專利名稱：基于激光跟蹤儀的大型面形測(cè)量的輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及激光測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于激光跟蹤儀的大型面形測(cè)量的輔助裝置。
背景技術(shù)：
激光跟蹤儀是一種新型的大范圍高精度三維空間坐標(biāo)的檢測(cè)設(shè)備，例如API公司的T3跟蹤儀測(cè)距范圍可達(dá)60米，精度可達(dá)微米級(jí)，在大型面形測(cè)量領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。激光跟蹤儀主要由跟蹤頭、測(cè)量標(biāo)靶(以下簡稱靶鏡)和控制箱組成。激光跟蹤儀的工作原理為，在目標(biāo)點(diǎn)上安置一個(gè)測(cè)量標(biāo)靶即靶鏡，從跟蹤頭發(fā)出的激光束射到靶鏡上，靶鏡將激光束反射回跟蹤頭，返回光束被檢測(cè)系統(tǒng)接收，然后通過儀器的雙軸測(cè)角系統(tǒng)及激 光測(cè)距系統(tǒng)，以一種球坐標(biāo)的方式確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。目前的激光測(cè)距系統(tǒng)主要包括干涉距離測(cè)量和絕對(duì)距離測(cè)量兩種方式，激光干涉距離測(cè)量是利用相位法測(cè)量距離，它的精度高，但是激光束路徑被打斷后，必須對(duì)干涉計(jì)重置初始距離，即靶鏡回初始位置重新進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量的效率低。絕對(duì)測(cè)量是利用往返激光光程的時(shí)間差來計(jì)算距離，光束在阻斷后只要重新找到靶鏡，就可繼續(xù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量效率高，但是測(cè)量精度不高。測(cè)量過程中，當(dāng)靶鏡移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭可以自動(dòng)調(diào)整光束的方向來對(duì)準(zhǔn)靶鏡，但同時(shí)要求激光束與靶鏡入射面的夾角不能超過一定的角度(激光跟蹤目標(biāo)最常用的靶鏡是球式反射鏡SMR，其要求光束在靶鏡端面上的入射角偏離垂直方向不應(yīng)超過±20° )，若超出了這個(gè)角度，靶鏡無法將激光束返回，即出現(xiàn)斷光的現(xiàn)象。目前世界上生產(chǎn)激光跟蹤儀的主要是Leica、API、Faro三家公司，它們生產(chǎn)的激光跟蹤儀都需要靶鏡接觸被測(cè)面進(jìn)行測(cè)量，這些公司雖然提供了一些輔助配件例如標(biāo)準(zhǔn)桿件、底座等，但在具體的測(cè)量中還是需要人工操作。對(duì)于某些大型面形例如大口徑天文光學(xué)望遠(yuǎn)鏡鏡面的面形測(cè)量精度會(huì)達(dá)到亞微米級(jí)，必須采用激光跟蹤儀干涉式測(cè)量，但干涉式測(cè)量效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、容易斷光。雖然現(xiàn)在API公司發(fā)展了一種新型的智能測(cè)頭，可以自動(dòng)接光，提高測(cè)量效率，但該技術(shù)本質(zhì)上還是使用絕對(duì)測(cè)量原理，測(cè)量的精度低。為了克服激光跟蹤儀干涉式測(cè)量在應(yīng)用于大型面形時(shí)的缺點(diǎn)，希望設(shè)計(jì)一個(gè)輔助系統(tǒng)能帶動(dòng)靶鏡運(yùn)動(dòng)，又能在測(cè)量過程中，根據(jù)跟蹤頭與靶鏡各自空間角度的變化，調(diào)整靶鏡的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)靶鏡與跟蹤頭的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，有效的防止斷光現(xiàn)象，可以實(shí)現(xiàn)激光跟蹤儀在大型面形的快速、高精度測(cè)量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一個(gè)基于激光跟蹤儀大型面形測(cè)量的輔助裝置，使得激光跟蹤儀能快速有效地對(duì)面形進(jìn)行測(cè)量。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)—種基于激光跟蹤儀大型面形測(cè)量的輔助裝置，該裝置包括靶鏡、三維角度傳感器、支板、彈簧、平行四邊形升降機(jī)構(gòu)、繩子、第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、圓盤、四輪驅(qū)動(dòng)小車、第三舵機(jī)、短軸、磁柱；其中所述的四輪驅(qū)動(dòng)小車為驅(qū)動(dòng)部分，該驅(qū)動(dòng)部分通過四個(gè)直流電機(jī)直接帶動(dòng)四輪實(shí)現(xiàn)小車的前后左右運(yùn)動(dòng)；所述的靶鏡、三維角度傳感器、支板、彈簧、平行四邊形升降機(jī)構(gòu)、繩子、第一舵機(jī)、第二舵機(jī)、短軸、磁柱、和第三舵機(jī)組成升降機(jī)構(gòu)，所述的連接平行四邊形升降機(jī)構(gòu)與所述的繩子連接，所述的第一舵機(jī)與所述的繩子連接，將所述的第三舵機(jī)固定在所述的平行四邊形升降機(jī)構(gòu)長桿上，所述的短軸固定在所述的第三舵機(jī)的電機(jī)軸上，所述的磁柱固定在短軸上且兩者中心保持同軸，所述的靶鏡吸附于所述的磁柱上，所述的支板固定在所述的短軸上，所述的三維角度傳感器粘貼在所述支板上；所述的第三舵機(jī)通過所述的短軸來驅(qū)動(dòng)所述的靶球的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的升降機(jī)構(gòu)通過第一舵機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)該升降機(jī)構(gòu)的上升和下降。 所述的第二舵機(jī)和所述的圓盤組成轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)，所述的第一舵機(jī)連接在所述的四輪驅(qū)動(dòng)小車上，所述的圓盤連接在第二舵機(jī)上，所述的升降機(jī)構(gòu)固定在圓盤上，所述的轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)通過第二舵機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)的正反轉(zhuǎn)；所有電機(jī)、舵機(jī)均通過同一個(gè)控制電路控制。本實(shí)用新型所述的基于激光跟蹤儀的大型面形測(cè)量的輔助裝置的原理在于一輛四輪驅(qū)動(dòng)小車用以攜帶靶鏡在測(cè)量面上運(yùn)動(dòng)；小車的前端安裝一個(gè)平行四邊形升降機(jī)構(gòu)，靶鏡固定在升降機(jī)構(gòu)上且懸掛在小車的前方，小車運(yùn)動(dòng)時(shí)升降機(jī)構(gòu)升起，防止靶鏡與測(cè)量面接觸，測(cè)量時(shí)升降機(jī)構(gòu)下降，使得靶鏡與測(cè)量面充分接觸；小車上安裝一個(gè)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，把升降機(jī)構(gòu)固結(jié)在圓盤上；同時(shí)在跟蹤頭和靶鏡上的安裝兩個(gè)微型三維角度傳感器。測(cè)量過程中，通過角度傳感器測(cè)量出跟蹤頭和靶鏡各自的空間角度變化，調(diào)整靶鏡的姿態(tài)使靶鏡和跟蹤頭在測(cè)量過程中實(shí)時(shí)對(duì)準(zhǔn)，從而有效防止斷光現(xiàn)象。本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于I、本實(shí)用新型基于激光跟蹤儀的大型面形測(cè)量的輔助裝置的控制信息和數(shù)據(jù)通過無線進(jìn)行傳輸?shù)模梢詫?shí)現(xiàn)較大范圍內(nèi)方便的測(cè)量。2、本實(shí)用新型基于激光跟蹤儀的大型面形測(cè)量的輔助裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)被測(cè)面的快速測(cè)量，提高測(cè)量效率。

圖I為基于激光跟蹤儀大型面形測(cè)量的輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為裝置前向局部示意圖；圖3為實(shí)現(xiàn)靶鏡與跟蹤頭的對(duì)準(zhǔn)方法簡單示意圖；圖4為激光跟蹤儀大型面形測(cè)量的輔助裝置的控制示意圖。圖中，靶鏡I、三維角度傳感器2、支板3、彈簧4、平行四邊形升降機(jī)構(gòu)5、繩子6、第一舵機(jī)7、第二舵機(jī)8、圓盤9、四輪驅(qū)動(dòng)小車10、第三舵機(jī)11、短軸12、磁柱13、另一三維角度傳感器14、跟蹤頭15。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。[0022]圖I所示基于激光跟蹤儀大型面形測(cè)量的輔助裝置的各個(gè)部件為支板3、彈簧4、靶鏡I、三維角度傳感器2、平行四邊形升降機(jī)構(gòu)5、第一舵機(jī)7、短軸12、磁柱13、繩子6、第二舵機(jī)8、第三舵機(jī)11、圓盤9、四輪驅(qū)動(dòng)小車10。圖I中，基于激光跟蹤儀大型面形測(cè)量的輔助裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)可以分成三部分，第一部分為驅(qū)動(dòng)部分，包括四輪驅(qū)動(dòng)小車10 ;第二部分為升降機(jī)構(gòu)，包括第一舵機(jī)7，平行四邊形升降機(jī)構(gòu)5，連接平行四邊形機(jī)構(gòu)5與第一舵機(jī)7的繩子6，以及固定在第三舵機(jī)11的電機(jī)軸上的短軸12，磁柱13固定在短軸12上，靶鏡I吸附于磁柱13上，支板3固定在短軸12上，以及粘貼在支板3上的三維角度傳感器2 ;第三部分為轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)，包括連接在四輪驅(qū)動(dòng)小車10上的第二舵機(jī)8，連接在第二舵機(jī)8上的圓盤9，以及固定在圓盤9上的升降機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)部分通過四個(gè)直流電機(jī)直接帶動(dòng)四輪實(shí)現(xiàn)小車的前后左右運(yùn)動(dòng)；通過第一舵機(jī)7的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的上升和下降；通過第二舵機(jī)8的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)的正反轉(zhuǎn)，所有電機(jī)、舵機(jī)均通過同一個(gè)控制電路控制。 圖2所示為裝置前向局部示意圖包括第三舵機(jī)11固定在所述的平行四邊形機(jī)構(gòu)5長桿上，所述的短軸12固定在所述的第三舵機(jī)11的電機(jī)軸上，所述的磁柱13固定在短軸12上且兩者中心保持同軸，所述的靶鏡I吸附于所述的磁柱13上，所述的支板3固定在所述的短軸12上，所述的三維角度傳感器2粘貼在所述支板3上；所述的第三舵機(jī)11通過所述的短軸12來驅(qū)動(dòng)所述的靶球I的轉(zhuǎn)動(dòng)。圖3所示的各個(gè)部件為跟蹤頭15、另一三維角度傳感器14、靶鏡I、三維角度傳感器2。另一三維角度傳感器14測(cè)量跟蹤頭15的空間姿態(tài)變化，而三維角度傳感器2則測(cè)量靶鏡I的空間姿態(tài)變化。系統(tǒng)工作時(shí)，跟蹤頭15發(fā)出的激光束射到靶鏡I上，當(dāng)靶鏡處于位置B時(shí)，靶鏡I正對(duì)跟蹤頭15，跟蹤頭15發(fā)出的激光束被靶鏡I原路返回；此后將靶鏡I平行移動(dòng)到位置C，跟蹤頭15會(huì)自動(dòng)追蹤靶鏡I而轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)另一三維角度傳感器14測(cè)得跟蹤頭15的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為a，為使靶鏡I仍然對(duì)準(zhǔn)跟蹤頭15，需要驅(qū)使靶鏡I反向轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度0。本系統(tǒng)根據(jù)角度P，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)時(shí)調(diào)整靶鏡I的姿態(tài)，理論上要求a與^值相等，但實(shí)際上為了控制方便，只要使角度差的絕對(duì)值I保持在測(cè)量系統(tǒng)要求的范圍之內(nèi)(比如5度)，即可實(shí)現(xiàn)靶鏡I與跟蹤頭15的實(shí)時(shí)自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。圖4(1)至⑷所示的各個(gè)流程圖為整體控制框圖⑴、主控端框圖⑵、跟蹤頭控制端框圖(3)、小車控制端框圖(4)。系統(tǒng)分為三個(gè)控制端(主控端、小車控制端和跟蹤頭控制端)、計(jì)算機(jī)以及輔助設(shè)備手柄。跟蹤頭控制端將采集的跟蹤頭空間姿態(tài)信息實(shí)時(shí)地發(fā)送給主控端，小車控制端接收主控端傳輸?shù)母鞣N指令并作出相應(yīng)的控制，同時(shí)也實(shí)時(shí)地反饋靶鏡空間姿態(tài)信息給主控端；主控端有兩個(gè)主要功能，一是將計(jì)算機(jī)傳來的小車控制信息發(fā)送給小車控制端，而是通過接收跟蹤頭和靶鏡的實(shí)時(shí)空間姿態(tài)信息，計(jì)算出靶鏡需要調(diào)整的角度并發(fā)送給小車控制端以實(shí)現(xiàn)靶鏡與跟蹤頭的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。計(jì)算機(jī)用于顯示整個(gè)輔助測(cè)量系統(tǒng)的各種相關(guān)信息，同時(shí)也作為系統(tǒng)控制的輸入載體。手柄作為輔助設(shè)備可成為系統(tǒng)的遙控裝置。主控端與跟蹤頭控制端，主控端與小車控制端之間都采用無線通訊方式，可極大的方便輔助系統(tǒng)在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的布置。主控端與計(jì)算機(jī)之間將采用常規(guī)的串口通信，手柄與計(jì)算機(jī)則通過USB或藍(lán)牙連接。三個(gè)控制端緊密配合，實(shí)現(xiàn)激光跟蹤儀對(duì)面形的動(dòng)態(tài)測(cè)量。本實(shí)用新型未詳細(xì)闡述的技術(shù)內(nèi)容屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求1.一種基于激光跟蹤儀的大型面形測(cè)量的輔助裝置，其特征是該裝置包括靶鏡(I)、三維角度傳感器(2)、支板(3)、彈簧(4)、平行四邊形升降機(jī)構(gòu)(5)、繩子￠)、第一舵機(jī)⑵、第二舵機(jī)(8)、圓盤(9)、四輪驅(qū)動(dòng)小車(10)、第三舵機(jī)(11)、短軸(12)、磁柱(13);其中 所述的四輪驅(qū) 動(dòng)小車(10)為驅(qū)動(dòng)部分，該驅(qū)動(dòng)部分通過四個(gè)直流電機(jī)直接帶動(dòng)四輪實(shí)現(xiàn)小車的前后左右運(yùn)動(dòng)； 所述的靶鏡(I)、三維角度傳感器(2)、支板(3)、彈簧(4)、平行四邊形升降機(jī)構(gòu)(5)、繩子(6)、第一舵機(jī)(7)、第二舵機(jī)(8)、短軸(12)、磁柱(13)、和第三舵機(jī)(11)組成升降機(jī)構(gòu)，所述的連接平行四邊形升降機(jī)構(gòu)(5)與所述的繩子(6)連接，所述的第一舵機(jī)(7)與所述的繩子(6)連接，將所述的第三舵機(jī)(11)固定在所述的平行四邊形升降機(jī)構(gòu)(5)長桿上，所述的短軸(12)固定在所述的第三舵機(jī)(11)的電機(jī)軸上，所述的磁柱(13)固定在短軸(12)上且兩者中心保持同軸，所述的靶鏡(I)吸附于所述的磁柱(13)上，所述的支板(3)固定在所述的短軸(12)上，所述的三維角度傳感器(2)粘貼在所述支板(3)上；所述的第三舵機(jī)(11)通過所述的短軸(12)來驅(qū)動(dòng)所述的靶球(I)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述的升降機(jī)構(gòu)通過第一舵機(jī)(7)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)該升降機(jī)構(gòu)的上升和下降； 所述的第二舵機(jī)(8)和所述的圓盤(9)組成轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)，所述的第一舵機(jī)(7)連接在所述的四輪驅(qū)動(dòng)小車(10)上，所述的圓盤(9)連接在第二舵機(jī)(8)上，所述的升降機(jī)構(gòu)固定在圓盤(9)上，所述的轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)通過第二舵機(jī)(8)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)該轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)構(gòu)的正反轉(zhuǎn)；所有電機(jī)、舵機(jī)均通過同一個(gè)控制電路控制。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種激光跟蹤儀的大型面形測(cè)量的輔助裝置，可以實(shí)現(xiàn)激光跟蹤儀在大型面形測(cè)量中能進(jìn)行快速、高效的檢測(cè)。該輔助裝置主要包括一個(gè)四驅(qū)小車，安裝在小車前端的平行四邊形升降機(jī)構(gòu)，升降機(jī)構(gòu)一側(cè)安裝在一個(gè)圓盤上，通過四個(gè)螺栓將圓盤安裝在小車上，激光跟蹤儀的反射靶標(biāo)(以下描述中稱作靶鏡)安裝在升降機(jī)構(gòu)上，當(dāng)小車運(yùn)動(dòng)時(shí)升起靶鏡不與被測(cè)面接觸，測(cè)量時(shí)下降與被測(cè)面充分接觸。通過實(shí)時(shí)測(cè)量靶鏡與跟蹤頭各自的空間角度，然后改變靶鏡的姿態(tài)實(shí)現(xiàn)靶鏡與跟蹤頭的自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)，不會(huì)出現(xiàn)斷光現(xiàn)象，提高了測(cè)量效率。
文檔編號(hào)G01B11/24GK202501831SQ20122012969
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月30日
發(fā)明者尚磊磊, 張蕊, 翟超, 胡靜, 顧永剛 申請(qǐng)人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)