[發(fā)明專利]一種球鉸鏈空間轉(zhuǎn)角檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910734999.5
• 申請日: 2019-08-09
• 公開（公告）號: CN110487217B
• 公開（公告）日: 2020-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王文;徐建軒;許自鎳;陳占鋒;時光;楊賀;盧科青;仇文軍;吳海梅
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 黃前澤

1.一種球鉸鏈空間轉(zhuǎn)角檢測方法，其特征在于：該方法具體步驟如下：

1)將半球形殼體固定在球頭輸出桿上，使得半球形殼體與球頭同心，且半球形殼體朝向球頭；

2)在球窩處固定設(shè)置一個激光發(fā)射器；

3)在半球形殼體內(nèi)球面布置沿經(jīng)線方向排布的n個四象限光電探測器組，四象限光電探測器組由沿緯線方向均布固定在半球形殼體內(nèi)球面的N個四象限光電探測器組成；相鄰四象限光電探測器組的四象限光電探測器沿經(jīng)線方向一一對齊；各個四象限光電探測器組中沿同一經(jīng)線對齊的相鄰兩個四象限光電探測器的重合邊邊長相等；在一根經(jīng)線上對齊的所有四象限光電探測器的經(jīng)線方向?qū)ΨQ中心線均為該經(jīng)線的內(nèi)切正多邊形的邊；然后對布置的四象限光電探測器進行順序編排，具體如下：緯度最低的四象限光電探測器組中各四象限光電探測器從1至N依次順序編號，n個四象限光電探測器組根據(jù)緯度由低到高依次編號，第i個四象限光電探測器組中與緯度最低的第一個四象限光電探測器組中第j個四象限光電探測器沿經(jīng)線方向?qū)R的四象限光電探測器編號為j+(i-1)N，1≤j≤N，2≤i≤n；N≥20，n≥8；

4)建立笛卡爾坐標(biāo)系O-XYZ，坐標(biāo)系原點O設(shè)置在球頭中心處，X軸和Y軸構(gòu)成的平面XY與緯線所在平面平行，緯線所在平面平行于球窩底面；Z軸垂直于平面XY；

5)球頭輸出桿中心軸線上的點M轉(zhuǎn)到點M′時，球頭轉(zhuǎn)動前和轉(zhuǎn)過方位角后激光發(fā)射器發(fā)射的激光打在兩個四象限光電探測器上，根據(jù)四象限光電探測器測量原理，測出激光發(fā)射器出射光在其中一個四象限光電探測器上的成像光斑能量中心P₁距離該四象限光電探測器幾何中心的緯向偏置d_x1和經(jīng)向偏置d_y1，以及激光發(fā)射器出射光在另一個四象限光電探測器上的成像光斑能量中心P₂距離該四象限光電探測器幾何中心的緯向偏置d_x2和經(jīng)向偏置d_y2；四象限光電探測器的第一象限、第二象限、第三象限和第四象限與平面坐標(biāo)系中的四個象限劃分方式一致，設(shè)定P₁在第一、第四象限時d_x1為正，在第二、第三象限時d_x1為負(fù)，P₁在第一、第二象限時d_y1為正，在第三、第四象限時d_y1為負(fù)；設(shè)定P₂在第一、第四象限時d_x2為正，在第二、第三象限時d_x2為負(fù)，P₂在第一、第二象限時d_y2為正，在第三、第四象限時d_y2為負(fù)；

6)同一個四象限光電探測器組中各四象限光電探測器沿緯向的邊合圍成的正N邊形的內(nèi)角ω求解如下：

7)當(dāng)P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器處于相鄰經(jīng)線時，轉(zhuǎn)過的方位角按照公式(2)計算，當(dāng)P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器處于不相鄰經(jīng)線時，轉(zhuǎn)過的方位角按照公式(3)計算；

公式(3)中，m₁為P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器之間沿緯線方向相距的四象限光電探測器個數(shù)；設(shè)定P₁所在四象限光電探測器的緯向邊長度為k，P₂所在四象限光電探測器的緯向邊長度v＝k±c₁×p，P₂所在四象限光電探測器位于P₁所在四象限光電探測器上方時，取正號，否則取負(fù)號，c₁在0.02～0.05中取值，緯向邊長度的單位為mm，p為P₁和P₂所在四象限光電探測器組的編號差值；P₁所在四象限光電探測器靠近P₂所在四象限光電探測器的緯向邊設(shè)為E₁，P₂所在四象限光電探測器靠近P₁所在四象限光電探測器緯向邊設(shè)為E2，則P₁到E₁的距離a＝0.5k-d_x1，P₂到E₂的距離b＝0.5v-d_x2；P₁與緯向邊E₁的交點、P₁以及坐標(biāo)系原點O組成的三角形中，長度為a的邊長對應(yīng)的角為P₂與緯向邊E₂的交點、P₂以及坐標(biāo)系原點O組成的三角形中，長度為b的邊長對應(yīng)的角為

不管P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器是否處于相鄰經(jīng)線，和均按照如下過程求解：

根據(jù)余弦定理按照公式(4)求解坐標(biāo)系原點O到P₁的距離L₁，根據(jù)余弦定理按照公式(5)求解坐標(biāo)系原點O到P₂的距離L₂；然后，根據(jù)正弦定理按照公式(6)求解根據(jù)正弦定理按照公式(7)求解

公式(4)和(5)中，r為半球形殼體的內(nèi)球面半徑；

8)設(shè)定所有四象限光電探測器的經(jīng)向邊長度都為t，則沿經(jīng)線方向相鄰的兩個四象限光電探測器的夾角為180°-α，角度α根據(jù)公式(8)求解：

9)當(dāng)P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器在相鄰的兩個四象限光電探測器組內(nèi)時，轉(zhuǎn)過的偏擺角θ按照公式(9)計算，當(dāng)P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器在不相鄰的兩個四象限光電探測器組內(nèi)時，轉(zhuǎn)過的偏擺角θ按照公式(10)計算；

θ＝θ₁+θ₂ (9)

公式(10)中，m₂為P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器之間沿經(jīng)線方向相距的四象限光電探測器個數(shù)，T為一根經(jīng)線上對齊的所有四象限光電探測器的經(jīng)線方向?qū)ΨQ中心線所在正多邊形的邊數(shù)，T的求解如下：

由

推出

P₁所在四象限光電探測器靠近P₂所在四象限光電探測器的經(jīng)向邊設(shè)為E₃，P₂所在四象限光電探測器靠近P₁所在四象限光電探測器經(jīng)向邊設(shè)為E₄，則P₁到E₃的距離c＝0.5t-d_x2，P₂到E₂的距離d＝0.5t-d_y2；P₁與緯向邊E₃的交點、P₁以及坐標(biāo)系原點O組成的三角形中，長度為c的邊長對應(yīng)的角為θ₁；P₂與緯向邊E₄的交點、P₂以及坐標(biāo)系原點O組成的三角形中，長度為d的邊長對應(yīng)的角為θ₂；

不管P₁和P₂所在的兩個四象限光電探測器在相鄰的兩個四象限光電探測器組內(nèi)，θ₁和θ₂均按照如下過程求解：

根據(jù)余弦定理按照公式(11)求解坐標(biāo)系原點O到P₁的距離L₃，根據(jù)余弦定理按照公式(12)求解坐標(biāo)系原點O到P₂的距離L₄；然后，根據(jù)正弦定理按照公式(13)求解θ₁，根據(jù)正弦定理按照公式(14)求解θ₂；