[发明专利]一种激光跟踪仪像旋公式初始角的标定方法

说明书

技术领域

本发明涉及仪器测量和校准领域，尤其涉及一种激光跟踪仪像旋公式初始角的标定方法。

背景技术

激光跟踪仪是国际上近十年发展起来的新型大尺寸空间三维坐标测量仪器，可对运动目标进行实时跟踪测量，具有安装操作简便、测量精度及效率高等优点，是大尺寸工业测量和科学测量的主要手段，近年来得到了迅速发展。

激光跟踪仪的基本工作原理是：激光器发射出的测量光束，经过干涉分光镜分为两束，一束直接传输到干涉仪上，另一束通过跟踪转镜射向目标反射器。经目标反射器反射的光线平行于原光束返回，到达分光镜后一部分激光束被反射到光斑位置敏感器上，另一部分光束经干涉分光镜反射进入激光干涉仪进行位移干涉测量。当目标反射器移动时，跟踪头必须实时调整光束方向对准反射器，激光干涉仪才能进行空间距离测量。所以跟踪控制是实现干涉测量的前提。

激光跟踪仪的跟踪控制系统通常采用位置敏感检测器(Position Sensitive Detector，PSD)作为位置反馈传感器，通过对PSD表面光斑位置的准确解析驱动方位和俯仰转台对合作目标(靶球)进行实时跟踪。经过预先精密调整，从跟踪仪内部的激光器发出的激光与竖轴基本同轴。当出射激光经跟踪镜入射到靶球时，调整靶球使得脱靶量为(0，0)，跟踪仪左右或上下轻微转动，经靶球反射到PSD器件的光斑移动轨迹为PSD表面的两条线段，规定由此两条线段延伸作为坐标轴形成的坐标系为(X″，Y″)。则当方位角旋转一定角度α，由新的轨迹形成的坐标系(X″，Y″)也旋转了角度α。即坐标系(X″，Y″)是随着方位角同步旋转的。规定正方形的PSD自身构成一个二维坐标系(X′，Y′)。当(X″，Y″)旋转到满足X″与X′，Y″与Y′分别平行且方向一致，则此时的角度α定义为像旋公式的初始角。由于初始角的标定结果直接影响跟踪仪的跟踪性能和测量精度，通常需要对其进行精密标定。而现有技术的标定方法非常的复杂，速度慢，因此迫切需要开发一种像旋公式初始角的标定方法，能够快速准确地对像旋公式初始角进行标定。

发明内容

基于上述技术问题，本发明的目的在于提供一种激光跟踪仪像旋公式初始角的标定方法，以提高像旋公式初始角标定的准确性、加快标定速度和降低标定装置的复杂程度。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种激光跟踪仪像旋公式初始角的标定方法，包括下列步骤：

所述激光跟踪仪的靶球固定不动，先控制电动转台旋转所述激光跟踪仪，再控制俯仰电机上下扫描，使照射到PSD上的光斑经过PSD的跟踪零点；

固定方位电机，控制俯仰电机上下扫描，使光斑经过PSD的跟踪零点且光斑移动平行于X′或Y′轴，记录多个(X′，Y′)坐标；

根据上述得到的PSD上的多个(X′，Y′)坐标拟合扫描直线的斜率，根据斜率求出相应的像旋公式初始角。

其中所述拟合斜率的方法为最小二乘法。

所述激光跟踪仪像旋公式初始角的标定方法还包括下列步骤：

重复上述操作几次，得到多个像旋公式初始角的数值，对其求平均值，作为最终的像旋公式初始角。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种激光跟踪仪像旋公式初始角的标定方法，包括下列步骤：

将所述激光跟踪仪放在电动旋转台上，并使所述激光跟踪仪的竖轴与所述电动旋转台的竖轴重合；

将所述激光跟踪仪的靶球放在球座上，所述靶球距离所述激光跟踪仪一定距离，所述靶球与所述激光跟踪仪水平轴中心高度相当；

调整方位电机锁定在固定角度，控制俯仰电机上下往复旋转扫描所述靶球表面，直到经所述靶球反射后的激光光斑通过标定的PSD跟踪零点；

通过PSD上光斑的(X′，Y′)坐标计算光斑位移的直线斜率，根据斜率求出相应的像旋公式初始角。

其中所述靶球距离所述激光跟踪仪的距离为2m。

其中所述计算光斑位移的直线斜率的方法为最小二乘法。

所述激光跟踪仪像旋公式初始角的标定方法还包括下列步骤：

重复上述操作几次，得到多个像旋公式初始角的数值，对其求平均值，作为最终的像旋公式初始角。

通过上述技术方案可知，本发明的方法不需要额外的仪器设备，仅仅利用靶球移动与电机转动能够产生等效脱靶量的思路，借助对电机的自动控制完成对靶球的扫描，实现了像旋公式初始角的标定，因此整个方法只有操作简便、成本低廉、方便实用等特点。

附图说明

图1是激光跟踪仪的基本结构及像旋原理的示意图；

图2是本发明的像旋公式初始角的标定方法的原理示意图；