具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统及其补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统及其补偿方法，包括：水平转台，水平转台上安装有支架，支架上安装有球面回转机构，所述球面回转机构包括标准球、中心开口的支撑板、第一位移传感器、第二位移传感器，以及激光头，标准球设置于支架的中心，支撑板的中心开口穿过标准球后安装于支架上，第一位移传感器和第二传感器位于激光头所射激光束的反向延长线上，并且位于标准球的两侧。由于标准球设置于球面回转机构的中心，与支撑板不接触，并通过测量量和标定量精确获得球心与目标点的距离，进而对球面激光跟踪机构的球面回转跳动误差进行补偿，从而在激光跟踪机构回转跳动大的情况下达到很到的测量精度。
【专利说明】具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统及其补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及激光跟踪测量领域，尤其涉及一种具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统。
【背景技术】
[0002]在飞机、水轮机、风电机和太阳能电池板等大型装备的生产制造过程中，需要对其生产中的零件尺寸和装配过程中的位姿等进行精确测量。
[0003]在目前使用的大尺寸测量设备中，激光跟踪测量设备由于其高精度和测量范围广等优点，已经广泛的应用于工业生产领域，激光跟踪测量主要有球坐标测量法和多边距离法，其中球坐标测量法中测量过程中的角度误差会随着测量距离的增加成比例放大；多边距离测量法中使用最小二乘法等优化算法，将目标到多台发射机的距离值进行优化，得到目标点的坐标，不会有角度误差的引入。但是多边法测量过程中干涉测量精度确定的情况下，改变激光束指向的跟踪机构的球面回转跳动误差会引入较大的误差到最后的距离测量中。传统的激光跟踪测量设备中对激光跟踪测量机构的球面回转精度要求高，加工制造难度大、成本高。
【发明内容】
[0004]针对上述缺陷或不足，本发明的目的在于提供具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，能够在降低激光跟踪机构的加工制造难度的情况下，使激光跟踪测量系统保持高的测量精度。
[0005]为达到以上目的，本实发明的技术方案为:
[0006]一种具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，包括:放置于桌面上的水平转台，水平转台上安装有支架，支架上安装有球面回转机构，所述球面回转机构包括标准球、中心开口的支撑板、第一位移传感器、第二位移传感器，以及激光头，其中，标准球设置于支架的中心，支撑板的中心开口穿过标准球后安装于支架上，第一位移传感器、第二传感器，以及激光头安装于支撑板上，其中，第一位移传感器和第二传感器位于激光头所射激光束的反向延长线上，并且位于标准球的两侧。
[0007]所述支架上连接有用于带动支架转动的电机。
[0008]包括标第一准球固定架，第一固定架设置于桌面上，标准球固定安装于第一标准球固定架上。
[0009]还包括机架、以及交叉安装于机架上的第一滚柱轴环和第二滚柱轴环；支架安装于机架上，第一滚柱轴环和第二滚柱轴环的内环交叉处安装有用于推动支撑板旋转的推杆，并且第一滚柱轴环和第二滚柱轴环分别与中空力矩电机连接，通过中空力矩电机转动带动第一滚柱轴环和第二滚柱轴环转动，并通过推杆调整球面回转机构的位置。
[0010]所述支架包括设置于桌面上的第二准球固定架，第二准球固定架上套设有支撑架，支撑架安装于机架上，支撑板安装于支撑架上端。
[0011]所述中空力矩电机通过夹具与第一滚柱轴环和第二滚柱轴环的外环连接。
[0012]所述推杆通过轴承与第一滚柱轴环和第二滚柱轴环相连接，并且推杆的轴线位于的回转中心。
[0013]一种具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统的误差补偿方法，包括以下步骤:
[0014]I)获得标定量:两个位移传感器之间的距离D、标准球的半径R、激光出射点到第二位移传感器的距离Al ；
[0015]2)获得测量量:激光出射点到目标点的距离A2，以及第一位移传感器和第二传感器分别到标准球球面的距离B和C ;
[0016]3)根据上述标定量和测量量,求目标点到标准球球心的距离，通过目标点到标准球球心的距离补偿掉激光头相对于回转中心的跳动，具体的计算公式如下:
【权利要求】
1.一种具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，其特征在于，包括:放置于桌面上的水平转台(4)，水平转台(4)上安装有支架(9)，支架(9)上安装有球面回转机构，所述球面回转机构包括标准球(I)、中心开口的支撑板(11)、第一位移传感器(2)、第二位移传感器(3)，以及激光头(6)，其中，标准球(I)设置于支架(9)的中心，支撑板(11)的中心开口穿过标准球(I)后安装于支架(9)上，第一位移传感器(2)、第二传感器(3)，以及激光头(6 )安装于支撑板(11)上，其中，第一位移传感器(2 )和第二传感器(3 )位于激光头(6)所射激光束(10)的反向延长线上，并且位于标准球(I)的两侧。
2.根据权利要求1所述的具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，其特征在于，所述支架(9 )上连接有用于带动支架(9 )转动的电机(5 )。
3.根据权利要求1或2所述的具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，其特征在于，包括第一准球固定架(1-1)，第一固定架(1-1)设置于桌面上，标准球(I)固定安装于第一标准球固定架(1-1)上。
4.根据权利要求1所述的具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，其特征在于，还包括机架(12)、以及交叉安装于机架(12)上的第一滚柱轴环(13)和第二滚柱轴环(14);支架(9)安装于机架(12)上，第一滚柱轴环(13)和第二滚柱轴环(14)的内环交叉处安装有用于推动支撑板(11)旋转的推杆(15)，并且第一滚柱轴环(13)和第二滚柱轴环(14)分别与中空力矩电机连接，通过中空力矩电机转动带动第一滚柱轴环(13 )和第二滚柱轴环(14)转动，并通过推杆(15)调整球面回转机构的位置。
5.根据权利要求4所述的具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，其特征在于，所述支架(9)包括设置于桌面上的第二准球固定架(9-1)，第二准球固定架(9-1)上套设有支撑架(9-2 )，支撑架(9-2 )安装于机架(12 )上，支撑板(11)安装于支撑架(9-2 )上端。
6.根据权利要求4所述的具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，其特征在于，所述中空力矩电机通过夹具与第一滚柱轴环(13)和第二滚柱轴环(14)的外环连接。
7.根据权利要求4所述的具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统，所述推杆(15)通过轴承与第一滚柱轴环(13)和第二滚柱轴环(14)相连接，并且推杆(15)的轴线位于的回转中心。
8.一种基于权利要求1所述的具有球面回转跳动误差补偿功能的激光跟踪测量系统的误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)获得标定量:两个位移传感器之间的距离D、标准球的半径R、激光出射点(8)到第二位移传感器(3)的距离Al ； 2)获得测量量:激光出射点(8)到目标点的距离A2，以及第一位移传感器(2)和第二传感器(3)分别到标准球(I)球面的距离B和C ; 3)根据上述标定量和测量量，求目标点到标准球(I)球心的距离，通过目标点到标准球(I)球心的距离补偿掉激光头相对于回转中心的跳动，具体的计算公式如下:
【文档编号】G01C25/00GK103743338SQ201310718319
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月20日 优先权日:2013年12月20日
【发明者】刘志刚, 张雄飞, 周扬理, 李逸群, 龚海, 吕涛 申请人:西安交通大学