CN103616662A - 一种用于角度交会测量的可顶装倒置发射基站 - Google Patents

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任永杰
杨凌辉
韩延东
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Abstract

本发明属于工业现场大尺寸三维坐标测量技术领域，涉及一种用于角度交会测量的可顶装倒置发射基站，包括固定支架、倒装紧定机构和转台，旋转轴通过轴承与倒装紧定机构相连，旋转轴的下部固定有受直流电机驱动的转台，在电机主轴上连接***盘，在转台的底部朝下固定有至少两个用于发射扫描光的激光器，激光器的光平面与旋转轴之间斜交，使得测量盲区的锥顶角在25度至35度范围内，在固定支架上固定有同步脉冲激光器；转台每旋转一周，当经过码盘零位时，触发一次同步脉冲激光器的同步脉冲输出。本发明能够提高整个空间测量***的适应性与精密性。

Description

一种用于角度交会测量的可顶装倒置发射基站
所属技术领域
本发明属于工业现场大尺寸三维坐标测量技术领域，涉及一种角度交会测量的发射基站。
背景技术
工作空间测量定位***（workspace Measuring Position System）是一种全自动化、多任务并行处理、高精度、实时性高的三维坐标测量***。类似于全球定位***（GPS）的构成，该***主要包括发射基站和接收器。发射基站布置于工业测量现场，构成区域测量场，此测量场内的接收器可实现对自身三维坐标的测量。其基本原理是多平面约束定位原理，即每个发射基站提供两个旋转激光平面，n个发射基站即能提供2n个激光平面；接收器感知发射基站在每个旋转周的初始位置时发出的同步光信号与某个激光平面旋转到接收器所在位置时的信号之间的时间间隔，得到该平面从每个旋转周的初始位置旋转到接收器所在位置的角度，类似的，接收器可感知其他平面从每周初始位置旋转到它所在位置的角度，这样，空间内多个平面就交会到接收器这一点上，通过解算方程得到此接收器的空间位置坐标。
此测量***中的发射基站通过机械及光学手段产生绕固定轴转动的光平面，对周围空间进行扫描。测量时装有光敏元件的接收器被安装在需要测量的目标位置，通过计时的方法测量扫描光信号从预定的初始位置转到接收器时所经过的扫描角。以扫描光平面处于初始位置时发射基站向接收器发出同步光脉冲作为测角计时起点的同步信号，当扫描光平面扫过接收器光敏区时产生扫描脉冲信号作为接收器计时终点信号。接收器通过测量同步信号与扫描信号间的时间间隔可以计算出扫描光信号从初始位置到接收器所经过的扫描角。
通常情况下，发射基站在地面一定高度通过立柱进行安装，并向全周360度进行光电扫描，从而实现测量，但存在很多不足：
（1）实际应用过程中，由于发射基站布置在地面，在测量的时候由于人员、周围设备等原因，造成遮挡；
（2）由于厂区工况的变化，需要不定时的移动发射基站，重新使用时，必须重新校准，从而增加了测量时间；
（3）地面电缆过多，当发射基站数目多时更突出，影响其余设备的通过性；
（4）联轴器传动导致的轴系振动，使得扫描测角精度降低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种发射基站，从而解决地面安装布站时影响其余设备的通过性、在某些测量场合存在遮挡、以及频繁校准等问题，提高整个空间测量***的适应性与精密性，为空间被测点的测量和标定提供可靠的硬件支持。同时在轴系设计中，采用直流电机直接传动，减小产生振动的中间环节，主轴转速平衡。本发明的技术方案如下：
一种用于角度交会测量的可顶装倒置发射基站，包括固定支架（4）、倒装紧定机构（5）和转台（3），旋转轴（11）通过轴承（7）与倒装紧定机构（5）相连，旋转轴的下部固定有受直流电机驱动的转台（3），在电机主轴上连接***盘（10），在转台（3）的底部朝下固定有至少两个用于发射扫描光的激光器（1），激光器（1）的光平面与旋转轴（11）之间斜交，使得测量盲区的锥顶角在25度至35度范围内，在固定支架（4）上固定有同步脉冲激光器（2）；转台（3）每旋转一周，当经过码盘（10）零位时，触发一次同步脉冲激光器（2）的同步脉冲输出。
本发明提供的发射基站，可以安装于屋顶，克服了普通地面安装型发射基站的不足。同时在发射基站内部轴系的设计上，采用直流电机直接驱动及倒装紧定装置，由电机直接驱动转台旋转，避免了常见旋转轴系的振动影响。发射基站上的激光器1和同步脉冲激光器2，同时安装于仪器的端面上，并通过适当调整安装角度，使其与转轴成一定的扫描倾角。本发明针对顶装的要求，重新设计了发射基站上激光器1和同步脉冲激光器2的安装形式，使得扫描范围在仪器的正下方。通过合理设置激光器1的安装角度，扩大了扫描范围，并且顶层安装有效减少了测量场合存在的遮挡问题和可能发生的人为碰撞问题，使测量更加便利和人性化。直流电机直接驱动，减少了长轴传动时的动力损失，使得平稳性大大增加，极大的增加了转速稳定性，提高了测量精度。
附图说明
图1本发明的顶装倒置发射基站设计示意图。
图中序号对应名称：1、激光器  2、同步脉冲激光器  3、发射基站转台  4、支架  5、倒装紧定机构  6、电机控制器  7、轴承  8、电机定子  9、电机转子  10、码盘，11旋转轴
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
本发明设计的发射基站，适合屋顶安装，首先介绍一下整个结构，发射基站转台3通过旋转轴11安装在轴承7上，直流电机转子9与发射基站转台3固连，电机定子8与支架4固连，码盘10与主轴连接，用于调速。同步脉冲激光器2安装在支架4上，每旋转一周，当经过码盘零位时，内部电路触发一次同步脉冲输出，标志此周角度测量开始计时。激光器1与发射基站转台3通过一定角度连接在一块，在电机控制器6的作用下实现旋转。
通过将激光器1、同步脉冲激光器2放置于仪器端部，并适当设计激光器1光平面与旋转轴的夹角，使得测量盲区的锥顶角在25度至35度范围内。当顶装倒置时，安装高度为12米，扫描盲区半径为3.2米，通过布置多个顶装发射基站，可以消除盲区的影响。而且由于扫描测量范围位于厂房上方，几乎不会受到行人及其余设备的干扰。
结构上，通过倒置紧定机构5，使得发射基站转台3在倒置情况下，仍能够灵活旋转，避免了转台重力的影响。相比较于地面安装的形式，在顶装倒置时通过施加给轴承7内圈的预紧力作用，保证发射基站转台3不向下漂移。电机转子9直接和发射基站转台3相连，从而提高了工作时的稳定性。
工作时，通过电机控制器6，使得发射基站转台3跟随电机转子9一起旋转，使得发射基站转台3直接获得驱动动力，通过码盘10的调速反馈，使得转速稳定性很高，便于测量。同时，朝下布置的同步光2在转台3每旋转一周时，由码盘驱动产生一个周期信号，朝下布置的激光器1跟随发射基站转台3一起旋转对仪器下部空间进行扫描。由于光束的角度原因，在发射基站的正下方，会形成锥顶角30度左右的一个固有测量盲区。如前所述，通过合理布置多站，可消除此盲区。

Claims (1)

1.一种用于角度交会测量的可顶装倒置发射基站，包括固定支架（4）、倒装紧定机构（5）和转台（3），旋转轴（11）通过轴承（7）与倒装紧定机构（5）相连，旋转轴的下部固定有受直流电机驱动的转台（3），在电机主轴上连接***盘（10），在转台（3）的底部朝下固定有至少两个用于发射扫描光的激光器（1），激光器（1）的光平面与旋转轴（11）之间斜交，使得测量盲区的锥顶角在25度至35度范围内，在固定支架（4）上固定有同步脉冲激光器（2）；转台（3）每旋转一周，当经过码盘（10）零位时，触发一次同步脉冲激光器（2）的同步脉冲输出。
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