一种激光跟踪测量系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种激光跟踪测量系统及方法，包括激光测距传感器、反射镜Ⅰ、反射靶球、工控机、信号处理卡、分光镜、二维PSD、空间二自由度转动机构、反射镜Ⅱ，其特征在于：通过控制所述的空间二自由度转动机构实现对反射靶球的实时跟踪；通过采集所述的激光测距传感器的距离信号和所述的空间二自由度转动机构的转动角度，实现靶球三维坐标的实时测量。系统操作简单，能有效提高起重机械的检验效率，节约检验成本，提高检验质量，切实保障起重机械的使用安全和延长起重机械的使用年限。

A laser tracking system and method

The invention provides a laser tracking measurement system and method, including laser range finder sensor, reflector I, reflection target ball, industrial control machine, signal processing card, splitter, two-dimensional PSD, space two degree of freedom rotation mechanism, reflector II, which are characterized by controlling the space two degree of freedom rotation mechanism by controlling the described space. The real-time tracking of the target ball is achieved by collecting the distance signal of the laser ranging sensor and the rotation angle of the two degree of freedom of the system to realize the real-time measurement of the three-dimensional coordinate of the target ball. The operation of the system is simple. It can effectively improve the inspection efficiency of the lifting machinery, save the inspection cost, improve the inspection quality, ensure the safety of the lifting machinery and prolong the service life of the lifting machinery.

【技术实现步骤摘要】
一种激光跟踪测量系统及方法
本专利技术涉及起重机械检测技术，具体涉及一种用于起重机械检测的激光跟踪测量系统及其方法。
技术介绍
随着我国制造业的飞速发展，起重机械在我国现代工业生产和物流等领域发挥着非常重要的作用。在我国，根据特种设备相关的法规、部门规章、规范以及标准等要求，起重机械投入使用前必须进行安装监督检验或者首次检验，使用后需要按照一定的检验周期进行定期检验。按照目前的标准和检规，起重机械检验项目多，由于起重机械检验方面没有专门的仪器，检验仪器的种类也繁多。例如采用经纬仪对主梁的下挠度和静刚度等进行测量，采用水准仪对主梁的上拱度进行测量。检验时，检验人员需要携带多种测量仪器。测量仪器操作过程繁琐，检验效率低，检验精度也无法保证。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的之一是提供一种用于起重机械检测的激光跟踪测量系统，能够实现起重机械多个检验项目的检验。针对上述问题，本专利技术的另一目的是提供一种用于起重机械检测的激光跟踪测量方法，该测量方法操作简单，能有效提高起重机械的检验效率，节约检验成本，提高检验质量，切实保障起重机械的使用安全和延长起重机械的使用年限。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：一种激光跟踪测量系统，包括电性连接的工控机和信号处理器，其特征在于：还包括光路传输机构、空间二自由度转动机构和用于测量空间二自由度转动机构转动角度的编码器；所述光路传输机构包括激光测距传感器、反射镜Ⅰ、反射靶球、分光镜、二维PSD以及反射镜Ⅱ；所述反射镜Ⅰ与水平面呈45度角设置，所述激光测距传感器位于反射镜Ⅰ的水平入射平面内，所述分光镜位于反射镜Ⅰ的垂直入射平面内，且反射镜Ⅰ任意一点与激光测距传感器1和分光镜的连线在同一水平面垂直；所述二维PSD位于分光镜反射光线的水平出射端；所述反射镜Ⅱ，安装在空间二自由度转动机构上且位于分光镜的正上方，通过空间二自由度转动机构调整反射镜Ⅱ的角度，可将激光入射到反射靶球；所述激光测距传感器、二维PSD和编码器分别与信号处理器相连。进一步，所述空间二自由度转动机构包括上转动机构，下转动机构，外套筒以及基座，所述的下转动机构安装于外套筒和基座内，可以绕竖直轴转动；所述的上转动机构安装固定于下转动机构上，可以实现俯仰转动，并且和下转动机构一起绕竖直轴转动，所述反射镜Ⅱ安装在上转动机构上，所述编码器设置有两个，分别用于检测上转动机构和下转动机构的转动角度。进一步，所述基座和下转动机构上分别设置有用于光线穿射的第一、第二通孔，所述分光镜和反射镜Ⅰ从上往下依次位于第二通孔的对应下方，所述反射镜Ⅰ还与第一通孔相对设置。进一步，所述的下转动机构包括下驱动支链和下从动支链，所述第二通孔位于下从动支链上。进一步，所述的下驱动支链包括电机Ⅰ、电机安装板、推力球轴承、联轴器Ⅰ、下驱动轴、驱动齿轮和卡环Ⅰ；所述的电机Ⅰ安装固定于电机安装板上；所述的电机安装板固定安装于基座上；所述的推力球轴承安装于电机安装板的安装孔中，并且和电机Ⅰ配合安装；所述的驱动齿轮安装在下驱动轴上，并且通过联轴器和电机Ⅰ连接；所述的卡环Ⅰ安装于下驱动轴上的沟槽里，固定驱动齿轮。进一步，所述的下从动链包括角接触球轴承对Ⅰ、下从动轴、角接触球轴承对Ⅱ、轴套、从动齿轮以及卡环Ⅱ；所述的从动齿轮安装于下从动轴上，通过安装于下从动轴上的轴套和卡环Ⅱ固定；所述的角接触球轴承对Ⅰ和角接触球轴承对Ⅱ分别由两个串联配置的角接触球轴承配对组成，安装于下从动轴和外套筒的安装孔内。进一步，所述的上转动机构包括上驱动支链、安装反射镜Ⅱ的转镜结构、安装在下转动机构上的转动基座和配重支链；所述的上驱动支链包括电机Ⅱ、电机安装架、联轴器Ⅱ、上驱动轴以及角接触球轴承对Ⅲ。所述的电机Ⅱ通过电机安装架固定安装于上转动基座上；所述的上驱动轴通过联轴器Ⅱ和电机Ⅱ连接，穿过上转动基座和角接触球轴承对Ⅲ与转镜基座连接；所述的角接触球轴承对Ⅲ由两个面对面配置的角接触球轴承配对组成，安装于上驱动轴和上转动基座的安装孔内。进一步，所述所述的配重支链包括配重块、配重轴以及角接触轴承对Ⅳ；所述的配重块安装固定于配重轴上；所述的配重轴穿过上转动基座和角接触球轴承对Ⅳ与转镜基座连接；所述的角接触球轴承对Ⅳ由两个面对面配置的角接触球轴承配对组成，安装于配重轴和上转动基座的安装孔内。进一步，所述反射靶球将入射的激光原路返回。一种激光跟踪测量方法，其特征在于包括以下步骤：1)开启工控机并打开测量软件，激光传感器启动并进行通信检测，若通信良好则进行下一步；2)设置一个点为原点，将反射靶球放置在该点上，测量该点的三维坐标；再以原点处为起点的三条空间垂直的直线上分别取一点，将反射靶球放置于这些点上，测量这些点的三维坐标，测试软件根据这些点的三维坐标建立一个空间直角三维坐标系；3)将反射靶球放置于测量初始位置，调整空间二自由度转动机构，使反射激光的中心和二维PSD的中心重合，并且测量反射靶球的三维坐标；4)将反射靶球移动至测量位置，在移动的过程中，反射激光的中心偏离二维PSD的中心，二维PSD将偏移信号反馈到信号处理卡，信号处理卡结合激光测距信号和偏移信号进行分析处理，控制空间二自由度转动机构转动，使反射激光的中心和二维PSD的中心重合；5)当反射靶球到达测量位置时，测量反射靶球的三维坐标值，测量软件对靶球初始位置和测量位置的三维坐标值进行运算处理，得到起重机械检验项目的参数值。本专利技术的有益效果是：本专利技术所采用的激光跟踪测量系统及方法，通过控制所述的空间二自由度转动机构实现对反射靶球的实时跟踪；通过采集所述的激光测距传感器的距离信号和所述的空间二自由度转动机构的转动角度，实现靶球三维坐标的实时测量；可以实现起重机械主梁的上拱度、下挠度以及静刚度、悬臂的上翘度、轨道的直线度和高度差、车轮的跨度等多个检验项目的检验。系统操作简单，能有效提高起重机械的检验效率，节约检验成本，提高检验质量，切实保障起重机械的使用安全和延长起重机械的使用年限。附图说明下面结合附图和具体实施方式进行进一步的说明：图1是本专利技术较佳实施例的系统结构示意图；图2是本专利技术较佳实施例的系统控制框图；图3是本专利技术较佳实施例的光信号传输图；图4是本专利技术较佳实施例空间二自由度转动机构结构示意图；图5是本专利技术较佳实施例空间二自由度转动机构结构的下转动机构爆炸图；图6是本专利技术较佳实施例空间二自由度转动机构结构的上转动机构爆炸图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本专利技术的构思及技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本专利技术的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本专利技术的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本专利技术保护的范围。参照图1、图2，一种激光跟踪测量系统，包括电性连接的工控机4和信号处理器5，其特征在于：还包括光路传输机构、空间二自由度转动机构和用于测量空间二自由度转动机构转动角度的编码器；所述光路传输机构包括激光测距传感器1、反射镜Ⅰ2、反射靶球3、分光镜6、二维PSD7以及反射镜Ⅱ9；所述反射镜Ⅰ2与水平面呈45度角设置，所述激光测距传感器1位于反射镜Ⅰ2的水平入射平面内，所述分光镜6位于反射镜Ⅰ2的垂直入射平面内，且反射镜Ⅰ任意一点与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光跟踪测量系统，包括电性连接的工控机和信号处理器，其特征在于：还包括光路传输机构、空间二自由度转动机构和用于测量空间二自由度转动机构转动角度的编码器；所述光路传输机构包括激光测距传感器、反射镜Ⅰ、反射靶球、分光镜、二维PSD以及反射镜Ⅱ；所述反射镜Ⅰ与水平面呈45度角设置，所述激光测距传感器1位于反射镜Ⅰ的水平入射平面内，所述分光镜位于反射镜Ⅰ的垂直入射平面内，且反射镜Ⅰ任意一点与激光测距传感器和分光镜的连线在同一水平面垂直；所述二维PSD位于分光镜反射光线的水平出射端；所述反射镜Ⅱ，安装在空间二自由度转动机构上且位于分光镜的正上方，通过空间二自由度转动机构调整反射镜Ⅱ的角度，可将激光入射到反射靶球；所述激光测距传感器、二维PSD和编码器分别与信号处理器相连。

【技术特征摘要】
1.一种激光跟踪测量系统，包括电性连接的工控机和信号处理器，其特征在于：还包括光路传输机构、空间二自由度转动机构和用于测量空间二自由度转动机构转动角度的编码器；所述光路传输机构包括激光测距传感器、反射镜Ⅰ、反射靶球、分光镜、二维PSD以及反射镜Ⅱ；所述反射镜Ⅰ与水平面呈45度角设置，所述激光测距传感器1位于反射镜Ⅰ的水平入射平面内，所述分光镜位于反射镜Ⅰ的垂直入射平面内，且反射镜Ⅰ任意一点与激光测距传感器和分光镜的连线在同一水平面垂直；所述二维PSD位于分光镜反射光线的水平出射端；所述反射镜Ⅱ，安装在空间二自由度转动机构上且位于分光镜的正上方，通过空间二自由度转动机构调整反射镜Ⅱ的角度，可将激光入射到反射靶球；所述激光测距传感器、二维PSD和编码器分别与信号处理器相连。2.根据权利要求1所述的一种激光跟踪测量系统，其特征在于：所述空间二自由度转动机构包括上转动机构，下转动机构，外套筒以及基座，所述的下转动机构安装于外套筒和基座内，可以绕竖直轴转动；所述的上转动机构安装固定于下转动机构上，可以实现俯仰转动，并且和下转动机构一起绕竖直轴转动，所述反射镜Ⅱ安装在上转动机构上，所述编码器设置有两个，分别用于检测上转动机构和下转动机构的转动角度。3.根据权利要求2所述的一种激光跟踪测量系统，其特征在于：所述基座和下转动机构上分别设置有用于光线穿射的第一、第二通孔，所述分光镜和反射镜Ⅰ从上往下依次位于第二通孔的对应下方，所述反射镜Ⅰ还与第一通孔相对设置。4.根据权利要求3所述的一种激光跟踪测量系统，其特征在于：所述的下转动机构包括下驱动支链和下从动支链，所述第二通孔位于下从动支链上。5.根据权利要求4所述的一种激光跟踪测量系统，其特征在于：所述的下驱动支链包括电机Ⅰ、电机安装板、推力球轴承、联轴器Ⅰ、下驱动轴、驱动齿轮和卡环Ⅰ；所述的电机Ⅰ安装固定于电机安装板上；所述的电机安装板固定安装于基座上；所述的推力球轴承安装于电机安装板的安装孔中，并且和电机Ⅰ配合安装；所述的驱动齿轮安装在下驱动轴上，并且通过联轴器和电机Ⅰ连接；所述的卡环Ⅰ安装于下驱动轴上的沟槽里，固定驱动齿轮。6.根据权利要求4所述的一种激光跟踪测量系统，其特征在于：所述的下从动支链包括角接触球轴承对Ⅰ、下从动轴、角接触球轴承对Ⅱ、轴套、从动齿轮以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈中剑，王葵，苏宇航，
申请(专利权)人：广东省特种设备检测研究院珠海检测院，
类型：发明
国别省市：广东,44