一种基于隅角镜的光电自准直仪的测角方法技术

本发明专利技术请求保护一种基于隅角镜的光电自准直仪的测角方法，其步骤包括：①用旋转标准隅角镜各个镜面的方法得到具有特殊结构角的隅角镜，镜面的旋转矩阵、标准单位向量与反射矩阵；②分析隅角镜内光的反射情况，根据反射顺序的不同分为6束光，并推导出每一束光的反射矩阵及反射光向量；③构建测量系统，用该隅角镜替换自准直仪的反射镜，分别建立旋转物体与自准直仪坐标系统，推导出坐标变换矩阵；④根据反射光束在光电传感器上的成像情况得出光斑位移量与旋转物体转角的关系，从而实现对旋转物体偏转角的测量。本发明专利技术提高了测角精度。

An Angle Measuring Method of Photoelectric Autocollimator Based on Corner Mirror

The invention requests the protection of an angle measuring method of an optoelectronic autocollimator based on corner mirrors. The steps include: (1) obtaining corner mirrors with special structural angles by rotating each mirror of the standard corner mirror, the rotation matrix, the standard unit vector and the reflection matrix of the mirror; and (2) analyzing the reflection of light in the corner mirror, dividing it into six beams according to the different reflection order, and deriving each of them. The reflection matrix and reflection vector of a beam of light; 3. Construct a measuring system, replace the mirror of the autocollimator with the corner mirror, establish the coordinate system of the rotating object and the autocollimator respectively, and derive the coordinate transformation matrix; 4. According to the imaging situation of the reflected beam on the photoelectric sensor, get the relationship between the spot displacement and the rotation angle of the rotating object, so as to realize the deflection angle of the rotating object. Measurement. The invention improves the angle measuring accuracy.

【技术实现步骤摘要】
一种基于隅角镜的光电自准直仪的测角方法
本专利技术属于光学测量仪器领域，具体是分析光在一种基于具有特殊结构角的隅角镜实现的在自准直仪内的反射情况，从而实现对旋转物体旋转角测量的方法研究。
技术介绍
自准直仪是利用光学自准直原理，用于小角度测量的重要测量仪器。由于它具有较高的准确度和测量分辨力，因而被广泛应用于精密的测量工作中，如：在角度测量、平板的平面度测量、轴系的角晃动测量。为了扩大光电自准直仪的应用领域，其大的测量范围和高精度成为了近年来的研究热点。ThompsonSJ(文献ThompsonSJ,LangR,ReesP.Reconstructionofaconic-sectionsurfacefromautocollimator-baseddeflectometricprofilometry.[J].AppliedOptics,2016,55(10):2827.)利用6N+2维优化的方法(其中N是镜子上扫描线的数量)找到最佳拟合曲面，以扩展自动准直仪的角度测量范围。但是该系统易受到数值噪声的影响，且精度较低。Chen(文献ChenYL,ShimizuY,KudoY,etal.Mo本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于隅角镜的光电自准直仪的测角方法，其特征在于，包括以下步骤：1)用旋转标准隅角镜各个镜面的方法得到具有如下结构角的隅角镜，使得各隅角镜面满足以下关系：∠2_3＝90°‑δ2，∠1_2＝90°‑δ1，∠1_3＝90°‑δ3，其中δ2、δ1、δ3分别为隅角镜的反射面2绕其OX轴旋转的角度、反射面1绕OZ轴旋转的角度、反射面1绕反射面1和3的交线旋转的角度，隅角镜反射面1、2、3面所对应的镜面矩阵为R1、R3、R2，标准单位向量n1、n2、n3，反射矩阵M1、M2、M3；2)分析隅角镜内光的反射情况，根据入射光沿隅角镜三个反射镜面反射顺序的不同分为6束光，将反射顺序相反数的两束光标记为一对...

【技术特征摘要】
1.一种基于隅角镜的光电自准直仪的测角方法，其特征在于，包括以下步骤：1)用旋转标准隅角镜各个镜面的方法得到具有如下结构角的隅角镜，使得各隅角镜面满足以下关系：∠2_3＝90°-δ2，∠1_2＝90°-δ1，∠1_3＝90°-δ3，其中δ2、δ1、δ3分别为隅角镜的反射面2绕其OX轴旋转的角度、反射面1绕OZ轴旋转的角度、反射面1绕反射面1和3的交线旋转的角度，隅角镜反射面1、2、3面所对应的镜面矩阵为R1、R3、R2，标准单位向量n1、n2、n3，反射矩阵M1、M2、M3；2)分析隅角镜内光的反射情况，根据入射光沿隅角镜三个反射镜面反射顺序的不同分为6束光，将反射顺序相反数的两束光标记为一对，并推导出每一束光的反射矩阵及反射光向量B；3)构建测量系统，用该隅角镜替换自准直仪的反射镜，分别建立旋转物体坐标系统XYZ与自准直仪坐标系统X0Y0Z0，推导出两个坐标系的坐标变换矩阵Rt，进而得到反射光束的单位向量与隅角镜各个面的旋转角度之间的关系；4)根据反射光束在光电传感器上的成像情况得出光斑位移量与旋转物体转角的关系：从而实现对旋转物体偏转角的测量其中Θ1、Θ2分别为旋转物体绕其坐标系的X轴和Y轴的俯仰角和偏航角，δ为一微小角度，为隅角镜的角灵敏度。2.根据权利要求1所述的一种基于隅角镜的光电自准直仪的测角方法，其特征在于，所述步骤1)具体包括：首先，所述隅角镜的反射面2绕其OX轴旋转-δ23，得到反射面2和3之间的角度∠2_3＝90°-δ2，相应的旋转矩阵R1：然后，反射面1绕隅角镜的OZ轴旋转-δ12，得到反射面1和2之间的角度∠1_2＝90°-δ1，相应的旋转矩阵R3：最后，反射面1绕反射面1和3的交线旋转δ13，得到反射面1和3之间的角度∠1_3＝90°-δ3，相应的旋转矩阵R2：经三次旋转后，隅角镜三面反射面1、2、3所对应的标准单位向量分别为：其中δ2＝δ23，δ3＝δ31，示，根据公式(4)和(5)，可得到δ12：当δ1≈δ2≈δ3＝1°时，式(7)简化为δ12＝δ1+δ2·δ3(8)隅角镜的参考坐标系l可表示为隅角镜的三反射面的反射矩阵遵循式(10)：则以上公式可以得出三个反射面的反射矩阵：其中，M1、M2和M3分别为反射面1、2和3的反射矩阵。3.根据权利要求2所述的一种基于隅角镜的光电自准直仪的测角方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：入射光沿隅角镜三个反射镜面反射顺序的不同可分为6束光，将反射顺序相反数的两束光标记为一对，分别为：1-2-3和3-2-1、2-1-3和3-1-2、1-3-2和2-3-1，反射顺序为3-2-1、3-1-2和1-3-2的反射光束的反射矩阵可依...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎人溥，刘宇，田健，路永乐，郭俊启，邸克，曹原，崔巍，文丹丹，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50