第四方向D4旋转的旋转角度的第二探头读数头252。在这种情况下，能够通过探头角度测量单元测量第三旋转轴2311或第四旋转轴2321的旋转角度以计算激光束在靶标坐标系中的方向向量。但本公开不限于此，探头角度测量单元也可以是基于其他测量原理的并能够测量靶标21的旋转角度的仪器。

[0193] 在一些示例中，参见图10和图13，探头2可以包括第二重力对齐单元26。

[0194] 在一些示例中，第二重力对齐单元26可以配置为获取目标的姿态，在一些示例中，第二重力对齐单元26可以用于获取目标的至少一个欧拉角。在一些示例中，第二重力对齐单元26可以用于获取目标的俯仰角和横滚角。

[0195] 在一些示例中，第二重力对齐单元26可以配置为将基于探头角度测量单元获取的第二方向信息关联至目标坐标系（例如将激光束的方向在目标坐标系中的坐标对齐至靶标坐标系）。探头角度测量单元获取的第二方向信息可以包括靶标21沿第三方向D3旋转的旋转角度和沿第四方向D4旋转的旋转角度。

[0196] 在一些示例中，参见图10、图12和图13，第二重力对齐单元26可以设置于固定底座22。在这种情况下，由于固定底座22安装于目标，与目标保持相对静止，第二重力对齐单元
26能够不随靶标21的旋转而旋转，相对于目标能够保持固定，进而能够测量目标的倾斜角度。另外，相对于将第二重力对齐单元26设置于靶标21的方案，也即第二重力对齐单元26会在第三旋转机构231或第四旋转机构232的驱动下旋转的方案，能够减少第二重力对齐单元
26的动态响应要求，从而能够提高第二重力对齐单元26的测量精度，同时还能够简化计算过程。

[0197] 在一些示例中，第二重力对齐单元26可以通过测量固定底座22或第三平面S3相对于水平面的倾斜角度作为第二倾斜角度。换言之，第二重力对齐单元26可以配置为获取探头2的第二倾斜角度，第二倾斜角度可以配置为计算靶标坐标系和目标坐标系之间的变换关系。在这种情况下，能够将激光束在激光跟踪仪设备坐标系中的方向向量和激光束在靶标坐标系中的方向向量相关联。同时，由于除去可旋转的靶标21外，探头2的大部分部件与固定底座22保持相对静止，因此，固定底座22或第三平面S3相对于水平面的倾斜角度也可以是指探头2相对于水平面的倾斜角度，由于固定底座22安装于目标，固定底座22相对于水平面的倾斜角度也可以是目标与水平面的倾斜角，例如目标与水平面的倾斜角可以是目标的俯仰角和横滚角。同时，由于靶标坐标系和目标坐标系之间的变换关系可以利用目标的欧拉角（包括俯仰角、横滚角和偏航角）获得，因此，激光束在激光跟踪仪设备坐标系中的方向向量、激光束在靶标坐标系中的方向向量、目标的俯仰角和目标的横滚角已知的情况下，能够计算得到目标的偏航角。

[0198] 在一些示例中，参见图15，第二重力对齐单元26可以包括两个单轴加速度计，并且两个单轴加速度计的敏感轴正交。但本公开不限于此，在一些示例中，第二重力对齐单元26也可以包括一个三轴加速度计。在一些示例中，第二重力对齐单元26也可以包括一个双轴加速度计。在一些示例中，第二重力对齐单元26也可以包括两个单轴倾角仪或一个双轴倾角仪（倾角传感器）。在一些示例中，第二重力对齐单元26也可以包括水平仪。在一些示例中，第二重力对齐单元26可以包括能够使固定底座22或第三平面S3相对于水平面的倾斜角度的任意设备。在这种情况下，能够获得两个第二倾斜角度计算靶标坐标系和目标坐标系之间的变换关系。

[0199] 在一些示例中，与第一重力对齐单元类似，第二重力对齐单元26中的加速度计可以是闭环液浮摆式、挠性摆式、振弦式或摆式积分陀螺等，倾角传感器可以是固体摆式、液体摆式或气体摆式等。在一些示例中，加速度计也可以是MEMS加速度计。在一些示例中，加速度计也可以是电容摆式传感器。

[0200] 在一些示例中，以第二重力对齐单元26包括两个单轴倾角仪，并且两个单轴倾角仪的敏感轴正交为例，第二重力对齐单元26可以包括第一倾角仪26a和第二倾角仪26b（参见图15），其中，第一倾角仪26a的敏感轴和第二倾角仪26b的敏感轴可以在同一平面内，第一倾角仪26a的敏感轴和第二倾角仪26b的敏感轴所在的平面可以与第三旋转轴2311垂直，第一倾角仪26a的敏感轴可以与第四旋转轴2321平行，第二倾角仪26b的敏感轴可以与第四旋转轴2321垂直。换言之，第二重力对齐单元26可以包括第一倾角仪26a和第二倾角仪26b，第一倾角仪26a的安装方向可以与第三旋转机构231的旋转轴的延伸方向垂直，第二倾角仪26b的安装方向可以与第四旋转机构232的旋转轴的延伸方向平行，第一倾角仪26a的安装方向可以与第二倾角仪26b的安装方向垂直。在这种情况下，由于第二重力对齐单元26的敏感轴与第二跟踪控制单元的旋转轴相匹配，能够简化靶标坐标系和目标坐标系的变换公式，提高计算速度，并提高测量精度。同时，能够令第一倾角仪26a测量的第二倾斜角度作为固定底座22（或目标）的俯仰角，并且令第二倾角仪26b测量的第二倾斜角度作为固定底座
22（或目标）的横滚角。但本公开不限于此，在另外一些实例中，两个单轴倾角仪的敏感轴与第四旋转轴2321的位置关系也可以不是平行或垂直。

[0201] 在一些示例中，第二倾斜角度可以分解为第二倾斜角度a和第二倾角度b。在一些示例中，第二倾斜角度a可以通过第一倾角仪26a获取，并且第二倾斜角度b可以通过第二倾角仪26b获取。在一些示例中，第二倾斜角度a和第二倾斜角度b也可以通过双轴倾角仪获得。在一些示例中，第二倾斜角度a和第二倾斜角度b也可以通过一个单片集成的三轴倾角仪获得，其中三轴倾角仪的两条敏感轴分别与第四旋转轴2321平行和垂直。

[0202] 在一些示例中，第二重力对齐单元26可以实时地获取第二倾斜角度。换言之，在利用六维激光跟踪测量系统计算目标的六维坐标时，第二重力对齐单元26可以持续不间断地测量第二倾斜角度。在这种情况下，能够实时地获取第二倾斜角度，并且能够实时地利用第二倾斜角度获取探头2的欧拉角。

[0203] 在一些示例中，探头2还可以包括设置于固定底座22的陀螺仪，陀螺仪可以配置为提升目标在动态情况下的第二重力对齐单元26获取的第二倾斜角度的精度。由于固定底座22（或目标）运动时，会在第二重力对齐单元26中引入除重力外的加速度，会导致第二倾斜角度的精度降低，利用陀螺仪能够提高第二倾斜角度的动态测量精度。

[0204] 在一些示例中，探头2还可以包括互相正交地安装的两个陀螺仪，通过引入两个正交的陀螺仪分别测量第一倾角仪26a的敏感轴所在的方向的角速度和第二倾角仪26b的敏感轴所在的方向的角速度。在这种情况下，由于陀螺仪在短时间内的具有较高的测角精度，适合测量运动下的角速度，通过Kalman等滤波算法融合第二重力对齐单元26测量的数据和陀螺仪测量的数据，能够互补第二重力对齐单元26测量的数据和陀螺仪测量的数据，进而能够提升第二倾斜角度的测量精度。

[0205] 在一些示例中，探头2可以不包括陀螺仪，由此能够降低制造成本。在一些示例中，陀螺仪可以作为探头2的选配部件，可以以可拆卸的方式设置于固定底座22。在这种情况下，能够基于使用情况确认是否需要配备或安装陀螺仪。

[0206] 在一些示例中，参见图1，六维激光跟踪测量系统可以包括数据分析器3。在一些示例中，数据分析器3可以内置有分析软件。

[0207] 在一些示例中，数据分析器3可以是便携式的数据处理器，例如数据分析器3可以是笔记本电脑、平板电脑、手机、便携的专用终端机等设备。由此能够利用数据分析器3收集位置信息或利用数据分析器3进行计算。

[0208] 在一些示例中，数据分析器3也可以内置于激光跟踪仪1或探头2中。在一些示例中，数据分析器3可以部分地设置于激光跟踪仪1或探头2中。在这种情况下，能够更便捷地处理数据，提高计算速度。

[0209] 在一些示例中，数据分析器3可以独立于激光跟踪仪1或探头2，并通过有线通信或无线通信的方式进行数据传输。

[0210] 在一些示例中，激光跟踪仪1可以将计算得到的目标的六维坐标发送至数据分析器3。在另外一些示例中，数据分析器3也可以接收第一重力对齐单元、跟踪头角度测量单元、第二重力对齐单元26和探头角度测量单元获取的数据，并基于该数据计算目标的六维坐标。在一些示例中，数据分析器3可以接收第一位置传感单元116或目标捕获单元15获取的数据，并基于该数据计算激光跟踪仪1的姿态调整方式。在一些示例中，数据分析器3可以接收第二位置传感单元2131获取的数据，并基于该数据计算靶标21的姿态调整方式。

[0211] 本公开还涉及一种基于反向跟踪的姿态探测方法，能够实现探头2的反向跟踪，并且能够获得目标的欧拉角。

[0212] 本公开还涉及一种基于反向跟踪的6D姿态探测方法，能够实现探头2的反向跟踪，并且能够获得目标的六维坐标。

[0213] 在一些示例中，基于反向跟踪的6D姿态探测方法中，可以利用基于反向跟踪的姿态探测方法获得目标的六维坐标。

[0214] 在一些示例中，基于反向跟踪的6D姿态探测方法也可以称为多维测量方法、确定目标的取向和位置的方法、目标测量方法、或6D姿态探测方法测量方法。

[0215] 图16是示出了本公开示例所涉及的6D姿态检测方法的流程示意图。

[0216] 在一些示例中，本公开所涉及的方法（包括姿态探测方法和6D姿态探测方法）可以应用于本公开所涉及的6D姿态探测装置。换言之，本公开所涉及的方法能够通过本公开所涉及的6D姿态探测装置实现。但本公开不限于此，本公开所涉及的方法也可以应用于其他能够实现这些方法的装置中。

[0217] 在一些示例中，参见图16，6D姿态探测方法可以包括获取靶标21的位置坐标（步骤S001）；使靶标21对准激光发射单元12（步骤S003）；获得目标的欧拉角（步骤S005）。在这种情况下，由于靶标21能够对准激光发射单元12以实现反向跟踪，并且能够基于靶标21的旋转角度计算目标的欧拉角。

[0218] 在一些示例中，姿态探测方法可以包括步骤S003和步骤S005。

[0219] 在一些示例中，在步骤S001中，可以获取目标的位置坐标。在一些示例中，可以利用上文所述的绝对测距模块113和干涉测距模块114获取目标的位置坐标。具体而言，可以利用绝对测距模块113和干涉测距模块114获得激光跟踪仪1的机械零点到角锥中心的距离，再根据跟踪头角度测量单元获得的激光跟踪仪1旋转的角度计算目标的位置坐标。

[0220] 在一些示例中，可以先令激光发射单元12对准靶标21，再获取靶标21的位置坐标。

[0221] 在一些示例中，在激光跟踪仪1中，可以控制激光发射单元12沿第一方向D1旋转和沿第二方向D2旋转以改变激光发射单元12发射的激光束的方向，令激光发射单元12对准靶标21，并接收靶标21反射的携带靶标21的位置信息的激光束，基于携带靶标21的位置信息的激光束和激光发射单元12的旋转角度获得靶标21的位置信息。在这种情况下，通过控制激光发射单元12的姿态，能够令激光发射单元12对准靶标21，能够将激光束发射至靶标21，并且能够接收靶标21反射的激光束，进而能够基于携带靶标21的位置信息的激光束计算靶标21（或目标）的距离信息，同时，基于激光发射单元12的旋转角度能够获得靶标21相对于激光发射单元12的方位，进而能够计算出靶标21的位置坐标。

[0222] 在一些示例中，如上所述，可以通过初步捕获和精细瞄准以使激光发射单元12对准靶标21。

[0223] 在一些示例中，初步捕获可以为控制激光发射单元12沿第一方向D1旋转和沿第二方向D2旋转以使激光束靠近靶标21直至靶标21接收并反射激光发射单元12发射的激光束。在一些示例中，可以利用发光单元14和目标捕获单元15配合实现初步捕获。

[0224] 在一些示例中，精细瞄准为激光跟踪仪1接收靶标21反射的激光束后，控制激光发射单元12沿第一方向D1旋转和沿第二方向D2旋转以使激光束经过靶标21的预设位置，预设位置为位于靶标21的通孔2122。在一些示例中，可以利用第一位置传感单元116实现精细瞄准。在这种情况下，能够利用精度相对较高但实现条件比较苛刻的精细瞄准配合实现激光发射单元12对准靶标21，进而能够提高测量精度。

[0225] 在一些示例中，初步捕获可以包括：在激光跟踪仪1发射发散光束，利用设置于激光跟踪仪1的目标捕获单元15接收靶标21反射的发散光束，基于靶标21反射的发散光束在目标捕获单元15形成的目标捕获光斑计算激光发射单元12的姿态调整方式，控制激光发射单元12沿第一方向D1旋转和沿第二方向D2旋转以使激光束靠近靶标21直至靶标21接收并反射激光发射单元12发射的激光束。在这种情况下，由于利用发散光束，即使激光发射单元12未对准靶标21，靶标21也能反射发散光束，从而能够快速寻找到靶标21的位置，进而能够快速控制激光发射单元12发射的激光束的方向以使激光束逐渐靠近靶标21。

[0226] 在一些示例中，精细瞄准可以包括：利用设置于激光跟踪仪1的第一位置传感单元116接收靶标21反射的激光束，基于靶标21反射的激光束在第一位置传感单元116形成的第一光斑计算激光发射单元12的姿态调整方式，控制激光发射单元12沿第一方向D1旋转和沿第二方向D2旋转以使激光束经过靶标21的预设位置。在这种情况下，由于第一位置传感单元116接收靶标21反射的激光束，同时本身具有较高的精确性和敏感性，因此能够以较高的精度控制激光发射单元12对准并实时跟踪靶标21。

[0227] 在一些示例中，也可以利用其它方法获得目标的位置坐标。例如，6D姿态探测装置可以包括能够确定靶标21位置的定位模块，定位模块可以记录靶标21（或目标）的移动方式并计算得到靶标21（或目标）位置坐标。在一些示例中，定位模块可以把靶标21的位置发送至激光跟踪仪1或数据分析器3。

[0228] 在一些示例中，定位模块可以设置于探头2，定位模块也可以独立于探头2和激光跟踪仪1并单独设置。

[0229] 在一些示例中，在步骤S003中，可以使靶标21对准激光发射单元12。

[0230] 在一些示例中，可以在探头2中分别沿两个方向旋转靶标21以使靶标21对准激光发射单元12。在一些示例中，两个方向可以为上文所述的第三方向D3和第四方向D4。

[0231] 在一些示例中，可以利用设置于靶标21的第二位置传感单元2131接收通过预设位置的激光束，基于靶标21接收的激光束在第二位置传感单元2131的第二光斑计算靶标21的姿态调整方式，控制靶标21沿第三方向D3旋转和沿第四方向D4旋转以使靶标21对准激光发射单元12。在这种情况下，由于激光束通过预设位置时，激光发射单元12已经对准了靶标21，令靶标21对准激光发射单元12，能够令靶标21的入射平面Si与激光束垂直，进而能够利用靶标21的旋转角度表示激光束在靶标坐标系中的方向向量。

[0232] 在一些示例中，在步骤S005中，可以获得目标的欧拉角。

[0233] 在一些示例中，利用设置于探头2的第二重力对齐单元26获得目标的横滚角和俯仰角。在一些示例中，利用设置于探头2的倾角仪或加速度计获得目标的横滚角和俯仰角。在这种情况下，能够便捷地获得目标的部分欧拉角，并且能够在后续过程中利用部分欧拉角表示目标坐标系和靶标坐标系之间的变换关系，进而能够计算得到其他欧拉角。

[0234] 在一些示例中，可以基于靶标21的旋转角度以及目标的横滚角和俯仰角计算目标的偏航角，计算目标的偏航角包括：建立激光跟踪仪设备坐标系、目标坐标系和靶标坐标系，获取激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系之间的变换关系，获取目标坐标系和靶标坐标系之间的变换关系，获取激光束在激光跟踪仪设备坐标系中的方向向量为设备激光束向量，获取激光束在目标坐标系中的方向向量为目标激光束向量，获取激光束在靶标坐标系中的方向向量为靶标激光束向量，建立等式并计算目标的偏航角。在这种情况下，能够利用激光束在不同的坐标系中的方向向量以及不同坐标系之间的变换关系计算探头2（或目标）的偏航角。

[0235] 在一些示例中，可以利用设置于激光跟踪仪1的第一重力对齐单元获取第一倾斜角度，基于第一倾斜角度获取激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系之间的变换关系；利用设置于探头2的第二重力对齐单元26获取第二倾斜角度，基于第二倾斜角获取目标坐标系和靶标坐标系之间的变换关系；基于激光发射单元12的旋转角度获取设备激光束向量。基于激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系之间的变换关系以及设备激光束向量获取目标激光束向量；基于靶标21的旋转角度获取靶标激光束向量。在这种情况下，能够基于不同的参考系建立不同的坐标系，并且能够获得不同的坐标系与目标坐标系的变换关系，进而能够关联激光束在不同坐标系的方向向量并获得公式进而能够基于公式计算目标的偏航角。

[0236] 在一些示例中，靶标激光束向量可以表示为：

[0237]

[0238] 其中， 表示靶标激光束向量， 表示靶标坐标系，表示激光束的方向向量，表示靶标21在第四方向D4旋转的角度（也即靶标21旋转时，第四旋转轴2321旋转的角度），表示靶标21在第三方向D3旋转的角度（也即靶标21旋转时，第三旋转轴2311旋转的角度）。可以通过第二探头角度测量单元25获得，可以通过第一探头角度测量单元24获得。

[0239] 在一些示例中，目标激光束向量和靶标激光束向量可以满足：

[0240]

[0241] 其中， 表示目标激光束向量， 表示目标坐标系， 表示目标坐标系和靶标坐标系的变换关系， 可以通过第二倾斜角度计算获得。

[0242] 在一些示例中，目标坐标系和靶标坐标系的变换关系可以满足：

[0243]

[0244] 其中， 表示目标坐标系和靶标坐标系的变换关系， 和 分别表示探头2（或目标）的横滚角、偏航角和俯仰角， 表示与横滚角相关的旋转矩阵， 表示与俯仰角相关的旋转矩阵， 表示与偏航角相关的旋转矩阵。

[0245] 在一些示例中，目标激光束向量和设备激光束向量可以满足：

[0246]

[0247] 其中， 表示设备激光束向量， 表示激光跟踪仪设备坐标系， 表示激光跟踪仪设备坐标系和目标坐标系的变换关系。 可以通过激光跟踪仪1的机械零点到角锥中心的距离以及跟踪头角度测量单元获得的激光跟踪仪1的旋转角度计算获得。 可以通过第一倾斜角度计算获得。

[0248] 在一些示例中，在目标运动时，可以测量目标的角速度并利用目标的角速度和Kalman算法修正第二倾斜角度。在一些示例中，如上所述，可以利用设置于探头2的陀螺仪测量目标的角速度。在这种情况下，由于陀螺仪在短时间内的具有较高的测角精度，适合测量运动下的角速度，通过Kalman等滤波算法能够对第二倾斜角度进行修正，进而能够提升第二倾斜角度的动态测量精度。

[0249] 虽然以上结合附图和示例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。