可变长度光电基准尺与测试方法技术

本发明专利技术涉及精密测量仪器，为满足激光经纬仪系统定向校准的需要，提供一种“可变长度”光电基准尺，当激光经纬仪的激光视准轴交会于基准尺两端的面型光电接收器上时，该基准尺可为激光经纬仪系统定向提供“可变”的基准长度。为此，本发明专利技术采用的技术方案是，可变长度光电基准尺,结构为:由热膨胀系数小的材料制作基准杆，在基准杆的两端固定安装位置光电接收器PSD(Position Sensitive Detector)；基准尺数据处理模块，用于向PSD供电、数据存储、数据处理及无线数据传输；位置光电接收器PSD与基准尺数据处理模块相连接。本发明专利技术主要应用于精密测量仪器的设计制造。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及精密测量仪器，特别涉及用于激光经炜仪系统定向校准的一种"可变 长度"光电基准尺。
技术介绍
随着航空航天、船舶工程、轨道交通、电力、汽车等装备制造业水平的提高，在大尺 寸范围内对单点坐标、几何尺寸及曲面特征等的现场、快速、精密测量已成为工业测量的研 究热点和难点。随着具备伺服驱动和激光瞄准等功能的激光经炜仪的出现，为实现现场、自 动、大空间坐标尺寸测量提供了新的途径。 无论是传统经炜仪还是激光经炜仪，单台设备只能实现角度测量，为实现空间坐 标测量，至少需要两台或两台以上的设备组成坐标测量系统。在系统组建过程中，基准尺是 一个关键的定向校准部件，提供长度基准，以确定系统定向参数解算中平移向量的比例因 子。传统基准尺是在一基准杆的两端刻画"十"字或其它形状的标志，两标志间的距离为基 准长度，该长度值可利用双频激光干涉仪等设备预先测定。系统定向时，通过经炜仪的望远 目镜人工瞄准基准尺的两端标志。但激光经炜仪与传统经炜仪不同，其视准轴为一与望远 镜光轴同轴的准直激光光束，或望远镜直接被准直激光器所取代。因此，无法通过人工瞄准 传统基准尺的方式进行系统定向校准。但可以利用激光经炜仪视准轴为一准直激光光束的 特点，构建一种"可变长度"光电基准尺，以满足激光经炜仪系统定向的需要。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，满足激光经炜仪系统定向校准的需要，本专利技术的目的在 于:提供一种"可变长度"光电基准尺，当激光经炜仪的激光视准轴交会于基准尺两端的面 型光电接收器上时，该基准尺可为激光经炜仪系统定向提供"可变"的基准长度。为此，本发 明采用的技术方案是，"可变长度"光电基准尺，结构为：由热膨胀系数小的材料制作基准 杆，在基准杆的两端固定安装位置光电接收器PSD(Position Sensitive Detector);基准 尺数据处理模块，用于向PSD供电、数据存储、数据处理及无线数据传输;位置光电接收器 PSD与基准尺数据处理模块相连接。 制作基准杆的材料为热膨胀系数小的碳纤维或殷钢。 "可变长度"光电基准尺测量方法，利用热膨胀系数小的材料制作成基准杆，在基 准杆的两端固定安装位置光电接收器PSD(Position Sensitive Detector);控制激光经炜 仪的激光视准轴光束交会于PSD感光靶面上，产生光电效应，位置光电接收器PSD输出光束 照射位置信息给基准尺数据处理模块;设基准杆两端各安装一个位置光电接收器为PSD1和 PSD2,激光经炜仪在PSD1上的交会点为左交会点，在PSD2上的交会点为右交会点，左交会点 在PSD1中的位置信息可由PSD1和基准尺硬件数据处理模块提供，右交会点在PSD2中的位置 信息可由PSD2和基准尺数据处理模块提供，若已知PSD1和PSD2之间的位姿关系，则通过计 算得到左、右交会点间的空间距离，即为此刻光电基准尺所提供的长度。 设外部标定仪器设备的坐标系为〇w-XwywZw，PSDl坐标系为0i-xiyizi，PSD2坐标系为 〇2-X2y2Z2，以外部标定仪器设备坐标系Ow-XwywZw为中介，建立PSD 1与PSD2之间的位姿关系； 若PSD1坐标系cn-xmzi到中介坐标系0w-xwy wZw的转换关系为Mi，PSD2坐标系02-x2y2z2到中介坐标系o w-xwywZw的转换关系为M2，则PSD1与PSD2之间的位姿关系为 Mr = M[' M2 若右交会点P2在〇2-X2y2Z2坐标系下的坐标为尽，则根据两PSD间的位姿关系，求得 P2在oi-xiyizi坐标系下的坐标： Pi = Mr- Κ 若左交会点？1在〇1-切121坐标系下的坐标为碎，则左、右交会点的空间距离为： 此空间距离1即为此刻基准尺的长度。 本专利技术的特点及有益效果是： 本专利技术在传统基准尺无法满足激光经炜仪系统定向校准需要的情况下，利用激光 经炜仪视准轴为一准直激光光束的特点，基于位置光电接收器构建了一种"可变长度"光电 基准尺。该基准尺适用于激光经炜仪的系统定向校准，具备"可变"长度的解算和无线传输 等功能。【附图说明】： 图1为"可变长度"光电基准尺结构示意图。 图2为两PSD位姿关系示意图。【具体实施方式】本专利技术采用的技术方案是： 基于面型光电接收器构建"可变长度"光电基准尺，并进一步包括下列步骤： 以碳纤维或殷钢等热膨胀系数小的材料制作基准杆； 在基准杆的两端固定安装位置光电接收器PSD(Position Sensitive Detector， 位置敏感器件）； 连接PSD与基准尺数据处理模块，该模块具备PSD供电、数据存储、数据处理及无线 数据传输等功能； 标定两PSD之间的位姿关系，并将位姿关系参数存储在基准尺数据处理模块中； 激光经炜仪的激光视准轴光束交会于PSD感光靶面上时，产生光电效应，输出光束 照射位置信息给基准尺数据处理模块； 根据交会光束在两端PSD上的位置信息和预先存储的两PSD之间的位姿关系参数， 计算两交会点的空间距离，即为此刻基准尺的长度；长度信息通过基准尺数据处理模块无线传输给计算机进行系统定向参数解算。 每次基准尺测量时，激光经炜仪光束交会的位置都不尽相同，因此，该光电基准尺 提供的长度信息是可变的，但与此刻交会位置是对应的。满足了激光经炜仪系统定向校准 中基准尺测量的需要。 下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。 本专利技术提供一种全新的"可变长度"光电基准尺。两台或两台以上的激光经炜仪通 过系统定向校准可以组建空间坐标测量系统，系统定向校准时基准长度的测量是一个必须 的环节，通常基于对基准尺的测量来完成。但对于激光经炜仪来说，无法通过人工瞄准传统 基准尺的方式来实现。本专利技术基于位置光电接收器构建了一种可用于激光经炜仪系统定向 校准的"可变长度"光电基准尺。如图1所示为"可变长度"光电基准尺的结构示意图。中间部分为基准杆，由碳纤维 或殷钢等热膨胀系数小的材料制作。基准杆两端各安装一个位置光电接收器PSD1和PSD2。 若激光经炜仪在PSD1上的交会点为左交会点，在PSD2上的交会点为右交会点，则左、右交会 点间的空间距离即为此刻光电基准尺的长度。由于每次基准尺测量时，激光经炜仪光束交 会的位置都不尽相同，因此，该光电基准尺提供的长度信息是可变的，但与此刻的交会位置 是相对应的。左交会点在PSD1中的位置信息可由PSD1和基准尺硬件数据处理模块提供，右 交会点在PSD2中的位置信息可由PSD2和基准尺数据处理模块提供，若已知PSD1和PSD2之间 的位姿关系，则可计算得到左、右交会点间的空间距离，即为此刻光电基准尺所提供的长 度。 如图2所示，为PSD1和PSD2间的位姿关系示意图。PSD为二维光电位置传感器，可以 提供照射到靶面上光斑的二维位置坐标。但基准尺的长度信息来源于相互独立的PSD1和 PSD2上两个光斑的位置信息，因此，必须利用两PSD之间的位姿关系对两光斑位置信息进行 坐标系的统一，从而得到两点间的空间距离。PSD 1和PSD2之间的位姿关系可通过坐标测量 机等仪器设备标定完成。设外部标定仪器设备的坐标系为〇 w-xwy wz w，P SD1坐标系为〇 i -xiyizi，PSD2坐标系为〇2_X2y2Z2，以外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可变长度光电基准尺,其特征是，结构为:由热膨胀系数小的材料制作基准杆，在基准杆的两端固定安装位置光电接收器PSD(Position Sensitive Detector)；基准尺数据处理模块，用于向PSD供电、数据存储、数据处理及无线数据传输；位置光电接收器PSD与基准尺数据处理模块相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛婷，吴斌，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12