[发明专利]便携式角度测量仪及其使用方法

权利要求书

1.一种便携式角度测量仪，其特征在于：包括固定安装在同一壳体内的惯性导航系统和小角度测量系统，两者相对位置不变；所述小角度测量系统包括激光器和相机或者激光器和PSD位置传感器；

所述惯性导航系统结果输出时以大地坐标系为基准，所述小角度测量系统结果输出时以角度测量坐标系为基准，所述大地坐标系和角度测量坐标系分别和设备坐标系建立转换关系，继而构建出大地坐标系和角度测量坐标系之间的转换关系，能实时将角度测量结果转换到大地坐标系下；

所述大地坐标系和角度测量坐标系分别与设备坐标系建立转换关系的方法为：将所述便携式角度测量仪固定安装在三维转台上，构建设备坐标系；将三维转台坐标系和设备坐标系统一为同一坐标系；旋转三维转台，在不同位置记录惯性导航系统在大地坐标系下的读数，获取大地坐标系和设备坐标系之间的转换关系；将所述三维转台调整到0°，所述小角度测量系统中的激光器发射激光，调整反光镜的位置，令反射回去的激光在相机或PSD位置传感器的中心位置成像，此位置记为角度测量坐标系的0°；在反光镜返回的激光能在相机成像或PSD位置传感器成像的基础上多次旋转三维转台，利用相机分别采集激光在反光镜反射回的成像点图像，获取角度测量坐标系和设备坐标系之间的转换关系。

2.如权利要求1所述便携式角度测量仪，其特征在于：还包括安装在待测物的待测部件上的反光镜I，所述反光镜I通过机械结构保证其与待测轴线垂直；所述惯性导航系统用于确定便携式角度测量仪相对于待测部件上各待测点之间的绝对偏转位置，所述小角度测量系统用于借助反光镜I检测具体待测物上各待测点轴线与便携式角度测量仪之间的夹角。

3.如权利要求2所述便携式角度测量仪，其特征在于：所述小角度测量系统还包括反光镜组；所述反光镜组包括两块半透半反射镜；所述激光器投射出的激光经所述两块半透半反射镜反射后从垂直于相机成像平面或PSD位置传感器感光平面的角度射出，且出射位置对应于相机成像平面或PSD位置传感器感光平面的中心位置；射出的激光经反光镜I反射后，在相机的成像平面或PSD位置传感器的感光平面成像，基于成像位置与中心位置的偏移量能获知所述反光镜I相对于相机的成像平面或PSD位置传感器的感光平面的夹角，再结合反光镜I与待测物的安装关系获取待测轴线与便携式角度测量仪之间的夹角。

4.如权利要求2所述便携式角度测量仪，其特征在于：所述小角度测量系统包括反光镜组和二维角度转台；所述反光镜组包括两块半透半反射镜和一块反光镜II；所述激光器设置于二维角度转台上，用于调整激光的出射角度；所述激光器发射出的激光一半经第一块半透半反射镜反射后打在反光镜II上，另一半透过第一块半透半反射镜射出所述小角度测量系统；所述小角度测量系统的出射光经所述反光镜I反射后再次进入所述小角度测量系统，经第一块半透半反射镜、第二块半透半反射镜连续反射后进入相机或PSD位置传感器成像，此路光线标记为光线I；所述反光镜II反射回的光经第二块半透半反射镜反射后进入相机或PSD位置传感器成像，此路光线标记为光线II；二维角度转台旋转能调整所述光路I和光路II最终成像点的位置，两者位置重合时，激光器出射光线与反光镜I垂直；此时二维角度转台显示的角度即为待测轴线与便携式角度测量仪之间的夹角。

5.一种便携式角度测量仪的使用方法，其特征在于：该便携式角度测量仪包括安装在待测物的待测部件上的反光镜I、固定安装在同一壳体内且相对位置保持不变的惯性导航系统和小角度测量系统；

所述反光镜I通过机械结构保证其与待测部件的轴线垂直；

所述小角度测量系统包括激光器和相机或者激光器和PSD位置传感器；

将所述便携式角度测量仪移动至测试位置，所述惯性导航系统输出测试位置大地坐标系下便携式角度测量仪的向量；所述小角度测量系统的激光器发射激光投射至反光镜I，得到角度测量坐标系下便携式角度测量仪与待测轴线的夹角；基于大地坐标系和角度测量坐标系之间的转换关系，实时将角度测量结果转换到大地坐标系下，继而得到各待测点轴线之间的夹角。

6.如权利要求5所述使用方法，其特征在于：所述大地坐标系和角度测量坐标系之间的转换关系通过以下方法获得：将所述便携式角度测量仪固定安装在三维转台上，构建设备坐标系；将三维转台坐标系和设备坐标系统一为同一坐标系；旋转三维转台，在不同位置记录惯性导航系统在大地坐标系下的读数，获取大地坐标系和设备坐标系之间的转换关系；将所述三维转台调整到0°，所述小角度测量系统中的激光器发射激光，调整反光镜I的位置，令反射回去的激光在相机或PSD位置传感器的中心位置成像，此位置记为角度测量坐标系的0°；在反光镜I返回的激光能在相机成像或PSD位置传感器成像的基础上多次旋转三维转台，利用相机分别采集激光在反光镜I反射回的成像点图像，获取角度测量坐标系和设备坐标系之间的转换关系。