[發明專利]一種可用于建立坐標系的測量基準器

有效

• 申請號: 202010749205.5
• 申請日: 2020-07-30
• 公開（公告）號: CN111854713B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 羅敬;張曉輝;何煦
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: G01C15/00
• 分類號: G01C15/00;G01C1/02
• 代理公司: 長春眾邦菁華知識產權代理有限公司 22214
• 代理人: 李青

一種可用于建立坐標系的測量基準器，屬于光學及精密機械裝調技術領域，解決了建立立方棱鏡測量坐標系存在的效率低、操作不便、精度不足等問題。該基準器包括：模塊底座、立方棱鏡安裝底座、立方棱鏡、角錐棱鏡安裝底座和角錐棱鏡；立方棱鏡通過立方棱鏡安裝底座安裝在模塊底座上，角錐棱鏡通過角錐棱鏡安裝底座安裝在模塊底座上，立方棱鏡和角錐棱鏡設置在模塊底座的兩端，保持立方棱鏡與角錐棱鏡相對位姿關系恒定，并使立方棱鏡除安裝面以外的表面的法線不被遮擋；本發明利用經緯儀和激光跟蹤儀瞄準該標準器，無需擬合和計算，可以直接同時獲得坐標軸朝向和坐標原點位置，進而建立坐標系，大幅度提高了裝調精度和效率。

技術領域

本發明屬于光學及精密機械裝調技術領域，具體涉及一種可用于建立坐標系的測量基準器。

背景技術

對于航天、遙感、天文等領域的精密系統，除了加工制造高精度的光學元件和機械元件外，還需要通過有效的方法，將各個光學及機械組件裝調到各自的理論位姿，使得系統整體達到預期設計指標。裝調方法的精度和效率，直接決定了整個系統的指標實現和研制周期。

在高精密光機系統的裝調過程中，通常需要測量各個組件基準坐標系之間的空間位姿關系，再通過微調機構將各組件調整至理論位置，完成裝配。各個組件在設計時均設有參考基準特征，為方便測量，并避免設計的參考基準特征在裝配過程中被遮擋，目前普遍的做法是在這些組件上固連一些立方棱鏡。在裝配之前，對各個組件與其固連的立方棱鏡之間的位姿關系進行精測，建立組件基準坐標系與立方棱鏡坐標系之間的坐標轉換矩陣，進而將組件的基準坐標系傳遞至立方棱鏡。

目前常見方案通過經緯儀自準直立方棱鏡表面確定坐標軸，通過激光跟蹤儀打點立方棱鏡三個相互正交表面，再擬合得到三個表面的交點，或者經緯儀瞄準立方棱鏡表面刻蝕的十字叉絲等方式建立坐標系的原點。結合坐標軸和坐標系原點，建立立方棱鏡測量坐標系。

對于激光跟蹤儀打點立方棱鏡三個正交表面并擬合得到坐標系原點的方式，存在以下缺點：

1.立方棱鏡的表面積通常較小，激光跟蹤儀靶球打點時會降低表面擬合精度，從而降低坐標系原點的擬合精度。

2.立方棱鏡每個正交表面至少需要用激光跟蹤儀靶球測量3個點，故三個表面至少需要測量9個點，整個測量過程效率較低。

3.坐標系原點無法直接得到，不利于應用快速裝調方法，降低裝調效率。

4.測量過程需要額外的人力手持靶球去接觸立方棱鏡表面，這可能導致立方棱鏡位姿發生輕微變化，增大測量誤差。

5.需要確保立方棱鏡處于人手可以觸及的位置，這在大型航天系統等復雜結構的研制過程中會存在諸多障礙。

6.坐標系原點無法實時監視，這對于長周期的裝調過程非常不利。

對于通過經緯儀瞄準立方棱鏡表面十字叉絲建立坐標系原點的方式，需要在測量網絡中額外放置基準尺，這將提高測量網絡的復雜度，而且經緯儀瞄準十字絲的精度較低、重復性較差。

發明內容

為了解決現有技術中存在的問題，本發明提供了一種可用于建立坐標系的測量基準器，解決了建立立方棱鏡測量坐標系存在的效率低、操作不便、精度不足等問題。

本發明解決技術問題所采用的技術方案如下：