【技术实现步骤摘要】
本专利技术的至少一种实施例涉及光电精密测量，具体涉及一种目标物体的二维姿态的测量装置、测量方法以及对接系统。
技术介绍
1、激光跟踪仪广泛应用于现场大尺寸空间精密测量领域，随着现场对目标物体位置、姿态的精度需求越来越高，激光跟踪姿态测量的重要性日益显著。对目标物体进行姿态测量的方式主要有视觉测量、主动跟踪测量以及准直激光测量等。
2、现有的目标物体的二维姿态的测量装置，包括沿轴线方向开设有通孔的角锥棱镜、二维位移台及其与该二维移动台固联的位置探测器。通过二维位移台带动位置探测器移动，以追踪经角锥棱镜射出的激光在位置探测器上形成光斑的位置。并结合二维位移台的位移量、光斑在位置探测器上的坐标、以及入射点到位置探测器的距离信息，计算该测量装置的二维姿态，以获得目标物体的二维姿态。但是，由于二维位移台自身部件较大，使得在通过二维位移台移动，以调整形成在位置探测器上的光斑的位置的过程中，光斑跟踪响应较慢，导致光斑运动到位置探测器线性较好的区域的时间较长，降低了测量结果的稳定性和快速性。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种目标物体的二维姿态的测量装置，减小了用于跟踪形成在位置探测器上的光斑位置的运动部件的尺寸，以提高光斑跟踪响应速度，从而提高测量结果的稳定性和快速性。
2、根据本专利技术的实施例，提供了一种目标物体的二维姿态的测量装置，包括：支撑架，安装在目标物体上；二维振镜，安装在所述支撑架的内部，适用于接收并反射来自于激光跟踪仪的跟踪光；位置探测器，适
3、根据本专利技术的实施例，所述的目标物体的二维姿态的测量装置，还包括：棱镜，设置在所述目标物体和所述二维振镜之间，并被构造成对来自于激光跟踪仪的跟踪光进行束形。
4、根据本专利技术的实施例，所述棱镜被构造成大致锥形，所述棱镜上形成有穿过几何中心且沿轴线方向延伸的通光孔，使得由激光跟踪仪发出的跟踪光经所述通光孔部分地射入所述二维振镜；其中，所述通光孔的孔径小于来自于激光跟踪仪的跟踪光的直径。
5、根据本专利技术的实施例，所述二维振镜包括：振镜本体，以及检测部，安装在所述振镜本体上，被配置成能够实时检测所述振镜本体当前的位置和姿态，以获取所述光斑由所述第一坐标移动至趋近于所述位置探测器的原点位置的过程中，所述振镜本体转动的第一旋转角度，从而获取该过程中，所述二转振镜转动的第一旋转角度。
6、根据本专利技术的实施例，所述二维振镜上形成有以所述二维振镜的反射面的几何中心为交点且相互正交的两条旋转轴，使得所述二维振镜能够分别绕两条所述旋转轴转动。
7、根据本专利技术的实施例，所述第一旋转角度包括所述二维振镜分别绕相互正交的两条所述旋转轴转动的第一角度k2和第二角度k4。
8、根据本专利技术的实施例，在三维坐标系中，所述目标物体处于初始位置的情况下，所述棱镜的轴线沿x轴方向延伸，所述位置探测器在xoz平面内延伸，使得由激光跟踪仪发出的跟踪光沿x轴方向穿过所述棱镜，并经所述二维振镜反射后沿z轴方向照射到所述位置探测器上。
9、根据本专利技术的实施例，还提供一种用于多级火箭组装的对接系统，所述多级火箭包括一级火箭和二级火箭，所述二级火箭用作目标物体，所述对接系统包括：激光跟踪仪；上述实施例中所述的目标物体的二维姿态的测量装置，安装在所述二级火箭上，适用于接收来自于所述激光跟踪仪的跟踪光，并实时获取所述二级火箭的方位姿态角以及俯仰姿态角；以及驱动器，连接在所述二级火箭上，被配置为根据实时获取的所述二级火箭的方位姿态角以及俯仰姿态角，实时调整所述二级火箭的空间姿态，使得所述二级火箭与所述一级火箭的空间姿态相同，并驱动所述二级火箭朝向所述一级火箭移动，以完成所述二级火箭与所述一级火箭对接；其中，所述一级火箭的空间姿态在对接过程前获得，且在对接过程中，所述一级火箭的空间姿态保持不变。
10、根据本专利技术的实施例，还提供一种目标物体的二维姿态的测量方法，适用于上述实施例中所述的目标物体的二维姿态的测量装置，所述测量装置安装在目标物体上；所述测量方法包括：由激光跟踪仪发出的跟踪光通过棱镜部分地照射到二维振镜上，经二维振镜反射，在位置探测器上形成有光斑的情况下，通过控制器获取所述光斑的第一坐标(n+δn’，0，u+δu’)；根据位置探测器的原点坐标(n，0，u)以及所述第一坐标(n+δn’，0，u+δu’)，通过控制器驱动二维振镜转动至使得所述光斑趋近于位置探测器的原点位置，并获取该过程中二维振镜转动的第一旋转角度；通过控制器获取当前光斑的第二坐标(n+δn，0，u+δu)；以及根据棱镜的通光孔的等效坐标(0，m，u)、二维振镜的反射面的几何中心的坐标(a，b，v)、所述第一旋转角度以及所述第二坐标(n+δn，0，u+δu)，获得所述测量装置的方位角和俯仰角，以获得目标物体的方位姿态角k1和俯仰姿态角k3。
11、根据本专利技术的实施例，所述第一旋转角度包括二维振镜分别绕以二维振镜的反射面的几何中心为交点且相互正交的两条旋转轴转动的第一角度k2和第二角度k4。
12、根据本专利技术的实施例，所述方位姿态角k1、所述俯仰姿态角k3分别根据以下关系式获得；
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15、根据本专利技术的上述实施例的目标物体的二维姿态的测量装置，在位置探测器基于来自于二维振镜的跟踪光形成光斑的情况下，读取该光斑的第一坐标。驱动二维振镜转动至使得该光斑趋近于位置探测器的原点位置，并获取该过程中二维振镜转动的第一旋转角度，读取当前光斑的第二坐标。并根据第一旋转角度以及第二坐标，计算支撑架的方位角和俯仰角，以获得目标物体的方位姿态角k1和俯仰姿态角k3。由于二维振镜的体积较小，减小了用于跟踪形成在位置探测器上的光斑位置的运动部件的体积，以提高光斑跟踪响应速度，从而提高测量结果的稳定性和快速性。进一步地，二维振镜和位置探测器结合，组成光束方向闭环控制系统，压缩光束传播范围。基于位置探测器原点区域线性度较高，进而可根据二维振镜和位置探测器的高精度信息，提高了二维姿态计算精度和效率。
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1.一种目标物体的二维姿态的测量装置，包括：
2.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，还包括：
3.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，所述二维振镜(3)包括：
4.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，所述二维振镜(3)上形成有以所述二维振镜(3)的反射面的几何中心为交点且相互正交的两条旋转轴(31)，使得所述二维振镜(3)能够分别绕两条所述旋转轴(31)转动。
5.根据权利要求4所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，所述第一旋转角度包括所述二维振镜(3)分别绕相互正交的两条所述旋转轴(31)转动的第一角度k2和第二角度k4。
6.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，在三维坐标系中，所述目标物体(7)处于初始位置的情况下，所述棱镜(2)的轴线沿X轴方向延伸，所述位置探测器(4)在XOZ平面内延伸，使得由激光跟踪仪(6)发出的跟踪光沿X轴方向穿过所述棱镜(2)，并经所述二维振镜(3)反射后沿Z轴方向照射到所述位置探测器(4)上。
7.
8.一种目标物体的二维姿态的测量方法，适用于上述权利要求1-5中任一项所述的目标物体的二维姿态的测量装置，所述测量装置安装在目标物体上；所述测量方法包括：
9.根据权利要求8所述的目标物体的二维姿态的测量方法，其中，所述第一旋转角度包括二维振镜分别绕以二维振镜的反射面的几何中心为交点且相互正交的两条旋转轴转动的第一角度k2和第二角度k4。
10.根据权利要求9所述的目标物体的二维姿态的测量方法，其中，所述方位姿态角k1、所述俯仰姿态角k3分别根据以下关系式获得；
...【技术特征摘要】
1.一种目标物体的二维姿态的测量装置，包括：
2.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，还包括：
3.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，所述二维振镜(3)包括：
4.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，所述二维振镜(3)上形成有以所述二维振镜(3)的反射面的几何中心为交点且相互正交的两条旋转轴(31)，使得所述二维振镜(3)能够分别绕两条所述旋转轴(31)转动。
5.根据权利要求4所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，所述第一旋转角度包括所述二维振镜(3)分别绕相互正交的两条所述旋转轴(31)转动的第一角度k2和第二角度k4。
6.根据权利要求1所述的目标物体的二维姿态的测量装置，其中，在三维坐标系中，所述目标物体(7)处于初始位置的情况下，所述棱镜(2)的轴线沿x轴方向延伸，所述位置探测器(...
【专利技术属性】
技术研发人员：邱启帆，董登峰，程智，高豆豆，王国名，崔成君，王博，张佳，宫涛，霍汉林，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：
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