大尺寸空间的空间角度的测量装置及测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105526907A(43)申请公布日2016.04.27(21)申请号201511018999.3(22)申请日2015.12.29(71)申请人中国人民解放军总装备部军械技术研究所地址050000河北省石家庄市北新街169号(72)发明人马东玺张勇(74)专利代理机构石家庄国域专利商标事务所有限公司13112代理人胡澎(51)Int.Cl.G01C1/00(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图2页(54)发明名称大尺寸空间的空间角度的测量装置及测量方法(57)摘要本发明提供了一种大尺寸空间的空间角度的测量装置及测量方法，包括测量控制装置和设置在待测轴上的平面镜适配器；测量控制装置包括：靶标收发器，与控制器的输入端相连；光轴调向器，与控制器相连，能够调整测量控制装置的光轴方向；姿态传感器，与控制器相连，可测量测量控制装置在测量参考坐标系中的姿态角；控制器，其输入端分别与靶标收发器的输出端、姿态传感器的输出端和光轴调向器的输出端相连，其输出端与光轴调向器的输入端相连。本发明可以有效地解决大尺寸空间角测量中测量基准的传递问题，降低了测量装置对测量环境的要求，并且同时兼顾了测量范围大、测量效率高和便携性等方面的性能。CN105526907ACN105526907A权利要求书1/3页1.一种大尺寸空间的空间角度的测量装置，其特征在于，包括测量控制装置和设置在待测轴上的平面镜适配器；所述测量控制装置包括：靶标收发器，与控制器的输入端相连，可通过观察其向待测轴投射已准直的十字分划图像后接收到的从待测轴反射回的十字分划图像与所述测量控制装置的成像面几何中心重合与否来验证待测轴的轴线与所述测量控制装置光轴平行与否；光轴调向器，与控制器相连，能够调整所述测量控制装置的光轴方向；姿态传感器，与控制器相连，可测量所述测量控制装置在测量参考坐标系中的姿态角；以及控制器，其输入端分别与所述靶标收发器的输出端、所述姿态传感器的输出端和所述光轴调向器的输出端相连，其输出端与所述光轴调向器的输入端相连，根据所述靶标收发器所接收的图像生成控制指令驱动光轴调向器，同时可根据所述姿态传感器与所述光轴调向器传输的测量数据计算待测轴的轴线在测量参考坐标系中的空间向量坐标。2.根据权利要求1所述的大尺寸空间的空间角度的测量装置，其特征在于，所述控制器包括：视频处理模块，与所述靶标收发器相连，用于处理所述靶标收发器接收的图像；控制量计算模块，连接在所述视频处理模块与所述光轴调向器之间，用于将所述视频处理模块所传递的数据生成控制指令以驱动所述光轴调向器；以及向量坐标计算模块，连接在所述姿态传感器与所述光轴调向器之间，用于处理所述姿态传感器与所述光轴调向器中编码器的测量数据以计算待测轴的空间向量坐标。3.根据权利要求1所述的大尺寸空间的空间角度的测量装置，其特征在于，所述平面镜适配器包括：平面反射镜；以及安装座，用于连接所述平面反射镜和待测轴；所述安装座的与所述待测轴的连接面与所述平面反射镜的镜面平行。4.一种大尺寸空间的空间角度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：a、建立测量参考坐标系：对于两个或者多个待测轴，任意选择其中一个待测轴作为参考轴，其余待测轴作为被测轴，以参考轴的指向为基准建立惯性坐标系并作为整个测量的参考坐标系，测量参考坐标系的x轴指向、y轴指向和z轴指向满足右手定则，得到参考轴单位向量在测量参考坐标系中的坐标为：b、校准测量控制装置：在参考轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至参考轴的安装有平面适配镜端的前方，调整测量控制装置中的光轴指向，使测量控制装置的光轴与参考轴平行，然后校准测量装置的测量输出，使测量控制装置输出的参考轴的单位向量测量值为c、测量被测轴的向量坐标：在被测轴的端面上安装平面镜适配器，测量人员手持测量控制装置移动至被测轴的安2CN105526907A权利要求书2/3页装有平面适配镜端的前方，调整测量控制装置的光轴指向，使测量控制装置的光轴与被测轴平行；然后测量测量控制装置的光轴相对测量控制装置固定基准面的偏转角和测量控制装置相对测量参考坐标系的姿态角，控制器根据测量结果和坐标系旋转变换理论计算出各被测轴单位向量在测量参考坐标系中的坐标d、计算空间角：测量控制装置中的控制器根据向量空间角计算公式，利用测量控制装置测得的参考轴在测量参考坐标系中的单位向量和被测轴在测量参考坐标系中的单位向量即可求解出参考轴与被测轴的空间夹角θ，向量空间角计算公式为：5.根据权利要求4所述的大尺寸空间的空间角度的测量方法，其特征在于，被测轴在测量参考坐标系中单位向量坐标的求解步骤如下：第一步，将测量控制装置的光轴与参考轴调整为平行状态，此时被测轴在测量参考