一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法
【專利摘要】一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，包括：使跟蹤儀的靶球固定不動(dòng)，先控制電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)跟蹤儀，再控制俯仰電機(jī)上下掃描，使照射到PSD上的光斑經(jīng)過(guò)PSD的跟蹤零點(diǎn)；固定方位電機(jī)，控制俯仰電機(jī)上下掃描，使光斑過(guò)PSD跟蹤零點(diǎn)且光斑的移動(dòng)平行于X′或Y′軸，記錄多個(gè)(X′，Y′)坐標(biāo)；根據(jù)得到的多個(gè)(X′，Y′)坐標(biāo)擬合掃描直線的斜率，根據(jù)斜率求出相應(yīng)的像旋公式初始角。本發(fā)明的方法借助對(duì)電機(jī)的自動(dòng)控制完成對(duì)靶球的掃描，實(shí)現(xiàn)像旋公式初始角的標(biāo)定，具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、方便實(shí)用等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及儀器測(cè)量和校準(zhǔn)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]激光跟蹤儀是國(guó)際上近十年發(fā)展起來(lái)的新型大尺寸空間三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，可對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測(cè)量，具有安裝操作簡(jiǎn)便、測(cè)量精度及效率高等優(yōu)點(diǎn)，是大尺寸工業(yè)測(cè)量和科學(xué)測(cè)量的主要手段，近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。
[0003]激光跟蹤儀的基本工作原理是:激光器發(fā)射出的測(cè)量光束，經(jīng)過(guò)干涉分光鏡分為兩束，一束直接傳輸?shù)礁缮鎯x上，另一束通過(guò)跟蹤轉(zhuǎn)鏡射向目標(biāo)反射器。經(jīng)目標(biāo)反射器反射的光線平行于原光束返回，到達(dá)分光鏡后一部分激光束被反射到光斑位置敏感器上，另一部分光束經(jīng)干涉分光鏡反射進(jìn)入激光干涉儀進(jìn)行位移干涉測(cè)量。當(dāng)目標(biāo)反射器移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭必須實(shí)時(shí)調(diào)整光束方向?qū)?zhǔn)反射器，激光干涉儀才能進(jìn)行空間距離測(cè)量。所以跟蹤控制是實(shí)現(xiàn)干涉測(cè)量的前提。
[0004]激光跟蹤儀的跟蹤控制系統(tǒng)通常采用位置敏感檢測(cè)器(Posit1n SensitiveDetector, PSD)作為位置反饋傳感器，通過(guò)對(duì)PSD表面光斑位置的準(zhǔn)確解析驅(qū)動(dòng)方位和俯仰轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)合作目標(biāo)(靶球)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。經(jīng)過(guò)預(yù)先精密調(diào)整，從跟蹤儀內(nèi)部的激光器發(fā)出的激光與豎軸基本同軸。當(dāng)出射激光經(jīng)跟蹤鏡入射到靶球時(shí)，調(diào)整靶球使得脫靶量為(0，O)，跟蹤儀左右或上下輕微轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)靶球反射到PSD器件的光斑移動(dòng)軌跡為PSD表面的兩條線段，規(guī)定由此兩條線段延伸作為坐標(biāo)軸形成的坐標(biāo)系為(X"，γ")。則當(dāng)方位角旋轉(zhuǎn)一定角度α，由新的軌跡形成的坐標(biāo)系(X"，Y")也旋轉(zhuǎn)了角度α。即坐標(biāo)系(X"，Y")是隨著方位角同步旋轉(zhuǎn)的。規(guī)定正方形的PSD自身構(gòu)成一個(gè)二維坐標(biāo)系(X'，Y')。當(dāng)(X"，Y")旋轉(zhuǎn)到滿足X"與X,，Y"與V分別平行且方向一致，則此時(shí)的角度α定義為像旋公式的初始角。由于初始角的標(biāo)定結(jié)果直接影響跟蹤儀的跟蹤性能和測(cè)量精度，通常需要對(duì)其進(jìn)行精密標(biāo)定。而現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)定方法非常的復(fù)雜，速度慢，因此迫切需要開發(fā)一種像旋公式初始角的標(biāo)定方法，能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)像旋公式初始角進(jìn)行標(biāo)定。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]基于上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，以提高像旋公式初始角標(biāo)定的準(zhǔn)確性、加快標(biāo)定速度和降低標(biāo)定裝置的復(fù)雜程度。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，包括下列步驟:
[0007]所述激光跟蹤儀的靶球固定不動(dòng)，先控制電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)所述激光跟蹤儀，再控制俯仰電機(jī)上下掃描，使照射到PSD上的光斑經(jīng)過(guò)PSD的跟蹤零點(diǎn)；
[0008]固定方位電機(jī)，控制俯仰電機(jī)上下掃描，使光斑經(jīng)過(guò)PSD的跟蹤零點(diǎn)且光斑移動(dòng)平行于?；験'軸，記錄多個(gè)(X' ,Y')坐標(biāo)；
[0009]根據(jù)上述得到的PSD上的多個(gè)(X'，V )坐標(biāo)擬合掃描直線的斜率，根據(jù)斜率求出相應(yīng)的像旋公式初始角。
[0010]其中所述擬合斜率的方法為最小二乘法。
[0011]所述激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法還包括下列步驟:
[0012]重復(fù)上述操作幾次，得到多個(gè)像旋公式初始角的數(shù)值，對(duì)其求平均值，作為最終的像旋公式初始角。
[0013]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，包括下列步驟:
[0014]將所述激光跟蹤儀放在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，并使所述激光跟蹤儀的豎軸與所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的豎軸重合；
[0015]將所述激光跟蹤儀的靶球放在球座上，所述靶球距離所述激光跟蹤儀一定距離，所述靶球與所述激光跟蹤儀水平軸中心高度相當(dāng)；
[0016]調(diào)整方位電機(jī)鎖定在固定角度，控制俯仰電機(jī)上下往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描所述靶球表面，直到經(jīng)所述靶球反射后的激光光斑通過(guò)標(biāo)定的PSD跟蹤零點(diǎn)；
[0017]通過(guò)PSD上光斑的(X' ,Y')坐標(biāo)計(jì)算光斑位移的直線斜率，根據(jù)斜率求出相應(yīng)的像旋公式初始角。
[0018]其中所述靶球距離所述激光跟蹤儀的距離為2m。
[0019]其中所述計(jì)算光斑位移的直線斜率的方法為最小二乘法。
[0020]所述激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法還包括下列步驟:
[0021]重復(fù)上述操作幾次，得到多個(gè)像旋公式初始角的數(shù)值，對(duì)其求平均值，作為最終的像旋公式初始角。
[0022]通過(guò)上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的方法不需要額外的儀器設(shè)備，僅僅利用靶球移動(dòng)與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠產(chǎn)生等效脫靶量的思路，借助對(duì)電機(jī)的自動(dòng)控制完成對(duì)靶球的掃描，實(shí)現(xiàn)了像旋公式初始角的標(biāo)定，因此整個(gè)方法只有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、方便實(shí)用等特點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0023]圖1是激光跟蹤儀的基本結(jié)構(gòu)及像旋原理的示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明的像旋公式初始角的標(biāo)定方法的原理示意圖；
[0025]圖3是電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度的估算方法的示意圖。
[0026]附圖標(biāo)記說(shuō)明:
[0027]1、俯仰電機(jī)，2、方位電機(jī),3、角反射器,4、跟蹤反射鏡,5、分光鏡,6、反射鏡,7、跟蹤儀主體，8、電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)，9、出射光線，10, PSD, 11、跟蹤零點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0029]參見圖1，激光跟蹤儀包括俯仰電機(jī)1、方位電機(jī)2、角反射器3、跟蹤反射鏡4和跟蹤儀主體7，跟蹤器主體7中包括分光鏡5、反射鏡6、出射光線9和PSD10。激光器發(fā)出的出射光線9通過(guò)反射鏡6反射，穿過(guò)分光鏡5照射到跟蹤反射鏡4上，然后被跟蹤反射鏡4反射到角反射器3，經(jīng)多次反射再照射到跟蹤反射鏡4，再次被反射到分光鏡5，然后被分光鏡5反射到PSDlO上形成光斑。俯仰電機(jī)I和方位電機(jī)2調(diào)整跟蹤反射鏡4的方位和俯仰角度，以控制反射到PSDlO上光斑的位置和形狀。
[0030]參見圖2，本發(fā)明的像旋公式初始角的標(biāo)定方法的基本原理如下:
[0031]1、角反射器3固定不動(dòng)，先控制電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)跟蹤儀，使得出射光線對(duì)準(zhǔn)靶球，再控制俯仰電機(jī)上下掃描。操作完全自動(dòng)化并僅借用一臺(tái)電控轉(zhuǎn)臺(tái)，使得標(biāo)定過(guò)程簡(jiǎn)化。
[0032]2、根據(jù)預(yù)先標(biāo)定的PSD跟蹤零點(diǎn)，微調(diào)方位電機(jī)角度，使得俯仰電機(jī)上下掃描時(shí)，光斑恰好經(jīng)過(guò)PSD的跟蹤零點(diǎn)。。
[0033]3、開展多次實(shí)驗(yàn)，分別計(jì)算一下PSD(X' ,V )坐標(biāo)系內(nèi)掃描直線的斜率，根據(jù)斜率求出相應(yīng)的初始角Θ，對(duì)多次初始角求其平均值作為實(shí)際初始角。
[0034]更具體地，本發(fā)明的借助電控旋轉(zhuǎn)臺(tái)的像旋公式初始角的標(biāo)定方法按下列步驟完成:
[0035]1、將跟蹤儀放在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，并盡量使跟蹤儀的豎軸與轉(zhuǎn)臺(tái)的豎軸重合；
[0036]2、將靶球放在球座上，靶球距離跟蹤儀一定距離，例如約1.5m,2m,靶球與跟蹤儀水平軸中心高度大致相當(dāng)；
[0037]3、調(diào)整方位電機(jī)鎖定在固定角度，控制俯仰電機(jī)上下往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描靶球表面，直到經(jīng)靶球反射后的激光光斑通過(guò)標(biāo)定的PSD跟蹤零點(diǎn)；
[0038]4、通過(guò)PSD (X'，Y')坐標(biāo)擬合計(jì)算光斑位移的直線斜率，擬合斜率的方法例如為最小二乘法。然后根據(jù)斜率反求初始角，tg Θ =斜率，則Θ =arctg(斜率)。如圖3所示，Θ即為初始角；
[0039]5、重復(fù)步驟4、5，得到3至5組初始角。對(duì)其求均值，作為像旋公式的初始角Θ。
[0040]由此可見，本發(fā)明利用靶球移動(dòng)與電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠產(chǎn)生等效脫靶量的思路，借助對(duì)電機(jī)的自動(dòng)控制完成對(duì)靶球的掃描，實(shí)現(xiàn)像旋公式初始角的標(biāo)定，具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉、方便實(shí)用等特點(diǎn)。
[0041]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，包括下列步驟: 所述激光跟蹤儀的靶球固定不動(dòng)，先控制電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)所述激光跟蹤儀，再控制俯仰電機(jī)上下掃描，使照射到PSD上的光斑經(jīng)過(guò)PSD的跟蹤零點(diǎn)； 固定方位電機(jī)，控制俯仰電機(jī)上下掃描，使光斑經(jīng)過(guò)PSD的跟蹤零點(diǎn)且光斑移動(dòng)平行于X'或Y'軸，記錄多個(gè)(X' ,Y')坐標(biāo)； 根據(jù)上述得到的PSD上的多個(gè)(X' ,V )坐標(biāo)擬合掃描直線的斜率，根據(jù)斜率求出相應(yīng)的像旋公式初始角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，其中所述擬合斜率的方法為最小二乘法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，還包括下列步驟: 重復(fù)上述操作幾次，得到多個(gè)像旋公式初始角的數(shù)值，對(duì)其求平均值，作為最終的像旋公式初始角。
4.一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，包括下列步驟: 將所述激光跟蹤儀放在電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)上，并使所述激光跟蹤儀的豎軸與所述電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的豎軸重合； 將所述激光跟蹤儀的靶球放在球座上，所述靶球距離所述激光跟蹤儀一定距離，所述靶球與所述激光跟蹤儀水平軸中心高度相當(dāng)； 調(diào)整方位電機(jī)鎖定在固定角度，控制俯仰電機(jī)上下往復(fù)旋轉(zhuǎn)掃描所述靶球表面，直到經(jīng)所述靶球反射后的激光光斑通過(guò)標(biāo)定的PSD跟蹤零點(diǎn)； 通過(guò)PSD上光斑的(X' ,Y')坐標(biāo)計(jì)算光斑位移的直線斜率，根據(jù)斜率求出相應(yīng)的像旋公式初始角。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，其中所述靶球距離所述激光跟蹤儀的距離為2m。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，其中所述計(jì)算光斑位移的直線斜率的方法為最小二乘法。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標(biāo)定方法，還包括下列步驟: 重復(fù)上述操作幾次，得到多個(gè)像旋公式初始角的數(shù)值，對(duì)其求平均值，作為最終的像旋公式初始角。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK104296655SQ201410504129
【公開日】2015年1月21日 申請(qǐng)日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】董登峰, 周維虎, 勞達(dá)寶, 張滋黎, 紀(jì)榮祎, 劉鑫, 袁江, 林心龍 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電研究院