说 明之用，并非用来对本发明加W限制。
[0033] 本发明的应用实例是对待测空间点的S维坐标进行无接触式测量，如图1、图2、 图3、图4所示，扇面激光发射端包括扇面激光发射器、高精度滑台、高精度转台W及起始基 准，扇面激光接收端包括扇面激光接收器、计时模块，其中，
[0034] 扇面激光发射端置于某处，其所定义的0-XYZ坐标系与大地空间坐标系的转换关 系已知，扇面激光接收器代表待测空间点，在扇面激光发射端所发射的扇面激光作用范围 内。如图2所示，扇面激光发射器在位置1发射出一束旋转的扇面激光，绕Z轴转动。通过 计时模块记录该扇面激光从起始基准到待测空间点的旋转时间ti。如图3所示，扇面激光 发射器在高精度滑台作用下移动距离d到达位置2,在位置2发射出一束旋转的扇面激光， 绕平行于Z轴的旋转轴转动。通过计时模块记录该扇面激光从起始基准到待测空间点的旋 转时间t,。如图4所示，扇面激光发射器在位置2由高精度转台作用旋转一定角度，使其旋 转轴与位置2平行于Z轴的旋转轴形成夹角丫，此时其发射出一束旋转的扇面激光，绕其 旋转轴转动。通过计时模块记录该扇面激光从起始基准到待测空间点的旋转时间*3。由 于扇面激光发射器旋转头旋转速度较快，在测量过程中可多次测得旋转时间t并取其平均 值，使测得的ti、t,、t3更接近实际值。
[0035] 根据空间解析几何的基本原理，在空间中两个位置发射S束绕不同旋转轴的扇面 激光，其交汇点可W通过联立该=束扇面激光所在的平面方程解得。
[0036] 根据上述测得的扇面激光旋转时间ti、t2、t3(S)，在已知扇面激光发射器旋转头转 速n(r/min)的情况下，可W对扇面激光发射器旋转头转过角度，设该S个旋转角度分别为 口、0、白，计算公式如下：
[0037]
【主权项】
1. 一种基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量方法，其特征在于：包括扇面激 光发射端（1)、扇面激光接收端（2)，其中， 一扇面激光发射端（1)，用于在不同位置发射出绕不同固定轴旋转的扇面激光，使扇 面激光接收端能接受来自不同位置的扇面激光信号，形成扇面激光交汇，进而确定其位置。 该扇面激光发射端包括： 一扇面激光发射器（2)，由匀速旋转电机、旋转供电装置、激光发射器、镜头组成，激光 发射器所安放平台通过旋转供电装置与匀速旋转电机连接，使激光发射器绕电机旋转轴匀 速旋转，在激光发射器光路上设置一柱面镜镜头，使其由线激光形成扇面激光。最终发射出 一束绕扇面激光发射器旋转轴旋转的扇面激光。 一转台（3)，扇面激光发射器安装在转台上，使其能绕一个固定方向转动，从而使其发 出的扇面激光能绕平行于图所示Y轴的轴线精确转动。 一滑台（4)，扇面激光发射器通过转台安放在滑台上，使其能沿图所示的X轴方向水平 精确移动。 一起始基准（5)，该基准安装在滑台上，作为扇面激光旋转过程中的起始标识点，建立 起待测扇面激光接收器与扇面激光发射端的关系。其实质上也是一个扇面激光接收器。 一扇面激光接收端（6)，感知扇面激光发射端发射出的扇面激光，并通过自身计时模 块对两扇面激光的时间间隔计时，该扇面激光接收端主要包括： 一扇面激光接收器（7)，扇面激光接收器选用PIN作为敏感元件，当扇面激光扫过扇面 激光接收器时其会产生一个电脉冲。 一计时模块（8)，计时模块与起始基准和待测的扇面激光接收器相连，具有计算相邻 两个电脉冲时间间隔的作用。 一任务计算机（9)，接收来自计时模块的数据，对该数据进行处理，进而得到待测空间 点的三维坐标。
2. 根据权利要求1所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量系统，其特征 在于其所述的扇面激光发射端由扇面激光发射器、滑台、转台和起始基准组成，扇面激光发 射器在滑台、转台的作用下能进行移动，可以在不同位置向四周空间发射绕其旋转轴旋转 的扇面激光，照射到起始基准和扇面激光接收端使其产生电脉冲。
3. 根据权利要求1所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量系统，其特征 在于其所述的扇面激光接收端由扇面激光接收器和计时模块组成，扇面激光接收器在接收 到扇面激光发射器发射的扇面激光后，产生一个电脉冲并送入计时模块处理，而后计时模 块将起始基准和扇面激光接收器产生电脉冲时的时间节点数据传至任务计算机。
4. 根据权利要求1所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量系统，其特征 在于其所述的任务计算机，任务计算机接收来自计时模块后的时间节点数据后，对该数据 进行处理，计算得到相应的时间间隔，进而得到激光发射器扇面激光扫过起始基准与扇面 激光接收器时旋转过的角度。
5. 根据权利要求1-4任意一项所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量 系统，其特征在于其所述的移动式扇面激光发射器，扇面激光发射器安放在高精度转台上， 高精度转台安放在滑台上，这样就是激光发射器能沿一个方向精确移动，并绕垂直于该方 向的轴线精确转动。
6. 根据权利要求5所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量系统，其特征 在于扇面激光发射器的水平移动精度能达到lum，转动精度能达到5"。
7. 根据权利要求6所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量系统，其特征 在于扇面激光发射器的旋转速度是精确恒定的，通过对其旋转时间的计时即可得到其旋转 过的角度。
8. 根据权利要求7所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量系统，其特征 在于其所述的扇面激光接收器代表空间中要测量的点，对其测量就代表了对空间中任意未 知点的三维坐标的测量。
9. 根据权利要求1所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量方法，其特征 在于：包括如下步骤： (1) 、构建坐标系，任何空间点位置的描述都是相对于某一空间坐标系而言，在测量开 始之前，以扇面激光发射端为基准建立一个三维坐标系，以扇面激光发射器旋转轴与滑台 所在平面的交点为坐标原点0,扇面激光发射器的轴线方向为Z轴，滑台移动方向为X轴正 方向，转台的旋转方向为Y轴。 (2) 、搭建系统，包括扇面激光发射端搭建与扇面激光接收端搭建，扇面激光接收端的 扇面激光发射器安装在转台上，转台安装在滑台上， (3) 、启动扇面激光发射端，扇面激光发射器发射出一束绕其旋转轴旋转的扇面激光。 (4) 、启动扇面激光接收端，扇面激光接收器接收来自扇面激光发射器的扇面激光，产 生电脉冲并输入计时模块，由计时模块记录数据。 (5) 、启动任务计算机，记录并处理来自计时模块的相关数据。
10. 根据权利要求9所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量方法，其特 征在于所述的空间点三维坐标测量原理为多束扇面激光交汇原理，扇面激光发射器在坐标 原点〇发射第1束绕其旋转轴的扇面激光，而后在滑台上沿X轴移动至另一位置，发射第2 束旋转扇面激光，扇面激光发射器在转台作用下姿态发生变化，发射第3束旋转扇面激光。 以上3束扇面激光交汇到待测空间点（即扇面激光接收器），即可确定其空间位置。
11. 根据权利要求9所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量方法，其特 征在于仅依靠一台扇面激光发射器即可完成整个测量过程。为使扇面激光发射器能发射出 三束不同的扇面激光，将其安装在能进行移动和转动的平台上。即将高精度滑台与高精度 转台结合，使扇面激光发射器能在两个地方发射三束不同的扇面激光。
12. 根据权利要求9所述的基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量方法，其特 征在于所述的扇面激光发射器在匀速电机的作用下能以恒定的速度进行转动，从而发射出 一束绕其旋转轴匀速旋转的扇面激光，可以通过对扇面激光旋转时间进行精确计时的方法 来测量其旋转角度。
【专利摘要】本发明涉及一种基于旋转扇面激光测角的空间点三维坐标测量方法，该系统由扇面激光发射端、扇面激光接收端与任务计算机组成，其中扇面激光发射端包括扇面激光发射器（可发射绕其旋转轴旋转的扇面激光）、滑台、转台以及起始基准，扇面激光接收端即扇面激光接收器，设扇面激光发射器的位置为已知点，扇面激光接收器的位置为待测空间点。在测量过程中，扇面激光发射器于不同位置向四周发射出一束绕其旋转轴旋转的扇面激光，扇面激光接收器接收到该扇面激光并记下相关数据，传输至任务计算机，通过相关公式进行计算可得到扇面激光接收器的空间位置信息，进而得到待测空间点的三维坐标。本发明具有系统成本低、测量精度较高、系统搭建方便的优点，适用于各种对测量实时性要求较低，但测量精度要求较高的测量场所。
【IPC分类】G01B11-00
【公开号】CN104748679
【申请号】CN201510121686
【发明人】吴淼, 贾文浩, 符世琛, 陶云飞, 张敏骏, 宗凯, 薛光辉, 杨健健
【申请人】中国矿业大学(北京)
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年3月19日