激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置和方法
【专利摘要】一种激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测方法，包括：将激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置安装到激光跟踪仪的机械转轴上，随机械转轴旋转；在激光跟踪仪的跟踪探测器上测量角锥棱镜反射回光的封闭成像轨迹；对得到的封闭成像轨迹进行处理，得到所述封闭成像轨迹的中心，其在跟踪探测器上的坐标即为探测器的安装误差。以及一种激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置及校正方法。本发明可对激光跟踪仪位置探测器零位安装误差进行高精度检测，其测量结果可用于激光跟踪仪探测器的标定和误差修正，可提高激光跟踪仪的跟踪测量精度。本发明的装置具有设计简洁、结构简单、测量精度高、成本低廉等特点。
【专利说明】激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及仪器测量和校准领域，尤其涉及一种激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置和方法。
【背景技术】
[0002]激光跟踪仪是国际上近十年发展起来的新型大尺寸空间三维坐标测量仪器，可对运动目标进行实时跟踪测量，具有安装操作简便、测量精度及效率高等优点，是大尺寸工业测量和科学测量的主要手段，近年来得到了迅速发展。
[0003]当激光跟踪仪对目标物体进行跟踪时，其发出的光经过目标反射器反射后在探测器上形成一个光斑。当目标反射器进行移动时，反射回探测器上的光斑的位置也产生偏移，则当前反射回探测器上的光斑的位置与零点位置之间的差值叫做目标的脱靶量。对于目标反射器，探测器上的零点位置即为目标反射器中心反射回的光斑位置。然而在跟踪仪的安装过程中，很难保证系统的光轴与光电探测器保持垂直关系，通常是依靠加工安装精度来保证，这种方式对加工和安装工艺要求较高；或者依靠人眼判断来调节，这种方式一般精度较低。这就需要设计一种具体的检测方法来保证激光跟踪仪位置探测器零位安装不存在误差。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提出了一种激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置和方法，以消除激光跟踪仪位置探测器的零位安装误差。
[0005]为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置，包括:
[0006]角锥棱镜01，由三个相互垂直的反射镜组成的反射面构成，用于实现对入射光进行平行返回，且当激光入射点在其中心时，实现入射光的原路返回；
[0007]底座07，用于承载所述角锥棱镜01 ;以及
[0008]底座与激光跟踪仪机械转轴的接口 06，用于将所述底座07与所述激光跟踪仪的机械转轴固定连接。
[0009]其中，所述底座07与激光跟踪仪机械转轴的接口 06上端具有三个均匀圆周分布的定位孔04，通过轴孔配合与螺纹固定的方式与所述激光跟踪仪的机械转轴相连。
[0010]其中，在所述底座07底部侧面具有四个均匀圆周分布的调节螺丝05，用以调节所述底座07的平动，以实现所述角锥棱镜01中心尽量位于所述激光跟踪仪的机械转轴的中心。
[0011]其中，在所述底座07和所述角锥棱镜01之间还具有固定压圈02，所述固定压圈02通过外螺纹与所述底座07连接，用于固定所述角锥棱镜01，避免在旋转过程中所述角锥棱镜01发生滑动。
[0012]其中，在所述底座07的侧面具有三个均匀圆周分布的观察孔03，用于观察所述角锥棱镜Ol与所述底座07的安装情况，避免所述角锥棱镜01安装倾斜。
[0013]作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种使用如上所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差检测装置对激光跟踪仪位置探测器的零位安装误差进行检测的方法，包括下列步骤:
[0014]将所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差检测装置安装到所述激光跟踪仪的机械转轴上，随所述机械转轴旋转；
[0015]在所述激光跟踪仪的跟踪探测器上测量所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置的角锥棱镜反射回光的封闭成像轨迹；
[0016]求得所述封闭成像轨迹的中心，其在跟踪探测器上的坐标即为探测器的安装误差。
[0017]作为本发明的再一个方面，本发明还提供了一种使用如上所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差检测装置对激光跟踪仪位置探测器的零位安装误差进行校正的方法，包括下列步骤:
[0018]将所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差检测装置安装到所述激光跟踪仪的机械转轴上，随所述机械转轴旋转；
[0019]在所述激光跟踪仪的跟踪探测器上测量所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置的角锥棱镜反射回光的封闭成像轨迹；
[0020]调节所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置与所述激光跟踪仪的机械转轴的相对位置，使所述封闭成像轨迹的半径变小；
[0021]判断所述封闭成像轨迹的半径是否为零，如果为零，则完成了对所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的校正；否则，求得所述封闭成像轨迹的中心，其在跟踪探测器上的坐标即为探测器的安装误差。
[0022]基于上述技术方案可知，本发明的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置和方法通过角锥棱镜的多次反射，可对激光跟踪仪位置探测器零位安装误差进行高精度的检测，其测量结果可用于激光跟踪仪探测器的标定和误差修正，可提高激光跟踪仪的跟踪测量精度。本发明的装置具有设计简洁、结构简单、测量精度高、成本低廉等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是本发明的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置的结构示意图；
[0024]图2是本发明的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测原理图。
[0025]附图标记说明:
[0026]01-角锥棱镜；02_固定压圈；03_观察孔；04_定位孔；05_调节螺丝；06_底座与激光跟踪仪机械转轴的接口 ；07_底座；20_激光跟踪仪机械转轴；21_入射光线；22_探测器几何中心；23_光电探测器；24_实际光斑轨迹圆心；25_出射光线；26_角锥棱镜。
【具体实施方式】
[0027]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0028]本发明的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置的结构如图1所示，该装置包括:角锥棱镜01、固定压圈02、观察孔03、定位孔04、调节螺丝05、底座与激光跟踪仪机械转轴的接口 06和底座07。角锥棱镜01由三个相互垂直的反射镜组成的反射面构成，其特点是能够实现对入射光进行平行返回，且当激光入射点在其中心时，能够实现入射光的原路返回。固定压圈02通过外螺纹与底座07连接，主要用于固定角锥棱镜01，避免在旋转过程中角锥棱镜01发生滑动。底座07的底部为与激光跟踪仪机械转轴连接的接口06，其上端设计了三个均匀圆周分布的定位孔04，通过轴孔配合与螺纹固定的方式与跟踪仪机械转轴相连；在底部侧面又设计了四个均匀圆周分布的调节螺丝05，用以调节装置的平动，以实现角锥棱镜01中心尽量位于机械转轴的中心。在其侧面设计了三个均匀圆周分布的观察孔03，用于观察角反射器与底座的安装情况，避免反射器安装倾斜。
[0029]本发明的激光跟踪仪位置探测器的零位安装误差的检测方法的基本原理如图2所示。本发明利用了角锥棱镜01照射到角反射器中心的激光会按原路返回的特点，但在实际操作过程中很难判断激光是否正好照射到角锥棱镜01的锥点，因此如图1所示，设计了一种基于角锥棱镜的激光跟踪仪位置探测器的零位安装误差的检测装置，简称标定装置。如图2所示，在标定过程中，将角锥棱镜26安装到激光跟踪仪的机械转轴20上，旋转机械转轴20，观测光电探测器23上的光斑位置的变化情况。由于出射光线25与机械转轴20同轴，而出射光线25不能够保证正好照射到角锥棱镜26的锥点，因此出射光线25与入射光线21有一定的偏移。
[0030]标定方式1:旋转机械转轴20，可以观测到激光光斑在光电探测器23上形成圆形轨迹，通过调节角锥棱镜26与机械转轴20的偏离程度，可观测到该圆形轨迹的大小发生变化，而球心距离机械转轴线越近，该圆形的轨迹越小，当出射光线25正好照射到角锥棱镜26的锥点时，光电探测器23上的光斑位置不发生改变，此时光斑位置即为探测器的零点位置。
[0031]标定方式2:旋转机械转轴20，记录激光光斑在光电探测器23上形成的光斑轨迹，通常为圆形或椭圆形，通过调节角锥棱镜26与机械转轴20的偏离程度，可观测到光斑的圆形轨迹大小发生变化，而球心距离机械转轴轴线越近，其圆形轨迹越小。当圆形轨迹变化到一定程度时，无法通过调节角锥棱镜的底座使其变得更小。此时可拟合圆形轨迹，获取其几何中心，该几何中心即为探测器的零点位置。
[0032]通过上述方法，可对激光跟踪仪位置探测器零位安装误差进行高精度检测，其测量结果可用于激光跟踪仪探测器的标定和误差修正，可提高激光跟踪仪的跟踪测量精度。而通过上述描述可知，本发明的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置也具有设计简洁、结构简单、测量精度高、成本低廉等特点。
[0033]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置，包括: 角锥棱镜(01)，由三个相互垂直的反射镜组成的反射面构成，用于实现对入射光进行平行返回，且当激光入射点在其中心时，实现入射光的原路返回； 底座(07)，用于承载所述角锥棱镜(01);以及 底座与激光跟踪仪机械转轴的接口(06)，用于将所述底座(07)与所述激光跟踪仪的机械转轴固定连接。
2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置，其中所述底座(07)与激光跟踪仪机械转轴的接口(06)上端具有三个均匀圆周分布的定位孔(04)，通过轴孔配合与螺纹固定的方式与所述激光跟踪仪的机械转轴相连。
3.根据权利要求1所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置，其中在所述底座(07)底部侧面具有四个均匀圆周分布的调节螺丝(05)，用以调节所述底座(07)的平动，以实现所述角锥棱镜(01)中心尽量位于所述激光跟踪仪的机械转轴的中心。
4.根据权利要求1所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置，其中在所述底座(07)和所述角锥棱镜(01)之间还具有固定压圈(02)，所述固定压圈(02)通过外螺纹与所述底座(07)连接，用于固定所述角锥棱镜(01)，避免在旋转过程中所述角锥棱镜(01)发生滑动。
5.根据权利要求1所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置，其中在所述底座(07)的侧面具有三个均匀圆周分布的观察孔(03)，用于观察所述角锥棱镜(01)与所述底座(07)的安装情况，避免所述角锥棱镜(01)安装倾斜。
6.一种使用如权利要求1至5任一所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差检测装置对激光跟踪仪位置探测器的零位安装误差进行检测的方法，包括下列步骤: 将所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差检测装置安装到所述激光跟踪仪的机械转轴上，随所述机械转轴旋转； 在所述激光跟踪仪的跟踪探测器上测量所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置的角锥棱镜反射回光的封闭成像轨迹； 求得所述封闭成像轨迹的中心，具在跟踪探测器上的坐标即为探测器的安装误差。
7.一种使用如权利要求1至5任一所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置对激光跟踪仪位置探测器的零位安装误差进行校正的方法，包括下列步骤: 将所述的激光跟踪仪位置探测器零位安装误差检测装置安装到所述激光跟踪仪的机械转轴上，随所述机械转轴旋转； 在所述激光跟踪仪的跟踪探测器上测量所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置的角锥棱镜反射回光的封闭成像轨迹； 调节所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的检测装置与所述激光跟踪仪的机械转轴的相对位置，使所述封闭成像轨迹的半径变小； 判断所述封闭成像轨迹的半径是否为零，如果为零，则完成了对所述激光跟踪仪位置探测器零位安装误差的校正；否则，求得所述封闭成像轨迹的中心，其在跟踪探测器上的坐标即为探测器的安装误差。
【文档编号】G01B11/00GK104296654SQ201410504127
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月26日 优先权日:2014年9月26日
【发明者】周维虎, 劳达宝, 董登峰, 张滋黎, 纪荣祎, 袁江, 刘鑫 申请人:中国科学院光电研究院