一种空间坐标测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空间坐标测量装置及测量方法，该装置是由经向转台、纬向转台、激光器构成，并使用高精度光电探测器标靶与水平仪配合，完成测量目标空间坐标测量；其中激光测角系统可提供高精度的经纬角，激光器与高精度光电探测器标靶、水平仪的配合可以精准、灵活且直观地实现对测量目标精确位置的瞄准。本发明专利技术结构简单灵活、易于实现、成本低，测量系统的柔性强，可实现空间坐标测量。可实现空间坐标测量。可实现空间坐标测量。

【技术实现步骤摘要】
一种空间坐标测量装置及测量方法


[0001]本专利技术涉及空间坐标测量
，具体涉及一种空间坐标测量装置及测量方法。

技术介绍

[0002]随着科技发展水平的不断提高，在航空航天领域、精密制造领域和军工领域等对大型装备的零部件装配精度要求不断提高，迫切需要能实现微米级的空间坐标测量精度的测量仪器与方法。传统的大量程空间位置测量方法主要是使用经纬仪和激光跟踪仪进行测量，然而，现有的经纬仪目视瞄准标靶的标定与测量方法误差较大，激光跟踪仪受制于经纬角度测量精度以及靶球精度低的影响而难以提高空间绝对位置测量精度，且两种仪器价格高昂。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种空间坐标测量装置及测量方法，以期能实现低成本、高精度的空间坐标测量，从而解决现有技术应用范围受限、测量误差偏大的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]本专利技术一种空间坐标测量装置的特点在于，包括：经向转台、纬向转台、激光器；
[0006]所述经向转台是在底座上设置有圆环状旋转盘；其中，所述底座固定不动，并在其内部设置有由电机驱动的旋转机构；
[0007]在所述圆环状旋转盘上布置有若干个激光干涉仪，在所述圆环状旋转盘的内环镂空处设置有支撑台，且所述支撑台与底座的旋转中心同轴固定；
[0008]在所述支撑台上安装有同轴固定的多面棱镜，并与所述激光干涉仪构成经向激光测角系统；
[0009]在所述圆环状旋转盘的上方设置有所述纬向转台；所述纬向转台包括：左、右支撑、左旋转机构、右旋转机构、旋转轴、转台；
[0010]所述左、右支撑对称设置在所述圆环状旋转盘上，在所述左、右支撑的外侧分别通过所述旋转轴设置有左旋转机构、右旋转机构，并分别由左、右电机驱动；
[0011]在左支撑与左旋转机构之间的旋转轴上设置有左侧多面棱镜，在右支撑与右旋转机构之间的旋转轴上设置有右侧多面棱镜；所述左侧多面棱镜、右侧多面棱镜与所述激光干涉仪共同构成纬向激光测角系统；
[0012]在所述左、右支撑之间设置有转台，并在所述转台的中央处放置有激光器。
[0013]本专利技术所述的一种空间坐标测量装置的测量方法的特点在于，包括如下步骤：
[0014]步骤1、在所述激光器的光路上放置有被测目标，在所述圆环状旋转盘上放置有水平仪，并记录水平仪的第一角度示值后，将所述水平仪再放置于所述转台上，并记录第二角度示值；
[0015]步骤2、将所述水平仪再放置于所述被测目标处，并记录水平仪的第三角度示值，在所述水平仪上放置具有高精度光电探测器的标靶，然后，根据第三角度示值，调整所述标靶的角度，使得所述第三角度示值与第二角度示值相同，以使得所述标靶与所述转台的水平面互相垂直；
[0016]步骤3、使所述激光器瞄准所述标靶上的位置A、位置B，并通过所述经向激光测角系统与纬向激光测角系统分别获取转台所转过的经角与纬角；
[0017]步骤3.1、令所述圆环状旋转盘上的第一个激光干涉仪的光路垂直瞄准于所述多面棱镜的工作表面，令第二个激光干涉仪的光路垂直瞄准于所述左侧多面棱镜的工作表面，令第三个激光干涉仪的光路垂直瞄准于所述右侧多面棱镜的工作表面；同时启动第一个激光干涉仪、第二个激光干涉仪以及第三个激光干涉仪，待三个激光干涉仪的示值稳定后，向所述被测目标处的标靶方向旋转所述经向转台与纬向转台，使得所述激光器的光斑打在所述标靶上；
[0018]步骤3.2、在所述经向转台旋转过程中，所述第一个激光干涉仪测量出所述多面棱镜的径向位移变化值Δx1，并根据式(1)求出所述经向转台绕所述多面棱镜转过的经角
[0019][0020]式(1)中：L1为第一个激光干涉仪的光学系统固定值；
[0021]步骤3.3、根据式(2)求出当经向转台绕所述多面棱镜转过第n个工作角后，所述激光器转过的经角
[0022][0023]式(2)中，表示所述多面棱镜的第n个工作表面的工作角；
[0024]步骤3.4、在所述纬向转台旋转过程中，所述第二个激光干涉仪测量出与左旋转机构共同旋转的左侧多面棱镜的径向位移变化值Δx2，从而根据式(3)求出所述左旋转机构上多面棱镜转过的纬角Δθ
L1
：
[0025][0026]式(3)中：L2为第二个激光干涉仪的光学系统固定值；
[0027]步骤3.5、在所述纬向转台旋转过程中，所述第三个激光干涉仪测量出与右侧旋转机构共同旋转的右侧多面棱镜的径向位移变化值Δx3，从而根据式(4)求出所述右侧旋转机构上多面棱镜转过的纬角Δθ
L2
：
[0028][0029]式(4)中：L3为第三个激光干涉仪的光学系统固定值；
[0030]步骤3.6、根据式(5)求出当左侧旋转机构上的多面棱镜转过第n个工作角后的纬角θ
L1
：
[0031]θ
L1
＝θ
nL1
+Δθ
L1 (5)
[0032]式(5)中：θ
nL1
为多面棱镜的第n个工作表面的工作角；
[0033]步骤3.7、根据式(6)求出当右侧旋转机构上的多面棱镜转过第n个工作角后的纬
角θ
L2
：
[0034]θ
L2
＝θ
nL2
+Δθ
L2 (6)
[0035]式(6)中：θ
nL2
为多面棱镜的第n个工作表面的工作角；
[0036]步骤3.8、根据式(7)得到所述纬向转台上的激光器转过的纬角θ1：
[0037][0038]步骤3.9、调整所述经向转台与纬向转台，使得所述激光器发射的激光打在标靶上的光电探测器的位置A处，并记录标靶的光电探测器示值x
a
，从而利用式
‑
式得到经测量结果利用式(3)
‑
式(7)得到纬角测量结果θ
A1
；
[0039]步骤3.10、微转动所述纬向转台，使得转台上的激光器发射的激光打在标靶上的光电探测器的垂直方向上的位置B处，并记录标定标靶的光电探测器示值x
B
，从而利用式(3)
‑
式(7)得到纬角测量结果θ
B1
；
[0040]步骤3.11、利用式(8)求出标靶与激光器的回转中心之间的垂直距离d：
[0041][0042]步骤3.12、利用式(9)求出标靶上位置A处与激光器的回转中心之间的距离d
A
：
[0043][0044]步骤3.13、利用式(10)求出标靶上的位置B处与激光器回转中心之间的距离d
b
：
[0045][0046]步骤4、建立空间坐标测量装置的球坐标系，并根据步骤3所得的数据，分别得到器标靶上的位置A、位置B处分别在所述测量装置坐标系下的球坐标从而得到被测目标所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间坐标测量装置，其特征在于，包括：经向转台(21)、纬向转台(22)、激光器(31)；所述经向转台(21)是在底座(211)上设置有圆环状旋转盘(212)；其中，所述底座(211)固定不动，并在其内部设置有由电机(213)驱动的旋转机构；在所述圆环状旋转盘(212)上布置有若干个激光干涉仪，在所述圆环状旋转盘(212)的内环镂空处设置有支撑台(214)，且所述支撑台(214)与底座(211)的旋转中心同轴固定；在所述支撑台(214)上安装有同轴固定的多面棱镜(51)，并与所述激光干涉仪构成经向激光测角系统；在所述圆环状旋转盘(212)的上方设置有所述纬向转台(22)；所述纬向转台(22)包括：左、右支撑、左旋转机构(23)、右旋转机构(24)、旋转轴、转台；所述左、右支撑对称设置在所述圆环状旋转盘(212)上，在所述左、右支撑的外侧分别通过所述旋转轴设置有左旋转机构(23)、右旋转机构(24)，并分别由左、右电机驱动；在左支撑与左旋转机构(23)之间的旋转轴上设置有左侧多面棱镜(52)，在右支撑与右旋转机构(24)之间的旋转轴上设置有右侧多面棱镜(53)；所述左侧多面棱镜(52)、右侧多面棱镜(53)与所述激光干涉仪共同构成纬向激光测角系统；在所述左、右支撑之间设置有转台，并在所述转台的中央处放置有激光器(31)。2.根据权利要求1所述的一种空间坐标测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、在所述激光器(31)的光路上放置有被测目标，在所述圆环状旋转盘(212)上放置有水平仪(3)，并记录水平仪(3)的第一角度示值后，将所述水平仪(3)再放置于所述转台上，并记录第二角度示值；步骤2、将所述水平仪(3)再放置于所述被测目标处，并记录水平仪(3)的第三角度示值，在所述水平仪(3)上放置具有高精度光电探测器的标靶(2)，然后，根据第三角度示值，调整所述标靶(2)的角度，使得所述第三角度示值与第二角度示值相同，以使得所述标靶(2)与所述转台的水平面互相垂直；步骤3、使所述激光器(31)瞄准所述标靶(2)上的位置A、位置B，并通过所述经向激光测角系统与纬向激光测角系统分别获取转台所转过的经角与纬角；步骤3.1、令所述圆环状旋转盘(212)上的第一个激光干涉仪(41)的光路垂直瞄准于所述多面棱镜(51)的工作表面，令第二个激光干涉仪(42)的光路垂直瞄准于所述左侧多面棱镜(52)的工作表面，令第三个激光干涉仪(43)的光路垂直瞄准于所述右侧多面棱镜(53)的工作表面；同时启动第一个激光干涉仪(41)、第二个激光干涉仪(42)以及第三个激光干涉仪(43)，待三个激光干涉仪的示值稳定后，向所述被测目标处的标靶(2)方向旋转所述经向转台(21)与纬向转台(22)，使得所述激光器(31)的光斑打在所述标靶(2)上；步骤3.2、在所述经向转台(21)旋转过程中，所述第一个激光干涉仪(41)测量出所述多面棱镜(51)的径向位移变化值Δx1，并根据式(1)求出所述经向转台(21)绕所述多面棱镜(51)转过的经角(51)转过的经角式(1)中：L1为第一个激光干涉仪(41)的光学系统固定值；
步骤3.3、根据式(2)求出当经向转台(21)绕所述多面棱镜(51)转过第n个工作角后，所述激光器(31)转过的经角述激光器(31)转过的经角式(2)中，表示所述多面棱镜(51)的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞君，刘云龙，吴沛桓，徐东见，马少华，王永红，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：