CN102927909A - 一种激光束快速自动定位跟踪测量方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种在激光跟踪测量过程中激光束快速自动定位测量装置及其方法，该方法以激光跟踪测量器为支撑平台，快速搭建直角球杆构件构成直角坐标系，直角球杆构件由三个安装有无线测距器件的标准球通过两杆件连接构成，且球心距为固定值；通过测量目标处的自定位遥控器，向无线测距器发送信号，由信息处理平台计算出距离，从而确定目标位置的空间三维坐标；将此坐标传送给激光跟踪测量器，引导激光束粗略地指向目标位置；激光束由安装在自定位遥控器上的光电检测部件捕获并自动射向反射部中心，完成激光束的导航和自动定位；结合激光跟踪测量器完成对目标位置的精密测量。
Description
技术领域
本发明属于机械制造精密测量技术领域，涉及一种激光束快速自动定位跟踪测量方法及其装置，尤其适用于激光跟踪测量技术中激光束断光后的快速定位。
背景技术
近年来，激光跟踪测量器是工业测量***中一种高精度的大尺寸测量仪器。它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，可对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标，适用于任何大尺寸测量场合，在大型设备的制造安装过程中得到广泛应用。激光跟踪测量器的工作基本原理，是在目标点上安置一个反射部，跟踪头发出的激光射到反射部上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。同时，返回光束被检测装置所接收，用来测算目标的空间位置。
在测量过程中，由于人为、测量条件等因素激光中断经常发生，所以生产激光跟踪测量器的厂家在***中增加了绝对测距器件，操作人员手持反射部件可重新续接激光束。但是，重新建立激光***与传感器之间的联系需要操作者首先发现激光束，然后利用手工的方法使传感器与激光束连接，之后才能进行测量。根据用户的反映，这种过程中断可能会占他们总共测量时间的20%。2009年，海克斯康集团旗下的Leica绝对激光跟踪装置配备PowerLock技术，在较小范围内可以防止光束的中断。通过在激光***内部采用一套视觉***，传感器现在能够确定目标在那里而不需要先锁定激光束。
上述方法在一定程度上解决了断光问题，使测量过程连续，但根本问题未得到解决，当测量范围较大时，比如大型烟道的直线度和圆柱度的测量，国防工业中导弹发射架的垂直度的测量等，需要登高爬低，相邻两测量点距几米，甚至几十米，则断光是必然的，甚至是必需的；同时，在测量过程中，操作人员由于操作失误或不慎会导致反射器脱手损坏，造成经济损失。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种激光束快速自动定位跟踪测量方法及其装置。该方法以激光跟踪测量器为支撑平台，快速搭建直角球杆构件构成直角坐标系，直角球杆构件由三个安装有无线测距器件的标准球，通过两杆件连接构成，且球心距为固定值；通过测量目标处的自定位遥控器，向无线测距器发送信号，由信息处理平台计算出距离，从而确定目标位置的空间三维坐标；将此坐标传送给激光跟踪测量器，引导激光束粗略地指向目标位置；激光束由安装在自定位遥控器上的光电检测部捕获并自动射向反射部中心，完成激光束的导航和自动定位；结合激光跟踪测量器完成对目标位置的精密测量。
迄今为止，尚未见到将该项方法应用于激光跟踪测量技术中。
本发明解决其技术问题采取以下技术方案：
本发明提供的一种激光束快速自动定位跟踪测量方法，所述激光束快速自动定位跟踪测量方法包括如下步骤：a、快速搭建直角球杆构件构成直角坐标系，并与激光跟踪测量器坐标系进行拟合；b、自定位遥控器向直角球杆构件发射信号，无线测距器件接收信号，并由信息处理平台计算出目标位置空间三维坐标；c、将此坐标传送给激光跟踪测量器，控制激光束粗略地指向目标位置；d、激光束由光电检测部件捕获，通过信号处理平台使光束射向目标反射部件中心，完成激光束的自动定位；e、结合激光跟踪测量器完成对目标位置的精密测量。
进一步，所述的无线测距器件采用电磁波与高频声波测距器件，所述自定位遥控器的信号发射部件采用电磁波与高频声波发射部件。
进一步，所述信息处理平台通过电磁波与声波传输时间差，结合声波传播速度计算自定位遥控器到三个球心的距离，结合直角球杆构件中的两个球心距确定目标位置的空间三维坐标。
再进一步，所述电磁波采用光波。
为了解决上述技术问题，本发明还提供一种激光束快速自动定位跟踪测量装置，所述的激光束快速自动定位跟踪测量装置主要是由激光跟踪测量器、自定位遥控器、直角球杆构件、信息处理平台和主机组成；所述信息处理平台分别与主机、激光跟踪测量器和直角球杆构件连接，所述自定位遥控器通过直角球杆构件与所述信息处理平台无线信号连接。
进一步，所述自定位遥控器主要是由按键、目标反射器、夹紧元件、固定架、光电信号检测部件及无线信号发射部件构成；所述光电信号检测部件、无线信号发射部件和按键安装到所述固定架上，所述目标反射器安装到所述固定架的上、下保持架内，使所述目标反射器与安装架的中心距离恒定，所述无线信号发射部件发射电磁波(包括光)与高频声波信号，由无线信号测距器件接收；所述直角球杆构件主要是由标准球A、标准球B、标准球C、水平杆件、垂直杆件、无线信号测距器件A、无线信号测距器件B、无线信号测距器件C及固定三脚支架构成；所述三个标准球通过所述水平杆件和所述垂直杆件连接，所述标准球的球心在两杆件中心线上，且装配好后所述水平杆件与所述垂直杆件相互垂直，所述标准球上分别安装所述无线信号测距器件，该无线信号测距器件即上述无线信号测距器C、无线信号测距器B、无线信号测距器A。
再进一步，所述无线信号测距器件由信号接收部件、信号检测部件、空间位置分析部件组成。所述的电磁波(包括光)和高频声波由无线信号测距器件捕获并传输至信息处理平台进行处理。采用电磁波(包括光)信号作为参考信号（在局域范围内电磁波传播时间可以忽略不计），高频声波作为测距信号，传播速度为V，按下按键后两个信号同时发出，两个信号到达高频声波测量器件的时间差为Δt，则测定距离为L=V·Δt，这样，就可以计算出目标位置到三个标准球的距离。
进一步，所述电磁波可以选用光波。
再进一步，结合所述的直角球杆构件可以获得自定位遥控器的空间坐标，并将此空间坐标传输到主机，控制激光束粗略地指向目标位置；激光束由光电检测部件捕获，通过信息处理平台使光束射向反射器中心，完成激光束的自动定位；结合所述的激光跟踪测量器，完成目标位置的测量。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果：
本发明结构简单，便携性好，成本低；能够完成激光束的快速自动定位和激光束的自动捕获，提高测量效率；解决了测量过程中目标反射部件易脱落造成损坏的问题，减少经济损失；本发明是激光跟踪测量技术的一个有益补充，为研究新型的激光跟踪测量技术提供一种方法。
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
附图说明
图1为本发明激光束快速自动定位装置组成示意图。
图2为本发明直角球杆构件主视结构示意图。
图3为本发明直角球杆构件俯视结构示意图。
图4为本发明自定位遥控器主视结构示意图。
图5为本发明自定位遥控器俯视结构示意图
其中：101、目标位置A ，102、被测对象 ，103、目标位置P， 104、激光跟踪测量器， 105、主机， 106、信息处理平台， 107、直角球杆构件 ，108、自定位遥控器，201、标准球C， 202、无线信号测距器C ， 203、螺纹孔D ，204、螺纹头D ， 205、水平杆件， 206、螺纹头C， 207、螺纹孔C ， 208、螺纹孔B ， 209、螺纹头B ， 210、无线信号测距器B， 211、标准球B ，212、垂直杆件， 213、螺纹头A，214、螺纹孔A ，215、无线信号测距器A， 216、标准球A， 217、固定三脚支架，401、固定架 ，402、光电检测部件， 403、按键， 404、无线信号发射器件， 405、铰链， 406、上保持架 ，407、夹紧元件， 408、下保持架， 409、目标反射部件， 410、连接轴 ，411、手柄 ，412、安装架。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1所示，本发明提供的激光束快速自动定位跟踪测量方法，其实现方法如下：a、快速搭建直角球杆构件107构成直角坐标系，直角球杆构件107通过信息处理平台106与主机105和激光跟踪测量器104连接，并与激光跟踪测量器104的坐标系进行拟合；b、被测位置处的自定位遥控器108向直角球杆构件107发射无线测距信号，并由信息处理平台106计算出目标位置空间三维坐标；c、将此坐标传送给激光跟踪测量器104，控制激光束从初始的目标位置A101粗略地指向目标位置P103；d、激光束由自定位遥控器108捕获，通过信号处理平台使光束射向目标反射部件409中心，完成激光束的自动定位；e、结合激光跟踪测量器104完成对象的三维测量。
请参阅图2～图5所示，所述的一种激光束快速自动定位跟踪测量装置，包括激光跟踪测量器104、自定位遥控器108、直角球杆构件107及信息处理平台106。自定位遥控器108通过直角球杆构件107与信息处理平台106连接，信息处理平台106分别与主机105和激光跟踪测量器104连接，其中：自定位遥控器108主要包括按键403、目标反射部件409、夹紧元件407、固定架401、光电检测部件402及无线信号发射器件404；无线信号发射器件404和按键403安装到固定架401上的安装架412中心位置，按键403按下时，无线信号发射部件404发射电磁波(包括光)与高频声波信号，由安装在直角球杆构件107上的无线信号测距器A215和无线信号测距器B210接收，或者无线信号测距器A215和无线信号测距器C202接收，或者无线信号测距器C202和无线信号测距器B210接收；光电检测部件402围绕无线信号发射器件404设置在固定架401上；目标反射部件409安装到固定架401上的下保持架408内，上保持架406通过连接轴410与固定架401连接，并发生旋转，夹紧元件407将上保持架406和下保持架408连接在一起，以达到固定目标反射部件409，同时，保证目标反射部件409与安装架412的中心距离恒定；直角球杆构件107包括标准球C201、标准球B211和标准球A216、水平杆件205、垂直杆件212、无线信号测距器C202、无线信号测距器B210和无线信号测距器A215及固定三脚支架217；标准球C201上有一个中心线通过球心C的螺纹孔D203，标准球B211有两个中心线通过球心B的螺纹孔C207和螺纹孔B208，两条中心线相互垂直，标准球A216上有一个中心线通过球心A的螺纹孔A214；水平杆件205通过螺纹头D204与标准球C201上的螺纹孔D203连接且其中心线通过标准球C201的球心C，通过螺纹头C206与标准球B211上的螺纹孔C207连接且其中心线通过标准球B211的球心B，垂直杆件212通过螺纹头B209与标准球B211上的螺纹孔B208连接且其中心线通过标准球B211的球心B，通过螺纹头A213与标准球A216上的螺纹孔A214连接且其中心线通过标准球A216的球心A，标准球A216和标准球B211的球心距与标准球B211和标准球C201的球心距为恒定值，且装配好后水平杆件205与垂直杆件212相互垂直；标准球A216、标准球B211和标准球C201上分别安装无线信号测距器A215、无线信号测距器B210和无线信号测距器C202；无线信号测距器由接收部件、信号检测部件、空间位置分析部件组成；信息处理平台106通过电磁波与声波传输时间差，结合声波传播速度计算自定位遥控器108到三个球心的距离，结合直角球杆构件107中的两个球心距可确定目标的空间三维坐标，并将坐标信息传递到激光跟踪测量器104，控制激光束粗略地指向目标位置，激光束由光电检测部件402捕获，通过信息处理平台106使光束射向目标反射部件409中心，完成激光束的自动定位和目标位置的测量。
本发明所述激光束快速自动定位跟踪测量装置的自定位遥控器108中无线信号发射器件404发射电磁波(包括光)与高频声波。采用电磁波(包括光)信号作为参考信号（在局域范围内光传播时间可以忽略不计），高频声波作为测距信号，按下按键后两个信号同时发出，两个信号到达高频声波测量器件的时间差为Δt，则测定距离为L=V·Δt，这样，就可以求出目标位置到三个标准球的距离，完成激光束的快速自动定位。
本发明的应用，实现了激光跟踪测量中激光中断后，能够快速续借激光束，反射部件固定，开辟了一种新的激光跟踪测量器，使测量过程更加简单、安全，也能更好地支持和加快我国机械制造业、国防工业等发展，取得良好的社会和经济效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述提示的技术内容做出的简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种激光束快速自动定位跟踪测量方法，其特征在于：所述激光束快速自动定位跟踪测量方法包括如下步骤：a、快速搭建直角球杆构件（107）构成直角坐标系，并与激光跟踪测量器（104）坐标系进行拟合；
b、自定位遥控器（108）向直角球杆构件（107）发射信号，无线测距器件接收信号，并由信息处理平台（106）计算出目标位置空间三维坐标；
c、将此坐标传送给激光跟踪测量器（104），控制激光束粗略地指向目标位置；
d、激光束由光电检测部件（402）捕获，通过信号处理平台（106）使光束射向目标反射部件（409）中心，完成激光束的自动定位；
e、结合激光跟踪测量器（104）完成对目标位置的精密测量。
2.根据权利要求1所述的激光束快速自动定位跟踪测量方法，其特征在于：所述的无线测距器件采用电磁波与高频声波测距器件，所述自定位遥控器（108）的信号发射部件采用电磁波与高频声波发射部件。
3.根据权利要求1至2所述的任一项激光束快速自动定位跟踪测量方法，其特征在于，所述信息处理平台（106）通过电磁波与声波传输时间差，结合声波传播速度计算自定位遥控器到三个球心的距离，结合直角球杆构件中的两个球心距确定目标位置的空间三维坐标。
4.根据权利要求3所述的任一项激光束快速自动定位跟踪测量方法，其特征在于，所述电磁波采用光波。
5.一种实现权利要求1所述激光束快速自动定位跟踪测量方法的装置，其特征在于：所述的激光束快速自动定位跟踪测量装置主要是由激光跟踪测量器（104）、自定位遥控器（108）、直角球杆构件（107）、信息处理平台（106）和主机（105）组成；
所述信息处理平台（106）分别与主机（105）、激光跟踪测量器（104）和直角球杆构件（107）连接，所述自定位遥控器（108）通过直角球杆构件（107）与所述信息处理平台（106）无线信号连接。
6.根据权利要求5所述的激光束快速自动定位跟踪测量装置，其特征在于：所述自定位遥控器（108）主要是由按键（403）、目标反射部件（409）、夹紧元件（407）、固定架（401）、光电检测部件（402）及无线信号发射部件（404）构成；所述光电检测部件（402）、无线信号发射部件（404）和按键（403）安装到所述固定架（401）上，所述目标反射部件（409）安装到所述固定架（401）的上保持架（406）与下保持架（408）内，使所述目标反射部件（409）与安装架（412）的中心距离恒定，所述无线信号发射部件（404）发射电磁波与声波信号，由无线信号测距器件接收。
7.根据权利要求6所述的激光束快速自动定位跟踪测量装置，其特征在于：所述直角球杆构件（107）主要是由标准球A（216）、标准球B（211）、标准球C（201）、水平杆件（205）、垂直杆件（212）、无线信号测距器C（202）、无线信号测距器B（210）、无线信号测距器A（215）及固定三脚支架（217）构成；所述三个标准球通过所述水平杆件（205）和所述垂直杆件（212）连接，所述标准球的球心在两杆件中心线上，且装配好后所述水平杆件（205）与所述垂直杆件（212）相互垂直，所述标准球上分别安装无线信号测距器件，该无线信号测距器件即上述无线信号测距器C（202）、无线信号测距器B（210）、无线信号测距器A（215）。
8.根据权利要求7所述的激光束快速自动定位跟踪测量装置，其特征在于：所述无线信号测距器件由接收部件、信号检测部件、空间位置分析部件组成。
9.根据权利要求8所述的激光束快速自动定位跟踪测量装置，其特征在于：所述电磁波选用光波。
10.根据权利要求9所述的激光束快速自动定位跟踪测量装置，其特征在于：所述的直角球杆构件（107）获得自定位遥控器（108）的空间坐标，并将此空间坐标传输到主机（105），控制激光束粗略地指向目标位置；激光束由光电检测部件（402）捕获，通过信息处理平台（106）使激光束射向反射器中心，完成激光束的自动定位；结合所述的激光跟踪测量器（104），完成目标位置的测量。
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