雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置和方法
2023-05-06 11:25:11 2
雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置和方法
【專利摘要】一種雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測方法，包括：將雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置安裝到雷射跟蹤儀的機械轉軸上，隨機械轉軸旋轉；在雷射跟蹤儀的跟蹤探測器上測量角錐稜鏡反射回光的封閉成像軌跡；對得到的封閉成像軌跡進行處理，得到所述封閉成像軌跡的中心，其在跟蹤探測器上的坐標即為探測器的安裝誤差。以及一種雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置及校正方法。本發明可對雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差進行高精度檢測，其測量結果可用於雷射跟蹤儀探測器的標定和誤差修正，可提高雷射跟蹤儀的跟蹤測量精度。本發明的裝置具有設計簡潔、結構簡單、測量精度高、成本低廉等特點。
【專利說明】雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及儀器測量和校準領域，尤其涉及一種雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置和方法。
【背景技術】
[0002]雷射跟蹤儀是國際上近十年發展起來的新型大尺寸空間三維坐標測量儀器，可對運動目標進行實時跟蹤測量，具有安裝操作簡便、測量精度及效率高等優點，是大尺寸工業測量和科學測量的主要手段，近年來得到了迅速發展。
[0003]當雷射跟蹤儀對目標物體進行跟蹤時，其發出的光經過目標反射器反射後在探測器上形成一個光斑。當目標反射器進行移動時，反射回探測器上的光斑的位置也產生偏移，則當前反射回探測器上的光斑的位置與零點位置之間的差值叫做目標的脫靶量。對於目標反射器，探測器上的零點位置即為目標反射器中心反射回的光斑位置。然而在跟蹤儀的安裝過程中，很難保證系統的光軸與光電探測器保持垂直關係，通常是依靠加工安裝精度來保證，這種方式對加工和安裝工藝要求較高；或者依靠人眼判斷來調節，這種方式一般精度較低。這就需要設計一種具體的檢測方法來保證雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝不存在誤差。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明提出了一種雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置和方法，以消除雷射跟蹤儀位置探測器的零位安裝誤差。
[0005]為了實現上述目的，作為本發明的一個方面，本發明提供了一種雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置，包括:
[0006]角錐稜鏡01，由三個相互垂直的反射鏡組成的反射面構成，用於實現對入射光進行平行返回，且當雷射入射點在其中心時，實現入射光的原路返回；
[0007]底座07，用於承載所述角錐稜鏡01 ;以及
[0008]底座與雷射跟蹤儀機械轉軸的接口 06，用於將所述底座07與所述雷射跟蹤儀的機械轉軸固定連接。
[0009]其中，所述底座07與雷射跟蹤儀機械轉軸的接口 06上端具有三個均勻圓周分布的定位孔04，通過軸孔配合與螺紋固定的方式與所述雷射跟蹤儀的機械轉軸相連。
[0010]其中，在所述底座07底部側面具有四個均勻圓周分布的調節螺絲05，用以調節所述底座07的平動，以實現所述角錐稜鏡01中心儘量位於所述雷射跟蹤儀的機械轉軸的中心。
[0011]其中，在所述底座07和所述角錐稜鏡01之間還具有固定壓圈02，所述固定壓圈02通過外螺紋與所述底座07連接，用於固定所述角錐稜鏡01，避免在旋轉過程中所述角錐稜鏡01發生滑動。
[0012]其中，在所述底座07的側面具有三個均勻圓周分布的觀察孔03，用於觀察所述角錐稜鏡Ol與所述底座07的安裝情況，避免所述角錐稜鏡01安裝傾斜。
[0013]作為本發明的另一個方面，本發明還提供了一種使用如上所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差檢測裝置對雷射跟蹤儀位置探測器的零位安裝誤差進行檢測的方法，包括下列步驟:
[0014]將所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差檢測裝置安裝到所述雷射跟蹤儀的機械轉軸上，隨所述機械轉軸旋轉；
[0015]在所述雷射跟蹤儀的跟蹤探測器上測量所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置的角錐稜鏡反射回光的封閉成像軌跡；
[0016]求得所述封閉成像軌跡的中心，其在跟蹤探測器上的坐標即為探測器的安裝誤差。
[0017]作為本發明的再一個方面，本發明還提供了一種使用如上所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差檢測裝置對雷射跟蹤儀位置探測器的零位安裝誤差進行校正的方法，包括下列步驟:
[0018]將所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差檢測裝置安裝到所述雷射跟蹤儀的機械轉軸上，隨所述機械轉軸旋轉；
[0019]在所述雷射跟蹤儀的跟蹤探測器上測量所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置的角錐稜鏡反射回光的封閉成像軌跡；
[0020]調節所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置與所述雷射跟蹤儀的機械轉軸的相對位置，使所述封閉成像軌跡的半徑變小；
[0021]判斷所述封閉成像軌跡的半徑是否為零，如果為零，則完成了對所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的校正；否則，求得所述封閉成像軌跡的中心，其在跟蹤探測器上的坐標即為探測器的安裝誤差。
[0022]基於上述技術方案可知，本發明的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置和方法通過角錐稜鏡的多次反射，可對雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差進行高精度的檢測，其測量結果可用於雷射跟蹤儀探測器的標定和誤差修正，可提高雷射跟蹤儀的跟蹤測量精度。本發明的裝置具有設計簡潔、結構簡單、測量精度高、成本低廉等特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置的結構示意圖；
[0024]圖2是本發明的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測原理圖。
[0025]附圖標記說明:
[0026]01-角錐稜鏡；02_固定壓圈；03_觀察孔；04_定位孔；05_調節螺絲；06_底座與雷射跟蹤儀機械轉軸的接口 ；07_底座；20_雷射跟蹤儀機械轉軸；21_入射光線；22_探測器幾何中心；23_光電探測器；24_實際光斑軌跡圓心；25_出射光線；26_角錐稜鏡。
【具體實施方式】
[0027]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0028]本發明的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置的結構如圖1所示，該裝置包括:角錐稜鏡01、固定壓圈02、觀察孔03、定位孔04、調節螺絲05、底座與雷射跟蹤儀機械轉軸的接口 06和底座07。角錐稜鏡01由三個相互垂直的反射鏡組成的反射面構成，其特點是能夠實現對入射光進行平行返回，且當雷射入射點在其中心時，能夠實現入射光的原路返回。固定壓圈02通過外螺紋與底座07連接，主要用於固定角錐稜鏡01，避免在旋轉過程中角錐稜鏡01發生滑動。底座07的底部為與雷射跟蹤儀機械轉軸連接的接口06，其上端設計了三個均勻圓周分布的定位孔04，通過軸孔配合與螺紋固定的方式與跟蹤儀機械轉軸相連；在底部側面又設計了四個均勻圓周分布的調節螺絲05，用以調節裝置的平動，以實現角錐稜鏡01中心儘量位於機械轉軸的中心。在其側面設計了三個均勻圓周分布的觀察孔03，用於觀察角反射器與底座的安裝情況，避免反射器安裝傾斜。
[0029]本發明的雷射跟蹤儀位置探測器的零位安裝誤差的檢測方法的基本原理如圖2所示。本發明利用了角錐稜鏡01照射到角反射器中心的雷射會按原路返回的特點，但在實際操作過程中很難判斷雷射是否正好照射到角錐稜鏡01的錐點，因此如圖1所示，設計了一種基於角錐稜鏡的雷射跟蹤儀位置探測器的零位安裝誤差的檢測裝置，簡稱標定裝置。如圖2所示，在標定過程中，將角錐稜鏡26安裝到雷射跟蹤儀的機械轉軸20上，旋轉機械轉軸20，觀測光電探測器23上的光斑位置的變化情況。由於出射光線25與機械轉軸20同軸，而出射光線25不能夠保證正好照射到角錐稜鏡26的錐點，因此出射光線25與入射光線21有一定的偏移。
[0030]標定方式1:旋轉機械轉軸20，可以觀測到雷射光斑在光電探測器23上形成圓形軌跡，通過調節角錐稜鏡26與機械轉軸20的偏離程度，可觀測到該圓形軌跡的大小發生變化，而球心距離機械轉軸線越近，該圓形的軌跡越小，當出射光線25正好照射到角錐稜鏡26的錐點時，光電探測器23上的光斑位置不發生改變，此時光斑位置即為探測器的零點位置。
[0031]標定方式2:旋轉機械轉軸20，記錄雷射光斑在光電探測器23上形成的光斑軌跡，通常為圓形或橢圓形，通過調節角錐稜鏡26與機械轉軸20的偏離程度，可觀測到光斑的圓形軌跡大小發生變化，而球心距離機械轉軸軸線越近，其圓形軌跡越小。當圓形軌跡變化到一定程度時，無法通過調節角錐稜鏡的底座使其變得更小。此時可擬合圓形軌跡，獲取其幾何中心，該幾何中心即為探測器的零點位置。
[0032]通過上述方法，可對雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差進行高精度檢測，其測量結果可用於雷射跟蹤儀探測器的標定和誤差修正，可提高雷射跟蹤儀的跟蹤測量精度。而通過上述描述可知，本發明的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置也具有設計簡潔、結構簡單、測量精度高、成本低廉等特點。
[0033]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置，包括: 角錐稜鏡(01)，由三個相互垂直的反射鏡組成的反射面構成，用於實現對入射光進行平行返回，且當雷射入射點在其中心時，實現入射光的原路返回； 底座(07)，用於承載所述角錐稜鏡(01);以及 底座與雷射跟蹤儀機械轉軸的接口(06)，用於將所述底座(07)與所述雷射跟蹤儀的機械轉軸固定連接。
2.根據權利要求1所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置，其中所述底座(07)與雷射跟蹤儀機械轉軸的接口(06)上端具有三個均勻圓周分布的定位孔(04)，通過軸孔配合與螺紋固定的方式與所述雷射跟蹤儀的機械轉軸相連。
3.根據權利要求1所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置，其中在所述底座(07)底部側面具有四個均勻圓周分布的調節螺絲(05)，用以調節所述底座(07)的平動，以實現所述角錐稜鏡(01)中心儘量位於所述雷射跟蹤儀的機械轉軸的中心。
4.根據權利要求1所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置，其中在所述底座(07)和所述角錐稜鏡(01)之間還具有固定壓圈(02)，所述固定壓圈(02)通過外螺紋與所述底座(07)連接，用於固定所述角錐稜鏡(01)，避免在旋轉過程中所述角錐稜鏡(01)發生滑動。
5.根據權利要求1所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置，其中在所述底座(07)的側面具有三個均勻圓周分布的觀察孔(03)，用於觀察所述角錐稜鏡(01)與所述底座(07)的安裝情況，避免所述角錐稜鏡(01)安裝傾斜。
6.一種使用如權利要求1至5任一所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差檢測裝置對雷射跟蹤儀位置探測器的零位安裝誤差進行檢測的方法，包括下列步驟: 將所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差檢測裝置安裝到所述雷射跟蹤儀的機械轉軸上，隨所述機械轉軸旋轉； 在所述雷射跟蹤儀的跟蹤探測器上測量所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置的角錐稜鏡反射回光的封閉成像軌跡； 求得所述封閉成像軌跡的中心，具在跟蹤探測器上的坐標即為探測器的安裝誤差。
7.一種使用如權利要求1至5任一所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置對雷射跟蹤儀位置探測器的零位安裝誤差進行校正的方法，包括下列步驟: 將所述的雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差檢測裝置安裝到所述雷射跟蹤儀的機械轉軸上，隨所述機械轉軸旋轉； 在所述雷射跟蹤儀的跟蹤探測器上測量所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置的角錐稜鏡反射回光的封閉成像軌跡； 調節所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的檢測裝置與所述雷射跟蹤儀的機械轉軸的相對位置，使所述封閉成像軌跡的半徑變小； 判斷所述封閉成像軌跡的半徑是否為零，如果為零，則完成了對所述雷射跟蹤儀位置探測器零位安裝誤差的校正；否則，求得所述封閉成像軌跡的中心，其在跟蹤探測器上的坐標即為探測器的安裝誤差。
【文檔編號】G01B11/00GK104296654SQ201410504127
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】周維虎, 勞達寶, 董登峰, 張滋黎, 紀榮禕, 袁江, 劉鑫 申請人:中國科學院光電研究院