一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法技术

本发明专利技术公开了一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法，包括S1：获取初始时刻测量装置发出的激光光束的方向矢量L

【技术实现步骤摘要】
一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法


[0001]本专利技术涉及精密加工/装配、振动测量等领域，具体涉及一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法。

技术介绍

[0002]许多工业场合需要准确地获得物体的空间位置或运动状态，如精密加工/装配、机械臂运动控制、蠕变/应变/振动测量等等。物体空间位置通过物体一点的空间坐标和旋转角度描述，运动状态可通过一段时间内的坐标变化和旋转角变化计算。
[0003]目前对于位置的精密测量的方法，对测量设备的安装精度要求比较高，无法同时对多个方向的位移以及旋转角度进行测量，且测量设备的体积较大，难以与被测系统集成。此外，在需要准确获得物体空间位置或运动状态时，一般还需要采用多组、多种传感器，并需要根据需求和传感器特点设计测量方案。
[0004]为此，本专利技术提供了一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法，以至少部分地解决相关技术中的问题。

技术实现思路

[0005]在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0006]为了至少部分地解决上述问题，本专利技术提供了一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法，其特征在于，包括：
[0007]S1：获取初始时刻测量装置发出的激光光束的方向矢量L
i
＝(x
Li
，y
Li
>，z
Li
)和所述激光光束在被测设备上的位置传感器上产生的光斑的空间坐标(x
i
，y
i
，z
i
)，其中i表示第i束激光光束，i＝1,2,3，
……
；
[0008]S2：获取t时刻所述激光光束在所述位置传感器上产生的光斑的空间坐标(x'
i
，y'
i
，z'
i
)；
[0009]S3：根据所述L
i
＝(x
Li
，y
Li
，z
Li
)、所述(x
i
，y
i
，z
i
)和所述(x'
i
，y'
i
，z'
i
)建立非线性方程组：
[0010][0011]其中，R
x
(α)＝[1 0 0；0 cosα
ꢀ‑
sinα；0 sinα cosα]，R
y
(β)＝[cosβ 0 sinβ；0 1 0；
‑
sinβ 0 cosβ]，R
z
(γ)＝[cosγ
ꢀ‑
sinγ 0；sinγ cosγ 0；0 0 1]，α、β和γ分别为所述被测设备相对于基准设备沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的旋转角度，δx、δy和δz分别为所述被测设备沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的位移，const
i
为未知常量；
[0012]S4：求解所述非线性方程组，得到所述被测设备相对于所述基准设备沿空间坐标
轴X轴、Y轴和Z轴的位移δx、δy和δz，以及旋转角度α、β和γ。
[0013]根据本专利技术的刚体相对位移和旋转角度的测量方法，根据初始时刻测量装置发出的激光光束的方向矢量和激光光束在被测设备上的位置传感器上产生的光斑的空间坐标，以及t时刻激光光束在位置传感器上产生的光斑的空间坐标，建立并求解非线性方程组，即可获得被测设备相对于基准设备沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的位移δx、δy和δz，以及旋转角度α、β和γ，能够实现六自由度的高精度测量，且对测量装置在初始时刻的空间位置坐标的测量精度不敏感；此外，该测量方法除需现场测量初始时刻测量装置的空间位置坐标外，后续测量无需现场操作，只需要采集数据并求解非线性方程组即可，自动化程度较高。
[0014]可选地，所述S1包括：
[0015]S101：建立空间坐标系OXYZ，所述坐标系的原点O为所述位置传感器的感光面与所述被测设备的中心线的交点，所述空间坐标系OXYZ以所述被测设备的中心线为Z轴，以水平方向为X轴，以竖直方向为Y轴；
[0016]S102：在所述空间坐标系OXYZ下，获取所述测量装置射出所述激光光束的出射口和所述位置传感器的中心的空间坐标(x
si
，y
si
，z
si
)和(x
pi
，y
pi
，z
pi
)，获取所述激光光束在所述位置传感器上产生的光斑相对于所述位置传感器的中心的坐标(x
oi
，y
oi
)；
[0017]S103：根据所述(x
si
，y
si
，z
si
)、(x
pi
，y
pi
，z
pi
)和(x
oi
，y
oi
)获取所述L
i
＝(x
Li
，y
Li
，z
Li
)和(x
i
，y
i
，z
i
)，其中，
[0018]L
i
＝(x
Li
，y
Li
，z
Li
)＝(x
pi
+x
oi
‑
x
si
，y
pi
+y
oi
‑
y
si
，z
pi
‑
z
si
)
ꢀꢀꢀ
(2)
[0019](x
i
，y
i
，z
i
)＝(x
pi
+x
oi
，y
pi
+y
oi
，z
pi
)
ꢀꢀꢀ
(3)。
[0020]可选地，在t时刻，所述空间坐标系OXYZ随所述被测设备到达空间坐标系O'X'Y'Z'，所述S2包括：
[0021]S201：在所述空间坐标系O'X'Y'Z'下，获取所述位置传感器的中心的空间坐标(x
pi
，y
pi
，z
pi
)，获取所述激光光束在所述位置传感器上产生的光斑相对于所述位置传感器的中心的坐标(x'
oi
，y'
oi
)；
[0022]S202：根据所述(x
pi
，y
pi
，z
pi
)和所述(x'
oi
，y'
oi
)获取所述(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法，其特征在于，包括：S1：获取初始时刻测量装置发出的激光光束的方向矢量L
i
＝(x
Li
，y
Li
，z
Li
)和所述激光光束在被测设备上的位置传感器上产生的光斑的空间坐标(x
i
，y
i
，z
i
)，其中i表示第i束激光光束，i＝1,2,3，
……
；S2：获取t时刻所述激光光束在所述位置传感器上产生的光斑的空间坐标(x'
i
，y'
i
，z'
i
)；S3：根据所述L
i
＝(x
Li
，y
Li
，z
Li
)、所述(x
i
，y
i
，z
i
)和所述(x'
i
，y'
i
，z'
i
)建立非线性方程组：其中，R
x
(α)＝[1 0 0；0 cosα
ꢀ‑
sinα；0 sinα cosα]，R
y
(β)＝[cosβ 0 sinβ；0 1 0；
‑
sinβ 0 cosβ]，R
z
(γ)＝[cosγ
ꢀ‑
sinγ 0；sinγ cosγ 0；0 0 1]，α、β和γ分别为所述被测设备相对于基准设备沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的旋转角度，δx、δy和δz分别为所述被测设备沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的位移，const
i
为未知常量；S4：求解所述非线性方程组，得到所述被测设备相对于所述基准设备沿空间坐标轴X轴、Y轴和Z轴的位移δx、δy和δz，以及旋转角度α、β和γ。2.根据权利要求1所述的一种刚体相对位移和旋转角度的测量方法，其特征在于，所述S1包括：S101：建立空间坐标系OXYZ，所述坐标系的原点O为所述位置传感器的感光面与所述被测设备的中心线的交点，所述空间坐标系OXYZ以所述被测设备的中心线为Z轴，以水平方向为X轴，以竖直方向为Y轴；S102：在所述空间坐标系OXYZ下，获取所述测量装置射出所述激光光束的出射口和所述位置传感器的中心的空间坐标(x
si
，y
si
，z
si
)和(x
pi
，y
pi
，z
pi
)，获取所述激光光束在所述位置传感器上产生的光斑相对于所述位置传感器的中心的坐标(x
oi
，y
oi
)；S103：根据所述(x
si
，y
si
，z
si
)、(x
pi
，y
pi
，z
pi
)和(x
oi
，y
oi
)获取所述L
i
＝(x
Li
，y
Li
，z
Li
)和(x
i
，y
i
，z
i
)，其中，L
i
＝(x
Li
，y
L...

【专利技术属性】
技术研发人员：戎志祥，宋大为，尹立国，朱奎，杨博，郭丰泽，潘熙希，江嘉堃，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七一一研究所，
类型：发明
国别省市：