CN105466455B - 一种测角精度标定***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于精密光学测试技术领域，具体涉及一种测角精度标定***及方法。该***包括全站仪、电动二维平移台、合作目标、圆棱镜；待标定光学测量部件的光轴垂直于电动二维平移台平移面并通过电动二维平移台的坐标原点；全站仪位于待标定光学测量部件旁，其中心高与所述电动二维平移台的坐标原点等高；合作目标安装在电动二维平移台的坐标原点处；圆棱镜安装在电动二维平移台的横轴方向且位于合作目标旁，圆棱镜的中心与合作目标中心等高；待标定光学测量部件及全站仪与电动二维平移台的距离为27m～30m。通过使用该发明能满足高要求测角精度、使得测角误差小。
Description
技术领域
本发明属于精密光学测试技术领域，具体涉及一种测角精度标定***及方法。
背景技术
光学测量部件主要用于对小目标偏离主轴角度的测量，目前广泛应用于目标识别、目标检测等技术领域。测角精度是光学标定测量部件最为重要的技术指标，是衡量光学测量部件性能优劣的标准。
测角精度的标定过程中，标定出的真值是决定测量误差的关键因素，因此真值的标定往往对测试设备、方法和人员的要求很高。
在精度要求较低时，现有的方法是采用靶标板，在靶标板上确定一个中心点使其与光学标定测量部件的原点重合，在各个象限选取不同位置使用卷尺测量平移量，随后根据靶标板与光学测量部件之间的距离得到偏离主轴角度的真值，与光学测量部件的测量值进行比较得到测角精度。
但在测角精度要求较高时，上述方法无法精确测量出测角精度。第一，卷尺的测量精度有限；第二，测量过程中卷尺无法精确对准目标点，卷尺的倾斜和瞄准误差都会导致测量误差。在测量距离为20m～70m的条件下，由两者综合带来的测角精度误差为0.01mrad～0.05mrad之间，距离越近则测角精度误差越大。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种能满足高要求测角精度、测角误差小的一种测角精度标定***及方法。
本发明的技术解决方案是：
本发明提供了一种测角精度标定***，包括全站仪、电动二维平移台、合作目标、圆棱镜；
待标定光学测量部件的光轴垂直于电动二维平移台平移面并通过电动二维平移台的坐标原点；
所述全站仪位于待标定光学测量部件旁，其中心高与所述电动二维平移台的坐标原点等高；
所述合作目标安装在电动二维平移台的坐标原点处；
所述圆棱镜安装在电动二维平移台的横轴方向且位于合作目标旁，圆棱镜的中心与合作目标中心等高；
所述待标定光学测量部件及全站仪与电动二维平移台的距离为27m～30m。
为了全站仪便于安装，该***还包括架设在全站仪下方用于调节全站仪高度的三脚架。
需要说明的是本***的部件都有一定的技术指标，分别是：电动二维平移台平移范围不小于600mm；圆棱镜口径不小于40mm，并镀有反射膜，反射率为99％。
根据上述测角精度标定***的描述，现对采用该***的测角精度标定方法进行描述，该方法包括以下步骤：
1)定位：
1.1)用全站仪确定待标定光学测量部件的安放位置；
1.2)将待标定光学测量部件放置在全站仪位置上，要求其光轴垂直于电动二维平移台平移面并通过电动二维平移台的坐标原点的待标定光学测量部件；
1.3)将全站仪放置在待标定光学测量部件旁，要求全站仪中心高与电动二维平移台的坐标原点等高；
2)测量：
2.1)将合作目标放置在电动二维平移台的坐标原点，将圆棱镜安装在电动二维平移台的X轴方向且位于合作目标旁，要求其圆棱镜的中心与合作目标中心等高；
2.2)用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的方位值A1和平距L1；
2.3)控制电动二维平移台沿横轴方向平移至待标定光学测量部件视场内任一位置，用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的方位值A2、俯仰值E1和平距L2；
2.4)控制电动二维平移台再沿纵轴向平移至待标定光学测量部件视场内任一位置，用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的俯仰值E2；
2.5)由待标定光学标定测量部件获取合作目标偏离待标定光学测量部件主轴的偏离角度θ；
3)标定：
3.1)按公式(1)和公式(2)计算方位夹角与俯仰夹角：
A＝|A2-A1|…………(1)
E＝|E2-E1|…………(2)
3.2)按公式(3)计算X向平移距离：
3.3)按公式(4)计算Z向平移距离为：
Z＝L2·tan E…………(4)
3.4)按公式(5)计算规定距离下的测角精度Δ：
式中：
A—方位夹角；
E1、E2—全站仪测得的俯仰值；
E—俯仰夹角；
L1、L2—全站仪测得的平距；
X—电动二维平移台的横向平移距离；
Z—电动二维平移台的纵向平移距离；
L—待标定光学测量部件与电动二维平移台的距离；
θ—步骤2.5所测偏离主轴角度；
Δ—测角精度。
本发明的优点是：
1、高效率。本发明采用了全站仪，可与圆棱镜配合直接读取平面距离，在保证同等精度的条件下，可使测量时间缩短一半以上。
2、高精度。本发明采用了全站仪与电动二维平移台，通过全站仪得到电动二维平移台中移动导轨的平移距离，并由此得到测角精度，消除了由卷尺带来的测量误差，同时，全程使用全站仪进行测量，提高了瞄准精度，降低了瞄准带来的误差。
附图说明
图1为本发明所提供的测角精度标定***的测试示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种测角精度标定***及方法，参见图1，该***包括全站仪2、圆棱镜3、合作目标4、电动二维平移台5；
待标定光学测量部件1的光轴垂直于电动二维平移台5平移面并通过电动二维平移台5的坐标原点；
全站仪2位于待标定光学测量部件1旁，其中心高与所述电动二维平移台5的坐标原点等高；
合作目标4安装在电动二维平移台5的坐标原点处；
圆棱镜3安装在电动二维平移台5的横轴方向且位于合作目标4旁，其中心与合作目标4中心等高；
待标定光学测量部件1及全站仪2与电动二维平移台5的距离为27m～30m。
该***中的全站仪2安置在三脚架上，电动二维平移台5两平移方向分别与全站仪2目视分划板横丝和竖丝平行；全站仪2与电动二维平移台5两平移导轨的距离相等
全站仪具有显示屏，可测量目标的方位角与俯仰角，并可与圆棱镜配合测量全站仪与圆棱镜之间的距离，且以角度和距离的形式显示在显示屏上，计算可得，在测量距离为20m～70m时，由全站仪带来的测角精度误差为0.002mrad～0.003mrad之间。
其中还需说明的是，该***的电动二维平移台5平移范围不小于600mm。圆棱镜3口径不小于40mm，并镀有高反射膜，反射率可达到99％。
合作目标可发出激光并由待标定光学测量部件接收，得到偏离主轴角度。
按照图1安置测试设备，以第Ⅰ象限为例，本发明的方法如下：
步骤1)定位：
步骤1.1)用全站仪确定待标定光学测量部件的安放位置；
具体做法是：选择平稳隔震的地点安置三脚架，在三脚架上安装全站仪，将全站仪调平，在规定距离处竖直安置电动二维平移台，使用手持测距仪测量全站仪到两维平移台左右两边的距离并调整至等距，同时使用铅垂调整好两维平移台竖直方向；调整三脚架高度，使两维平移台坐标原点与全站仪中心等高，调整两维平移台，使其两平移方向分别与全站仪目视分划板横丝和竖丝平行；将圆棱镜安装固定在两维平移导轨的坐标原点处，使用全站仪测量到两维平移台距离，调整全站仪前后位置使其与两维平移台距离为规定距离；
步骤1.2)将待标定光学测量部件放置在全站仪位置上，要求其光轴垂直于电动二维平移台平移面并通过电动二维平移台的坐标原点的待标定光学测量部件；
步骤1.3)将全站仪放置在待标定光学测量部件旁，要求全站仪中心高与电动二维平移台的坐标原点等高；
步骤2)测量：
步骤2.1)将合作目标放置在电动二维平移台的坐标原点，将圆棱镜安装在电动二维平移台的X轴方向且位于合作目标旁，要求其圆棱镜的中心与合作目标中心等高；
步骤2.2)用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的方位值A1和平距L1；
步骤2.3)控制电动二维平移台沿横轴方向(X轴方向)平移至待标定光学测量部件视场内任一位置，用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的方位值A2、俯仰值E1和平距L2；
步骤2.4)控制电动二维平移台再沿纵轴向(Z轴方向)平移至待标定光学测量部件视场内任一位置，用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的俯仰值E2；
步骤2.5)由待标定光学标定测量部件获取合作目标偏离待标定光学测量部件主轴的偏离角度θ(此处说的待标定光学测量部件主轴其实是指待标定光学测量部件本身的光轴)；
步骤3)标定：
步骤3.1)按公式(1)和公式(2)计算方位夹角与俯仰夹角：
A＝|A2-A1|…………(1)
E＝|E2-E1|…………(2)
步骤3.2)按公式(3)计算X向平移距离：
步骤3.3)按公式(4)计算Z向平移距离为：
Z＝L2·tan E…………(4)
步骤3.4)按公式(5)计算规定距离下的测角精度Δ：
式中：
A—方位夹角；
E1、E2—全站仪测得的俯仰值；
E—俯仰夹角；
L1、L2—全站仪测得的平距；
X—电动二维平移台的横向平移距离；
Z—电动二维平移台的纵向平移距离；
L—待标定光学测量部件与电动二维平移台的距离；
θ—步骤2.5所测偏离主轴角度；
Δ—测角精度。
通过计算可得，在测量距离为20m～70m时，该方法的测角精度误差可达到0.002mrad～0.003mrad之间。
Claims (4)
1.一种测角精度标定***，其特征在于：包括全站仪、电动二维平移台、合作目标、圆棱镜；
待标定光学测量部件的光轴垂直于电动二维平移台平移面并通过电动二维平移台的坐标原点；
所述全站仪位于待标定光学测量部件旁，其中心高与所述电动二维平移台的坐标原点等高；
所述合作目标安装在电动二维平移台的坐标原点处；
所述圆棱镜安装在电动二维平移台的横轴方向且位于合作目标旁，圆棱镜的中心与合作目标中心等高；
所述待标定光学测量部件及全站仪与电动二维平移台的距离为27m～30m。
2.根据权利要求1所述的测角精度标定***，其特征在于：还包括架设在全站仪下方用于调节全站仪高度的三脚架。
3.根据权利要求1或2所述的测角精度标定***，其特征在于：所述电动二维平移台平移范围不小于600mm；所述圆棱镜口径不小于40mm，并镀有反射膜，反射率为99％。
4.基于权利要求1所述的测角精度标定***的测角精度标定方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)定位：
1.1)用全站仪确定待标定光学测量部件的安放位置；
1.2)将待标定光学测量部件放置在全站仪位置上，要求其光轴垂直于电动二维平移台平移面并通过电动二维平移台的坐标原点；
1.3)将全站仪放置在待标定光学测量部件旁，要求全站仪中心高与电动二维平移台的坐标原点等高；
2)测量：
2.1)将合作目标放置在电动二维平移台的坐标原点，将圆棱镜安装在电动二维平移台的X轴方向且位于合作目标旁，要求其圆棱镜的中心与合作目标中心等高；
2.2)用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的方位值A1和平距L1；
2.3)控制电动二维平移台沿横轴方向平移至待标定光学测量部件视场内任一位置，用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的方位值A2、俯仰值E1和平距L2；
2.4)控制电动二维平移台再沿纵轴向平移至待标定光学测量部件视场内任一位置，用全站仪瞄准圆棱镜棱点，读取此时全站仪的俯仰值E2；
2.5)由待标定光学测量部件获取合作目标偏离待标定光学测量部件主轴的偏离角度θ；
3)标定：
3.1)按公式(1)和公式(2)计算方位夹角与俯仰夹角：
A＝|A2-A1|…………(1)
E＝|E2-E1|…………(2)
3.2)按公式(3)计算X向平移距离：
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3.3)按公式(4)计算Z向平移距离为：
Z＝L2·tanE…………(4)
3.4)按公式(5)计算规定距离下的测角精度Δ：
<mrow>
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<mo>,</mo>
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式中：
A—方位夹角；
E1、E2—全站仪测得的俯仰值；
E—俯仰夹角；
L1、L2—全站仪测得的平距；
X—电动二维平移台的横向平移距离；
Z—电动二维平移台的纵向平移距离；
L—待标定光学测量部件与电动二维平移台的距离；
θ—步骤2.5所测偏离主轴角度；
Δ—测角精度。
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Granted publication date: 20180119 Termination date: 20191218 |
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