[發明專利]基于激光跟蹤儀的大型面形測量的輔助裝置以及測量方法

有效

• 申請號: 201210090550.8
• 申請日: 2012-03-30
• 公開（公告）號: CN102607464A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 顧永剛;胡靜;翟超;尚磊磊;張蕊
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;顧煒

技術領域

本發明涉及激光測量的技術領域，具體涉及一種基于激光跟蹤儀的大型面形測量的輔助裝置以及測量方法。

背景技術

激光跟蹤儀是一種新型的大范圍高精度三維空間坐標的檢測設備，例如API公司的T3跟蹤儀測距范圍可達60米，精度可達微米級，在大型面形測量領域得到越來越多的應用。激光跟蹤儀主要由跟蹤頭、測量標靶(以下簡稱靶鏡)和控制箱組成。激光跟蹤儀的工作原理為，在目標點上安置一個測量標靶即靶鏡，從跟蹤頭發出的激光束射到靶鏡上，靶鏡將激光束反射回跟蹤頭，返回光束被檢測系統接收，然后通過儀器的雙軸測角系統及激光測距系統，以一種球坐標的方式確定目標點的空間坐標。目前的激光測距系統主要包括干涉距離測量和絕對距離測量兩種方式，激光干涉距離測量是利用相位法測量距離，它的精度高，但是激光束路徑被打斷后，必須對干涉計重置初始距離，即靶鏡回初始位置重新進行測量，測量的效率低。絕對測量是利用往返激光光程的時間差來計算距離，光束在阻斷后只要重新找到靶鏡，就可繼續進行測量，測量效率高，但是測量精度不高。測量過程中，當靶鏡移動時，跟蹤頭可以自動調整光束的方向來對準靶鏡，但同時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超過±20°)，若超出了這個角度，靶鏡無法將激光束返回，即出現斷光的現象。

目前世界上生產激光跟蹤儀的主要是Leica、API、Faro三家公司，它們生產的激光跟蹤儀都需要靶鏡接觸被測面進行測量，這些公司雖然提供了一些輔助配件例如標準桿件、底座等，但在具體的測量中還是需要人工操作。對于某些大型面形例如大口徑天文光學望遠鏡鏡面的面形測量精度會達到亞微米級，必須采用激光跟蹤儀干涉式測量，但干涉式測量效率低、勞動強度大、容易斷光。雖然現在API公司發展了一種新型的智能測頭，可以自動接光，提高測量效率，但該技術本質上還是使用絕對測量原理，測量的精度低。

為了克服激光跟蹤儀干涉式測量在應用于大型面形時的缺點，希望設計一個輔助系統能帶動靶鏡運動，又能在測量過程中，根據跟蹤頭與靶鏡各自空間角度的變化，調整靶鏡的姿態實現靶鏡與跟蹤頭的自動對準，有效的防止斷光現象，可以實現激光跟蹤儀在大型面形的快速、高精度測量。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：提供一個基于激光跟蹤儀大型面形測量的輔助裝置以及測量方法，使得激光跟蹤儀能快速有效地對面形進行測量。

為了解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種基于激光跟蹤儀的大型面形測量的輔助測量方法，該方法利用無線控制一個攜帶靶球的智能小車，通過驅動舵機實現平行四邊形連桿的升降實現靶球的升降；通過兩個高精度三維角度傳感器測量靶球與跟蹤頭各自的空間角度，然后改變靶球的姿態，實現靶球與跟蹤頭的自動對準。

一種基于激光跟蹤儀的大型面形測量的輔助裝置，該裝置包括靶鏡、三維角度傳感器、支板、彈簧、平行四邊形升降機構、繩子、第一舵機、第二舵機、圓盤、四輪驅動小車、第三舵機、短軸、磁柱；其中：

所述的四輪驅動小車為驅動部分，該驅動部分通過四個直流電機直接帶動四輪實現小車的前后左右運動；

所述的靶鏡、三維角度傳感器、支板、彈簧、平行四邊形升降機構、繩子、第一舵機、第二舵機、短軸、磁柱、和第三舵機組成升降機構，所述的連接平行四邊形機構與所述的繩子連接，所述的第一舵機與所述的繩子連接，將所述的第三舵機固定在所述的平行四邊形機構長桿上，所述的短軸固定在所述的第三舵機的電機軸上，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；所述的第三舵機通過所述的短軸來驅動所述的靶球的轉動，所述的升降機構通過第一舵機的正反轉實現該升降機構的上升和下降。

所述的第二舵機和所述的圓盤組成轉臺機構，所述的第一舵機連接在所述的四輪驅動小車上，所述的圓盤連接在第二舵機上，所述的升降機構固定在圓盤上，所述的轉臺機構通過第二舵機的正反轉實現該轉臺機構的正反轉；

所有電機、舵機均通過同一個控制電路控制。