一种激光跟踪仪几何角度误差综合修正方法

摘要

本发明公开了一种激光跟踪仪几何角度误差综合修正方法，该方法主要用于激光跟踪仪测量系统制造与使用过程中的误差补偿和精度提高。激光跟踪仪的结构中含有横轴、竖轴、光轴和跟踪反射转镜等，这些都必须保证严格的几何位置关系。然而在制造、安装、搬用和使用过程中，上述部件之间的严格几何位置关系难以保证，从而影响跟踪仪最终的坐标测量精度。因此需要对上述部件的几何结构误差进行修正。现有的跟踪仪误差修正方法中缺乏对跟踪仪几何结构角度误差的综合修正方法。针对上述情况，本发明建立一种完善的角度修正方法，对跟踪仪几何角度误差进行综合补偿。

权利要求

1.一种激光跟踪仪几何角度误差综合修正方法，包括测量得到跟踪反射转镜与横轴夹角为c，横竖轴不垂直度误差为θ，光轴与竖轴有偏角α，且在水平角度为H0的方位上；

O-xyz坐标系绕y轴旋转了角度θ，旋转后坐标系为O-x’y’z’，计算横竖轴不垂直度误差θ’；

O-x’y’z’坐标绕z’轴旋转了角度c，则最终坐标系为O-x"y"z"，计算横轴与跟踪反射转镜误差c’；

由两次旋转得到实际法线矢量

沿特定角度射入一束光线，使得光轴与竖轴有偏角α，且在水平角度为H0的方位上，入射光线的矢量可表示为： 实际法线矢量 可表示为：其中nx,ny,nz分别表示为：

则出射光线可表示为：

设出射光线 的三个分量分别为px,py,pz,即有：px＝cosH0sinα-2knx；py＝sinH0sinα-2kny；pz＝cosα-2knz其中，

则实际水平角度H′和俯仰角度值V′值分别为：利用计算获得的水平俯仰角度的修正值，对跟踪仪的部件进行位置调整。

2.根据权利要求1所述的方法，在横竖轴、跟踪反射转镜与横轴、光轴与竖轴同时存在偏角的情况下，通过跟踪仪标称水平垂直角度值(H,V)可算出实际水平和俯仰角度修正值(H′,V′)。

说明书

一种激光跟踪仪几何角度误差综合修正方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种激光跟踪仪几何角度误差综合修正方法，该方法主要用于激光跟踪仪测量系统制造与使用过程中的误差补偿和提高精度。

背景技术

[0002] 激光跟踪仪的结构中含有横轴、竖轴、光轴和跟踪反射转镜等，这些都必须保证严格的几何位置关系。然而在制造、安装、搬用和使用过程中，上述部件之间的严格几何位置关系难以保证，从而影响跟踪仪最终的坐标测量精度。因此需要对上述部件的几何结构误差进行修正。现有的跟踪仪误差修正方法中缺乏对跟踪仪几何结构角度误差的综合修正方法。针对上述情况，本发明建立一种完善的角度修正方法，对跟踪仪几何角度误差进行综合补偿。

[0003] 针对以上所述，本发明需要解决的技术问题是建立综合误差模型，提供一套综合的角度误差修正方法。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种几何角度误差综合修正方法，特别是激光跟踪仪对几何角度误差综合修正的方法。

[0005] 具体为，采用空间坐标系转换的方法计算跟踪仪横竖轴垂直度误差及跟踪反射转镜与横轴角度的几何误差。并结合矢量运算的方法计算出射光、法线及入射光的空间位置关系，用以建立光轴与竖轴几何误差模型。本发明对各几何误差进行综合分析，通过建立几何误差综合模型得到实际光轴的最终几何位置。

[0006] 与以往的专利和现有技术相比较,本发明在跟踪仪几何结构误差无法完全消除的情况下，对几何结构角度误差进行综合补偿，提高跟踪仪的空间坐标测量精度，具有实时性好、精度高、易于实现的特点。

附图说明

[0007] 为了更清楚、准确地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或者现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

[0008] 图1为跟踪仪几何结构示意图

[0009] 其中，1：激光跟踪仪；2：跟踪反射转镜；3：横轴；4：横轴中心线(即为x轴)；5：竖轴；6：竖轴中心线(即为z轴)；7：光轴(光线方向)。

[0010] 图2为跟踪仪光轴和竖轴角度误差模型示意图

[0011] 其中，1：入射光线；2，理想出射光线方向；3：实际出射光线方向。

[0012] 图3为跟踪仪横轴和竖轴角度误差模型示意图

[0013] 其中，1：入射光线；2，理想出射光线方向；3：实际出射光线方向。

[0014] 图4为跟踪仪横轴和跟踪反射转镜角度误差模型示意图

[0015] 其中，1：入射光线；2，理想出射光线方向；3：实际出射光线方向。

[0016] 图5为跟踪仪角度误差综合模型示意图

[0017] 其中，1：横轴中心线(即为x轴)；2：竖轴中心线(即为z轴)；3：y轴(与x轴和z轴垂直相交)；4：光轴(光线方向)；5：标称出射光线方向；6：实际出射光线方向。

具体实施方式

[0018] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案件进行准确、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于此，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

[0019] 本发明涉及的跟踪仪几何结构角度误差修正方法建立了跟踪仪横轴与竖轴、光轴与竖轴、跟踪反射转镜与横轴之间的角度误差综合模型，利用坐标转换的方法模拟跟踪仪实际角度误差对测量结果的影响，根据跟踪仪码盘角度值计算出跟踪仪实际角度值，从而计算出了实际测量结果，提高了空间坐标测量精度。

[0020] 利用激光跟踪仪跟踪反射转镜与横轴夹角为c，横竖轴不垂直度误差为θ，光轴与竖轴有偏角α，且在水平角度为H0的方位上。

[0021] 设跟踪仪标称水平垂直角度值为(H,V),根据跟踪仪各项几何误差可以求得修正后的水平垂直角度值(H′,V′)。理想坐标系为O-xyz。如图1,2,3,4,5中所示，z轴代表竖轴，x轴代表理想横轴位置，y轴按照右手法则与x轴和z轴垂直。

[0022] 本发明涉及的主要模型如下：

[0023] (1)光轴与竖轴夹角误差模型

[0024] 如图2所示，光轴与竖轴有偏角α，且在水平角度为H0的方位上，则入射光线的矢量可表示为：

[0025] 当标称水平俯仰角度为H，V时，法线矢量表示为：

[0026]

[0027] 则根据矢量运算法则，出射光线可表示为：

[0028]

[0029] 其中，

[0030] 则实际水平角度H′和俯仰角度值V′值分别为：

[0031]

[0032] 即由标称值(H,V)可以得到修正后的坐标系水平垂直角度(H′,V′)

[0033] (2)横竖轴不垂直度误差模型

[0034] 在O-xyz坐标系下，横竖轴倾角为θ，相当于O-xyz坐标系绕y轴旋转了角度θ，旋转后坐标系为O-x’y’z’，如图3中所示。

[0035] 入射光线矢量为(0，1，0)，

[0036] 根据旋转模型，得到实际法向矢量为：

[0037]

[0038] 则由入射光线、法线矢量、出射光线位置可得到出射光线矢量为：

[0039]

[0040] 则带入式(2)可得到修正后的水平垂直角度为(H′，V′)

[0041] (3)横轴与跟踪反射转镜误差模型

[0042] 在O-xyz坐标系下，跟踪反射转镜与横轴有夹角c，相当于O-xyz坐标绕z轴旋转了角度c，则最终坐标系为O-x′y′z′，如图4所示。

[0043] 入射光线矢量为(0，1，0)，根据旋转模型，得到实际法向矢量为：

[0044]

[0045] 则由入射光线、法线矢量、出射光线位置可得到出射光线矢量为：

[0046]

[0047] 则由式(2)可得到修正后的水平垂直角度为(H′，V′)

[0048] (4)跟踪仪角度误差综合模型

[0049] 则由(2)，(3)中的模型可知，横竖轴有偏角，同时跟踪反射转镜与横轴也存在偏角，则相当于理想坐标系经两次旋转，如图5所示，在O-xyz坐标系下，横竖轴倾角为θ，相当于O-xyz坐标系绕y轴旋转了角度θ，旋转后坐标系为O-x’y’z’；在O-x’y’z’坐标系下，跟踪反射转镜与横轴有倾角c，相当于O-x’y’z’坐标绕z’轴旋转了角度c，则最终坐标系为O-x"y"z"。

[0050] 最后得到实际法线矢量为：

[0051]

[0052] 光轴与竖轴有偏角α，且在水平角度为H0的方位时入射光线的矢量可表示为：

[0053] 则出射光线可表示为：

[0054]

[0055] 其中，

[0056] 同理，由式(2)可得到修正后的水平垂直角度为(H′,V′)

[0057] 即在横竖轴、跟踪反射转镜与横轴、光轴与竖轴同时存在偏角的情况下，通过跟踪仪标称水平垂直角度值(H,V)可算出实际水平和俯仰角度修正值(H′,V′)。

[0058] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或者使用本发明，对这些实施例的多种修改对本领域的专利技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或者范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。