[发明专利]一种角度和空间坐标的测量系统以及测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测角测距领域，特别涉及一种大范围高精度测角、测距的自动化角度和空间坐标测量系统以及测量方法。

背景技术

随着工业现代化的快速发展，大型精密机械制造和大型工程安装中对角度、坐标的测量提出了越来越高的要求。单件或小角度装调时，一般利用准直仪或带有准直功能的经纬仪测量光学基准间角度关系。

目前，准直技术的研究已非常成熟，已由传统的光学准直仪发展到数字CCD光电准直仪，测量精度可达0.02。通常，准直仪的测量范围是有限的，一般不超过±2000。由于测量范围很小，当待测对象不同测量面的夹角超过准直仪测量范围时，待测目标不能全部进入视场，因此准直仪不能单独完成大范围内空间角度的高精度测量，更无法实现高效的自动化。电子经纬仪测量系统以两台以上的高精度电子经纬仪为核心测量设备，以角度前方交会原理对被测物实现无接触测量，精度高、范围广，但是装调过程繁杂，测量过程中需依靠人眼对每一测量点进行瞄准，测量效率低，无法实现测量过程的自动化。全站仪以极坐标测量原理对被测物实施测量，测量范围从几米到两百米之间，测量精度高，相对于电子经纬仪测量系统而言，具有成本低、操作方便、测量坐标系的建立快、维持时间长等特点，但在高精度装配测量工作应用中，仍需采用手持反射棱镜等特殊作业手段进行测量，自动化方面存在不足。数字摄影测量系统精度高且建站方便灵活，但测量范围受相机参数制约，不适用于测量距离较大的情况。激光跟踪仪测量范围大、测点精度高，可以主动跟踪运动目标，但都需要合作靶镜，且测量过程需要操作人员牵引反射靶标进行移动，无法实现目标的自动识别与测量。

然而，大型精密设备装调过程中，经常要求同时测量角度和坐标以保证装配精度，但是，目前角度与坐标同时大范围精密测量中，通常采用多种测量设备相组合的方式，如多经纬仪联用、经纬仪与激光跟踪仪组合等，并且测量过程中需要大量人工辅助，从而导致测量系统的自动化程度低。

发明内容

因此，确有必要提供一种既简单又成本低廉的角度和空间坐标的测量系统以及测量方法。

一种角度和空间坐标的测量系统，其包括：

一支承调节单元，所述支承调节单元包括一转台、一升降台、一平移台以及一隔振平台，所述隔振平台具有一平面作为支撑面，在该隔振平台的支撑面所在的平面定义一X方向和一Y方向，与该隔振平台的支撑面垂直的方向定义为一Z方向，所述升降台和平移台沿所述X方向间隔设置于该隔振平台的支撑面上，所述转台设置于该升降台上；

一测量单元，所述测量单元包括一自准直仪、一激光测距仪、一工业相机、一第一反射镜以及一第二反射镜，所述自准直仪、激光测距仪、工业相机、第一反射镜以及第二反射镜位于同一竖直面内并且可以一起随所述平移台同时运动，且所述激光测距仪发出的激光经过第一反射镜和第二反射镜反射后可以与自准直仪的光轴同轴；以及

一系统控制单元，所述系统控制单元包括一系统控制接口、一监视器以及一工控机，所述系统控制接口将自准直仪、激光测距仪、工业相机、转台、升降台以及平移台连接至所述工控机。

一种采用上述角度和空间坐标的测量系统测量待测样品的角度和空间坐标的方法，其包括以下步骤：

步骤S10，启动所述测量系统；

步骤S11，设置工业相机的工作模式为最大视场，搜索并判断待测样品中心是否在大视场模式下的图像中心附近，若判断结论为“否”，进入步骤S12，若判断结论为“是”，则进入步骤S13；

步骤S12，控制升降台和平移台运动，直至待测样品中心位于工业相机的图像中心附近，并进入步骤S13；

步骤S13，设置工业相机的工作模式为小视场，搜索并判断待测样品中心是否在小视场模式下的图像中心附近，若判断结论为“否”，进入步骤S14，若判断结论为“是”，则进入步骤S15；

步骤S14，控制升降台和平移台运动，直至待测样品位于小视场模式下的图像中心附近，并进入步骤S15；

步骤S15，打开自准直仪，判断自准直仪是否有示数，若判断结论为“否”，进入步骤S16，若判断结论为“是”，则记录自准直仪的示数β，确定该待测样品的初始角度γ=β，并进入步骤S17；

步骤S16，判断待测样品相对于XOZ平面的角度，以此确定转台的转动方向，控制转台运动直至自准直仪有示数，记录转台转过的角度值α和自准直仪的示数β，确定该待测样品的初始角度γ=α+β，并进入步骤S17；