一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法
【專利摘要】一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，包括：使跟蹤儀的靶球固定不動，先控制電動旋轉臺旋轉跟蹤儀，再控制俯仰電機上下掃描，使照射到PSD上的光斑經過PSD的跟蹤零點；固定方位電機，控制俯仰電機上下掃描，使光斑過PSD跟蹤零點且光斑的移動平行于X′或Y′軸，記錄多個(X′，Y′)坐標；根據得到的多個(X′，Y′)坐標擬合掃描直線的斜率，根據斜率求出相應的像旋公式初始角。本發明的方法借助對電機的自動控制完成對靶球的掃描，實現像旋公式初始角的標定，具有操作簡便、成本低廉、方便實用等特點。
【專利說明】一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及儀器測量和校準領域，尤其涉及一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法。

【背景技術】
[0002]激光跟蹤儀是國際上近十年發展起來的新型大尺寸空間三維坐標測量儀器，可對運動目標進行實時跟蹤測量，具有安裝操作簡便、測量精度及效率高等優點，是大尺寸工業測量和科學測量的主要手段，近年來得到了迅速發展。
[0003]激光跟蹤儀的基本工作原理是:激光器發射出的測量光束，經過干涉分光鏡分為兩束，一束直接傳輸到干涉儀上，另一束通過跟蹤轉鏡射向目標反射器。經目標反射器反射的光線平行于原光束返回，到達分光鏡后一部分激光束被反射到光斑位置敏感器上，另一部分光束經干涉分光鏡反射進入激光干涉儀進行位移干涉測量。當目標反射器移動時，跟蹤頭必須實時調整光束方向對準反射器，激光干涉儀才能進行空間距離測量。所以跟蹤控制是實現干涉測量的前提。
[0004]激光跟蹤儀的跟蹤控制系統通常采用位置敏感檢測器(Posit1n SensitiveDetector, PSD)作為位置反饋傳感器，通過對PSD表面光斑位置的準確解析驅動方位和俯仰轉臺對合作目標(靶球)進行實時跟蹤。經過預先精密調整，從跟蹤儀內部的激光器發出的激光與豎軸基本同軸。當出射激光經跟蹤鏡入射到靶球時，調整靶球使得脫靶量為(0，O)，跟蹤儀左右或上下輕微轉動，經靶球反射到PSD器件的光斑移動軌跡為PSD表面的兩條線段，規定由此兩條線段延伸作為坐標軸形成的坐標系為(X"，γ")。則當方位角旋轉一定角度α，由新的軌跡形成的坐標系(X"，Y")也旋轉了角度α。即坐標系(X"，Y")是隨著方位角同步旋轉的。規定正方形的PSD自身構成一個二維坐標系(X'，Y')。當(X"，Y")旋轉到滿足X"與X,，Y"與V分別平行且方向一致，則此時的角度α定義為像旋公式的初始角。由于初始角的標定結果直接影響跟蹤儀的跟蹤性能和測量精度，通常需要對其進行精密標定。而現有技術的標定方法非常的復雜，速度慢，因此迫切需要開發一種像旋公式初始角的標定方法，能夠快速準確地對像旋公式初始角進行標定。


【發明內容】

[0005]基于上述技術問題，本發明的目的在于提供一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，以提高像旋公式初始角標定的準確性、加快標定速度和降低標定裝置的復雜程度。
[0006]為了實現上述目的，作為本發明的一個方面，本發明提供了一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，包括下列步驟:
[0007]所述激光跟蹤儀的靶球固定不動，先控制電動轉臺旋轉所述激光跟蹤儀，再控制俯仰電機上下掃描，使照射到PSD上的光斑經過PSD的跟蹤零點；
[0008]固定方位電機，控制俯仰電機上下掃描，使光斑經過PSD的跟蹤零點且光斑移動平行于?；験'軸，記錄多個(X' ,Y')坐標；
[0009]根據上述得到的PSD上的多個(X'，V )坐標擬合掃描直線的斜率，根據斜率求出相應的像旋公式初始角。
[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定方法還包括下列步驟:
[0012]重復上述操作幾次，得到多個像旋公式初始角的數值，對其求平均值，作為最終的像旋公式初始角。
[0013]作為本發明的另一個方面，本發明還提供了一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，包括下列步驟:
[0014]將所述激光跟蹤儀放在電動旋轉臺上，并使所述激光跟蹤儀的豎軸與所述電動旋轉臺的豎軸重合；
[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；
[0016]調整方位電機鎖定在固定角度，控制俯仰電機上下往復旋轉掃描所述靶球表面，直到經所述靶球反射后的激光光斑通過標定的PSD跟蹤零點；
[0017]通過PSD上光斑的(X' ,Y')坐標計算光斑位移的直線斜率，根據斜率求出相應的像旋公式初始角。
[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定方法還包括下列步驟:
[0021]重復上述操作幾次，得到多個像旋公式初始角的數值，對其求平均值，作為最終的像旋公式初始角。
[0022]通過上述技術方案可知，本發明的方法不需要額外的儀器設備，僅僅利用靶球移動與電機轉動能夠產生等效脫靶量的思路，借助對電機的自動控制完成對靶球的掃描，實現了像旋公式初始角的標定，因此整個方法只有操作簡便、成本低廉、方便實用等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是激光跟蹤儀的基本結構及像旋原理的示意圖；
[0024]圖2是本發明的像旋公式初始角的標定方法的原理示意圖；
[0025]圖3是電控旋轉臺旋轉角度的估算方法的示意圖。
[0026]附圖標記說明:
[0027]1、俯仰電機，2、方位電機,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、電控旋轉臺，9、出射光線，10, PSD, 11、跟蹤零點。

【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
[0029]參見圖1，激光跟蹤儀包括俯仰電機1、方位電機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。激光器發出的出射光線9通過反射鏡6反射，穿過分光鏡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I和方位電機2調整跟蹤反射鏡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，本發明的像旋公式初始角的標定方法的基本原理如下:
[0031]1、角反射器3固定不動，先控制電動轉臺旋轉跟蹤儀，使得出射光線對準靶球，再控制俯仰電機上下掃描。操作完全自動化并僅借用一臺電控轉臺，使得標定過程簡化。
[0032]2、根據預先標定的PSD跟蹤零點，微調方位電機角度，使得俯仰電機上下掃描時，光斑恰好經過PSD的跟蹤零點。。
[0033]3、開展多次實驗，分別計算一下PSD(X' ,V )坐標系內掃描直線的斜率，根據斜率求出相應的初始角Θ，對多次初始角求其平均值作為實際初始角。
[0034]更具體地，本發明的借助電控旋轉臺的像旋公式初始角的標定方法按下列步驟完成:
[0035]1、將跟蹤儀放在電動旋轉臺上，并盡量使跟蹤儀的豎軸與轉臺的豎軸重合；
[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；
[0037]3、調整方位電機鎖定在固定角度，控制俯仰電機上下往復旋轉掃描靶球表面，直到經靶球反射后的激光光斑通過標定的PSD跟蹤零點；
[0038]4、通過PSD (X'，Y')坐標擬合計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、重復步驟4、5，得到3至5組初始角。對其求均值，作為像旋公式的初始角Θ。
[0040]由此可見，本發明利用靶球移動與電機轉動能夠產生等效脫靶量的思路，借助對電機的自動控制完成對靶球的掃描，實現像旋公式初始角的標定，具有操作簡便、成本低廉、方便實用等特點。
[0041]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，包括下列步驟: 所述激光跟蹤儀的靶球固定不動，先控制電動轉臺旋轉所述激光跟蹤儀，再控制俯仰電機上下掃描，使照射到PSD上的光斑經過PSD的跟蹤零點； 固定方位電機，控制俯仰電機上下掃描，使光斑經過PSD的跟蹤零點且光斑移動平行于X'或Y'軸，記錄多個(X' ,Y')坐標； 根據上述得到的PSD上的多個(X' ,V )坐標擬合掃描直線的斜率，根據斜率求出相應的像旋公式初始角。
2.根據權利要求1所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，其中所述擬合斜率的方法為最小二乘法。
3.根據權利要求1所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，還包括下列步驟: 重復上述操作幾次，得到多個像旋公式初始角的數值，對其求平均值，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定方法，包括下列步驟: 將所述激光跟蹤儀放在電動旋轉臺上，并使所述激光跟蹤儀的豎軸與所述電動旋轉臺的豎軸重合； 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； 調整方位電機鎖定在固定角度，控制俯仰電機上下往復旋轉掃描所述靶球表面，直到經所述靶球反射后的激光光斑通過標定的PSD跟蹤零點； 通過PSD上光斑的(X' ,Y')坐標計算光斑位移的直線斜率，根據斜率求出相應的像旋公式初始角。
5.根據權利要求4所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，其中所述靶球距離所述激光跟蹤儀的距離為2m。
6.根據權利要求4所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，其中所述計算光斑位移的直線斜率的方法為最小二乘法。
7.根據權利要求4所述的激光跟蹤儀像旋公式初始角的標定方法，還包括下列步驟: 重復上述操作幾次，得到多個像旋公式初始角的數值，對其求平均值，作為最終的像旋公式初始角。
【文檔編號】G01B11/00GK104296655SQ201410504129
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】董登峰, 周維虎, 勞達寶, 張滋黎, 紀榮祎, 劉鑫, 袁江, 林心龍 申請人:中國科學院光電研究院