低动态水平/方位角在线测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种空间角度的实时测量装置，具体地说是一种低动态水平/方 位角在线测量装置。
【背景技术】
[0002] 空间角度的测量是工程测量的重要组成部分。随着科学和生产的不断发展，空间 角度测量越来越广泛地应用于机械、建筑、航空、航天、航海等各个领域。目前空间角度测量 主要凭借陀螺仪来完成。然而使用陀螺仪进行角度测量时，其测量误差的积分效应会使测 量精度越来越低，所以在使用一段时间后需要对其测量装置进行校准以消除累计误差。消 除累计误差的方法有很多种，其中直接给定高精度角度基准（积分初始角）是一种较为便 捷的方法。
[0003] 除了利用陀螺仪测量空间角度外，在低动态条件下还有利用重力测量角度的各种 倾斜检测仪器，例如倾角传感器、电子水平仪以及光学自准直水平测量装置，这些测量装置 的成本随着测量精度的提高而大幅度增加，且这类方法只能对水平角进行测量，要测量竖 直角则需要再加入罗盘等测量仪器，这样又增加了测量装置的体积质量和成本。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的就是提供一种低动态水平/方位角在线测量装置，以解决用陀 螺仪测量空间角度存在误差较大的问题。
[0005] 本实用新型是这样实现的：一种低动态水平/方位角在线测量装置，包括有：对水 平/方位角进行探测和成像的探测成像单元，用于对所述探测成像单元的成像信息进行图 像采集和图像处理以求解水平/方位角的信息处理单元；用于显示水平/方位角测量结果 的显示器，以及用于进行控制和信息输入的键盘。
[0006] 所述探测成像单元包括有：
[0007] 稳定靶标单元，用于在低动态条件下保持空间角度的稳定；
[0008] 靶标成像单元，设置在所述稳定靶标单元的正上方，用于拍摄所述稳定靶标单元 的探测状态信息；以及
[0009] 连接件，将所述稳定祀标单元和所述祀标成像单元固定连接在一起。
[0010] 所述稳定靶标单元包括：开设有半球形内腔的靶标座，放置在所述靶标座内腔中 的中空半球形浮体，内置于所述半球形浮体底部的平面光源，设置在所述半球形浮体顶面 的靶板，以及设置在所述半球形浮体顶面的条形磁铁。
[0011] 在所述靶标座的内腔中充有悬浮液，在所述靶板的板面上开有若干条状透光孔， 所述条状透光孔构成相互交叉的线条图案。
[0012] 所述信息处理单元是包含有图像采集模块、图像处理模块和角度求解模块的嵌入 式分析控制系统。
[0013] 所述靶标成像单元是内设有可进行角度测量和垂直度测量的准直系统的CCD感 光元件。
[0014] 所述靶板的板面与所述(XD感光元件的光轴相垂直。
[0015] 本实用新型采用稳定靶标加光学摄影的方式在线测量水平/方位角信息，利用地 球重力和磁场力的作用，设计一个在低动态条件下相对世界坐标系稳定不变的靶标；利用CCD感光元件对靶标上的透光图案成像，再通过对靶标图像进行图像处理来求解被测对象 水平/方位角变化。稳定靶标单元利用悬浮液对靶板的浮力作用，使靶板始终与大地水平 面保持平行；在靶板下方嵌入条形磁铁，利用地球磁场力对条形磁铁的作用，使靶板的方位 保持稳定。靶标内部自带光源，以保证能在光照条件不好的环境中使用。
[0016] 本实用新型具有体积质量小、成本造价低、精度有保证的特点，采用光学摄影装置 和稳定靶标作为基本平台，并利用稳定靶标单元为水平/方位角的测量提供基准，将光学 摄影测量技术与稳定靶标技术有机结合在一起，解决低动态条件下物体水平/方位角状态 变化监测、大型结构变形测量以及外场环境下快速消除陀螺仪累计误差等方面的难题。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型的总体组成示意图。
[0018] 图2是探测成像单元的结构示意图。
[0019] 图3是稳定靶标单元中靶板所刻图案。
[0020] 图4是靶标成像单元中成像的几何模型。
[0021] 图5是井字形靶板图案投影几何模型。
【具体实施方式】
[0022] 如图1和图2所示，本实用新型包括探测成像单元1、与探测成像单元1连接的信 息处理单元2、显示器6和键盘7。
[0023] 探测成像单元1包括稳定靶标单元10、靶标成像单元8和连接件9。稳定靶标单 元10在低动态条件下保持空间角度的稳定；靶标成像单元8设置在稳定靶标单元10正上 方，与被测设备连接，接收稳定靶标单元10的像，并将该像传至信息处理单元2,以计算被 测设备的空间角度值。在靶标成像单元8中设有用于角度测量和垂直度测量的准直系统； 连接件9将稳定祀标单元10和祀标成像单元8固定连接在一起。
[0024] 如图2所示，稳定靶标单元10包括靶标座10-1、半球形浮体10-2、光源10-6、靶 板10-3和条形磁铁10-4等，半球形浮体10-2的底面为半球形曲面，在靶标座10-1上开设 有半球状内腔1〇 -7,内腔10-7的球半径大于半球形浮体10-2的球半径。半球形浮体10-2 放置于靶标座10-1的内腔10-7中，在内腔10-7中充有悬浮液10-5,将半球形浮体10-2 浮起。悬浮液的水平面低于半球形浮体10-2的顶面，半球形浮体10-2的顶面位于靶标座 10-1的内腔上沿的下方，靶板10-3封接在半球形浮体10-2的顶面，在靶板的板面上开设有 条形透光孔，条形透光孔形成线条相互交叉的图案。在半球形浮体10-2内的底部固定有平 面光源10-6,在半球形浮体10-2顶面的祀板下表面设置有条形磁铁10-4。
[0025] 祀标成像单元8采用(XD感光元件，(XD感光元件的光轴与祀板10-3的板面相垂 直。靶标成像单元8对靶板10-3上的线条图案进行图像采集。
[0026] 靶板10-3采用硫化锌玻璃作为基底材料，在加工制作时，首先在硫化锌玻璃基底 材料上镀铬，然后再根据设计好的两组正交的平行线进行光刻加工，从而在镀铬的硫化锌 玻璃上形成图3所示的"井字形"的透光条孔线条图案。靶板10-3下方的光源发出可见光， 透过靶板10-3上的透光条孔后，就可以向靶标成像单元8投射相对应的线条图案。本实用 新型提出的"井字形"图案的透射靶板，加工简单，而且在后期图像处理中的计算量比较小， 处理速度快，保证了测量的实时性。
[0027] 如图1所示，信息处理单元2用于采集并处理探测成像单元1的图像信息。信息 处理单元2为嵌入式分析控制系统，其中包括图像采集模块3、图像处理模块4和角度求解 模块5。图像采集模块3用来接收CCD感光元件在不同位置、不同角度所拍摄到靶板10-3 井字形线条的图像；图像处理模块4建立图像坐标系、像平面坐标系、摄像机坐标系和世界 坐标系，以分析图像采集模块3所采集的图像在世界坐标系下的坐标与其成像点在图像坐 标系下的坐标间的映射关系，由角度求解模块5将被测设备的水平角和俯仰角求解出来。
[0028] 显示器6为液晶显示器。信息处理单元2采用集成化设计，利用嵌入式分析控制 系统和液晶显示器减小了系统体积，方便野外在线使用。
[0029] 本实用新型的具体操作步骤是：
[0030] (1)将探测成像单元1水平放置，将信息处理单元2与靶标成像单元用数据线相 接，观察显示器6所显示的数值，调整C⑶感光元件的光轴与靶板10-4的位置，保证C⑶感 光元件的光轴与靶板的板面垂直。
[0031] (2)将探测成像单元1固定安装在被测设备上，开启半球形浮体10-2底部的光源， 被测设备