当今社会科技发展迅猛,制造业也是迎来了新的势头。工业机器人和机械臂等在生产现场的应用越来越多,代替人们完成一些高难度、高重复度的工序和操作。但是限制其应用的一个重要问题是机器人的绝对定位精度较低,因此需要采用高精度的测量仪器来对工业机器人的绝对定位精度进行测量和标定。目前主要采用国外的主动式激光跟踪仪来测量工业机器人的绝对定位精度,但该类激光跟踪仪价格过于昂贵,测量原理过于复杂,所以无法满足普及到日常的生活应用中。因此为了工业机器人的普及和发展,提出一种新的测量仪器和方法成为了当下尤为重要的事情。本文提出了一种新型的三维被动跟踪仪设计方案,采用二维转台和伸缩机构相结合的方式对被测目标实时跟踪和测量。其中二维转台的旋转角度由置于内部的角度编码器测得,伸缩机构采用直线导轨的方式进行伸缩,其中伸缩的距离通过直尺光栅来测得。三维被动跟踪仪基于球坐标原理进行测量,测量时由被测目标带动三维被动跟踪仪中二维转台的转动和伸缩机构的伸缩。已知两个旋转角度和径向伸缩距离,从而得到被测目标的空间位置坐标。与主动式激光跟踪仪相比,该三维被动跟踪仪具有结构简单、测量方便、成本低等优点。为了提高三维被动跟踪仪的测量精度,首先要分析其本身的各误差源,基于多体系统理论建立包含各项误差参数的误差补偿模型。然后设计实验对三维被动跟踪仪的各单项误差进行测量,其中包括轴系间静态误差、轴系动态误差等共10项未知误差参数。最后将所测得的各项误差值,分别带入误差模型中,坐标测量机带动三维被动跟踪仪进行空间点阵运动;以三坐标测量机为基准,分别求得误差补偿前后三维被动跟踪仪测量精度。最终得到三维被动跟踪仪补偿前的测量精度为600μm;在只经轴系静态误差模型补偿后的测量精度为138.1μm;在经轴系静态和动态耦合耦合误差模型补偿后的测量精度为119.4μm。