一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统，该高精度姿态测量系统结合位置敏感探测器实现被测物的姿态测量，与常用视觉测量方法相比，因为PSD位置敏感探测器体积小、响应快、精度高、无死区等优点，使本发明专利技术提供的高精度姿态测量系统不再受限于复杂环境的影响，结构简单，算法简单，可同时提高姿态测量的精度与速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统
本专利技术涉及姿态测量
，更具体地说，涉及一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统。
技术介绍
随着科学技术的不断发展，各种各样的精密器件已广泛应用于人们的生活和工作中，为人们的生活带来了极大的便利。基于大型高端器件而言，在其精密制造和装配的过程中对姿态精准测量提出了越来越高的要求，目前国际上已实现了高精度的、六自由度的激光跟踪测量。但是，由于技术垄断，在国内制造领域并没有高精度、高动态、大范围以及六自由度的跟踪测量自主手段，特别是三维姿态跟踪测量技术。那么，如何实现一种更优的姿态测量技术，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现思路
有鉴于此，为解决上述问题，本专利技术提供一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统，技术方案如下：一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统，所述高精度姿态测量系统包括：激光跟踪装置以及合作靶标；其中，所述合作靶标用于安装在被测物的表面；所述激光跟踪装置用于出射平行的第一光束以及第二光束；所述合作靶标包括：分光镜、空心角锥棱镜、相互垂直设置的第一PSD传感器和第二PSD传感器；所述第一光束透过所述分光镜再经过所述空心角锥棱镜，一部分入射至所述第一PSD传感器上，另一部分反射回所述激光跟踪系统；所述第二光束经所述分光镜，被反射至所述第二PSD传感器上；所述激光跟踪装置还用于依据反射回所述激光跟踪系统的光束，实时跟踪所述空心角锥棱镜。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述激光跟踪装置包括第一激光源和第二激光源；所述第一激光源用于出射红外光、即所述第一光束；所述第二激光源用于出射红外光，即所述第二光束；其中，所述第一光束和所述第二光束的波长不同。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述第一PSD传感器与所述分光镜中心、所述空心角锥棱镜同轴。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述合作靶标包括壳体；所述分光镜、所述空心角锥棱镜、所述第一PSD传感器和所述第二PSD传感器位于所述壳体内部；所述壳体上设置有固定装置；通过所述固定装置将所述合作靶标固定在所述被测物的表面。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述合作靶标还包括：位于所述壳体内部的带孔铝板；所述带孔铝板用于固定所述空心角锥棱镜，遮挡杂光。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述第一PSD传感器到所述分光镜中心的距离与所述第二PSD传感器到所述分光镜中心的距离相等。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述激光跟踪装置包括：二维精密跟踪转台；所述二维精密跟踪转台用于依据反射回所述激光跟踪系统的光束，调整自身姿态，以实时跟踪所述空心角锥棱镜。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述激光跟踪装置还包括：激光跟踪头；所述二维精密跟踪转台用于依据反射回所述激光跟踪系统的光束，调整自身姿态进而调整所述激光跟踪头的姿态，以实时跟踪所述空心角锥棱镜。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述激光跟踪装置还包括：集成电控模块；所述集成电控模块用于控制所述激光跟踪装置内部功能模块的工作状态。优选的，在上述高精度姿态测量系统中，所述合作靶标还包括：PSD传感器电控模块；所述PSD传感器电控模块用于控制所述第一PSD传感器和所述第二PSD传感器的工作状态。相较于现有技术，本专利技术实现的有益效果为：本专利技术提供的一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统，结合位置敏感探测器实现被测物的姿态测量，与常用视觉测量方法相比，因为PSD位置敏感探测器体积小、响应快、精度高、无死区等优点，使本专利技术提供的高精度姿态测量系统不再受限于复杂环境的影响，结构简单，算法简单，可同时提高姿态测量的精度与速度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种光路示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种无滚动状态下的角测量示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种滚动状态下的角测量示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种滚动角对单个PSD传感器信号的影响示意图；图6为本专利技术实施例提供的一种入射光束偏移量测定示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的专利技术创造过程中，专利技术人发现，在机器人、航空航天、导航系统、工业装配等领域中已有大量姿态测量技术的应用，但是，这些技术或多或少存在精度差、速度慢以及环境受限等问题。比如，目前应用十分广泛的视觉测量技术；但是，这一技术由于相机生产工艺限制、光线条件敏感、遮挡干扰和图像处理算法复杂度高等原因，以使测量精度和速度受限。再比如，采用微机械电子系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，简称MEMS)的测量技术，这一技术虽然传感器具有体积小、质量轻和功耗低等优点成为姿态测量系统中较受欢迎的选择，但是由于传感器本身精度低、漂移大等缺点，导致必须与其它姿态传感器结合才能使用，进而增加了系统的复杂性。又比如，采用GPS(GlobalPositioningSystem，全球定位系统)系统的测量技术，通过卫星定位可实时测量物体姿态信息，但存在室内GPS信号弱和成本昂贵等问题。也就是说，目前的姿态测量技术存在或多或少的问题，都不能满足六自由度跟踪测量技术的大尺度、大范围和高精度等要求。基于此，本专利技术实施例提供了一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统，与常用视觉测量方法相比，因为PSD(PositionSensitiveDetector，位置敏感探测器)传感器体积小、响应快、精度高、无死区等优点，本专利技术提供的高精度姿态测量系统不再受限于复杂环境的影响，结构简单，算法简单，可同时提高姿态测量的精度与速度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参考图1，图1为本专利技术实施例提供的一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统的结构示意图。所述高精度姿态测量系统包括：激光跟踪装置以及合作靶标；其中，所述合作靶标用于安装在被测物的表面；所述激光跟踪装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统，其特征在于，所述高精度姿态测量系统包括：激光跟踪装置以及合作靶标；/n其中，所述合作靶标用于安装在被测物的表面；/n所述激光跟踪装置用于出射平行的第一光束以及第二光束；/n所述合作靶标包括：分光镜、空心角锥棱镜、相互垂直设置的第一PSD传感器和第二PSD传感器；/n所述第一光束透过所述分光镜再经过所述空心角锥棱镜，一部分入射至所述第一PSD传感器上，另一部分反射回所述激光跟踪系统；/n所述第二光束经所述分光镜，被反射至所述第二PSD传感器上；/n所述激光跟踪装置还用于依据反射回所述激光跟踪系统的光束，实时跟踪所述空心角锥棱镜。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双二维位置敏感探测器的高精度姿态测量系统，其特征在于，所述高精度姿态测量系统包括：激光跟踪装置以及合作靶标；
其中，所述合作靶标用于安装在被测物的表面；
所述激光跟踪装置用于出射平行的第一光束以及第二光束；
所述合作靶标包括：分光镜、空心角锥棱镜、相互垂直设置的第一PSD传感器和第二PSD传感器；
所述第一光束透过所述分光镜再经过所述空心角锥棱镜，一部分入射至所述第一PSD传感器上，另一部分反射回所述激光跟踪系统；
所述第二光束经所述分光镜，被反射至所述第二PSD传感器上；
所述激光跟踪装置还用于依据反射回所述激光跟踪系统的光束，实时跟踪所述空心角锥棱镜。


2.根据权利要求1所述的高精度姿态测量系统，其特征在于，所述激光跟踪装置包括第一激光源和第二激光源；
所述第一激光源用于出射红外光、即所述第一光束；
所述第二激光源用于出射红外光，即所述第二光束；
其中，所述第一光束和所述第二光束的波长不同。


3.根据权利要求1所述的高精度姿态测量系统，其特征在于，所述第一PSD传感器与所述分光镜中心、所述空心角锥棱镜同轴。


4.根据权利要求3所述的高精度姿态测量系统，其特征在于，所述合作靶标包括壳体；
所述分光镜、所述空心角锥棱镜、所述第一PSD传感器和所述第二PSD传感器位于所述壳体内部；
所述壳体上设置有固定装置；通过所述固定装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：董登峰，高豆豆，崔成君，王国名，朱志忠，高兴华，程智，张滋黎，王颖，李洋，张佳，朱雅庆，周道德，周维虎，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11