CN103471564B - 多系统测量基准集成转换标准器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多系统测量基准集成转换标准器,包括碳纤维基板、标准器基板托架及下部通用支架。其中，碳纤维基板的上面设计了定位销套和光学基准立方镜；用于定位测量、建立机械结构坐标系及光学基准坐标系。标准器基板托架是碳纤维基板与通用支架的中间连接纽带，标准器基板托架的上端部形成一平面以机械固定方式连接碳纤维基板并对其支撑，下端通过机械固定形式与通用支架相连接，标准器基板托架侧面开设弧形滑槽，通过两侧弧形滑槽上设计的定位轴沿滑槽的滑动，使标准器基板托架连同其支撑的碳纤维基板围绕该定位轴旋转来调整标准器使用的位姿。

Description

多系统测量基准集成转换标准器

技术领域

本发明属于工业测量技术领域，具体涉及一套使用多种测量系统如激光跟踪仪、经纬仪、激光雷达的测量基准集成转换标准器装置。

背景技术

随着空间技术的不断深入以及航天器型号批量化及多样化的逐渐发展，航天器的结构越来越庞大，设备安装的精度也越来越高。对于长20m、距离高9m范围内0.2mm测量不确定度的需求，原有的单一经纬仪测量系统已不能满足。随着测量技术的发展，激光跟踪仪、激光雷达等测量系统以高效、高精度的点位测量优势凸显。由于航天器大多设备的姿态角测量基准为立方镜光学基准坐标系，而目前经纬仪测量具有姿态角调测方便快捷、精度高的优点，这是其它设备无法替代的。因此，将多种测量系统同时应用在航天器设备测量中，如激光跟踪仪、激光雷达、经纬仪等各自发挥测量优势，是提高工作效率、提高测量精度的最佳选择。然而，航天器设备的安装要求是针对航天器同一结构的坐标系进行的，因此，需要将多种测量系统各自系统的测量坐标系高精度地集成统一或转换，为了解决这一关键技术问题，根据航天器结构坐标系的设计特点而完成了本发明，实现了机械坐标系与光学基准镜坐标系的转换以及多系统测量基准的测量融合。 

发明内容

为了解决多种测量系统在使用中基准不一致且无法统一导致测量精度和效率都十分低下的技术问题，本发明提供了一种多系统测量基准集成转换标准器，该标准器成为多种测量系统基准集成转换的一个共用平台，最终实现了多系统在航天器设备测量中的应用，在提高测量精度的同时，提高了测量工作效率。

本发明的多系统测量基准集成转换标准器，包括：碳纤维基板、碳纤维基板上安装的定位销套、碳纤维基板上安装的光学基准立方镜、碳纤维基板托架以及下部支撑的通用支架，碳纤维基板托架通过上端部安装板形成一平面以机械固定连接碳纤维基板的方式进行连接并对基板形成支撑；下部通过安装板与通用支架以机械固定的方式相连接，从而形成多系统测量基准集成转换标准器整体结构，碳纤维基板托架两侧为枪形并设置有弧形滑槽，弧形滑槽中设置有可调节姿态的定位轴；标准器基板托架通过弧形滑槽中定位轴上的旋钮进行松动与锁紧以使标准器基板托架连同其支撑的碳纤维基板围绕该定位轴旋转来调整碳纤维基板的位姿；碳纤维基板上部的4个销套的几何位置呈同心圆正交分布，碳纤维基板上设有四个定位销套，用于配合激光机械坐标系测量中相应的靶镜定位基点，碳纤维基板上还设置有两个光学基准立方镜，其中立方镜除安装面外其它5个镜面的法线方向均无遮挡，以用于经纬仪通过准直方式来建立光学基准坐标系。

其中，多系统测量是指激光跟踪仪、激光雷达与经纬仪综合使用的测量系统。

其中，标准器基板托架由上、下平行板，枪形的两块侧板，侧板上设计弧形滑槽，并在弧形滑槽中设置有定位轴，通过对其调节，可进行姿态调整。

其中，定位销套的结构为开设有中心定位孔及四周固定孔的金属圆板。

其中，测量靶镜包括激光跟踪仪和激光雷达的测量靶镜。

进一步地，测量靶镜通过定位销座配合插设在定位销套中加以定位。

其中，光学基准立方镜为经纬仪建立光学坐标系用的基准立方镜。

本发明的多系统测量基准集成转换标准器可将激光跟踪仪、激光雷达、经纬仪等测量系统的基准坐标系进行转移融合，实现了机械基准坐标系与光学基准镜坐标系在被测体坐标系中的统一和转换。

附图说明

图1为本发明的多系统测量基准集成转换标准器的结构示意图；

其中，1-碳纤维基板； 2-光学基准立方镜；3-销套；4-基板托架；5-通用支架；6-基板托架上部；7、基板托架下部、8-托架定位轴9、弧形滑槽。

图2为本发明的多系统测量基准集成转换标准器中的标准器基板托架侧视结构示意图；

图3为本发明的多系统测量基准集成转换标准器的碳纤维基板上端面销套及光学基准镜的布局示意图；

图4为本发明的多系统测量基准集成转换标准器中销套的结构示意图；

图5为本发明的多系统测量基准集成转换标准器中定位销座的结构示意图；

图6为本发明的多系统测量基准集成转换标准器中激光靶镜的结构示意图；

图7为本发明的多系统测量基准集成转换标准器中光学基准立方镜的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的多系统测量基准集成转换标准器作进一步的说明。这些实施方式都是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

图1例示了本发明一实施方式的多系统测量基准集成转换标准器。如图所示，本发明的多系统测量基准集成转换标准器适用于激光跟踪仪、激光雷达与经纬仪综合使用的测量系统。其中，该标准器包括碳纤维基板1、定位销套2、光学基准立方镜3、标准器基板托架4及下部连接的通用支架5；标准器基板托架4的上部6以机械固定形式，连接碳纤维基板1并对其支撑；基板托架下部7与通用支架通过5/8″的螺纹机械固定；标准器基板托架两侧为调姿设计定位轴8，沿弧形滑槽9进行固定调姿；从而形成多系统测量基准集成转换标准器的整体连接。

多系统测量基准集成转换标准器使用时可在0°~90°姿态范围内进行任意姿态的调整，调姿方式通过标准器基板托架4进行调整，如图2所示，托架枪形侧板1上设计开了弧形滑槽2；通过定位轴3在弧形滑槽的移动和定位实现，标准器基板托架4连同其支撑的碳纤维基板1在0°~90°位姿调整。

图3示意了由4个定位销套1定位组成的几何中心以及以该几何中心为圆心形成的圆周上通过圆心十字相交形成的四个定位点，以用于固定并定位测量靶镜，圆周外还设置有两个光学基准立方镜2，以用于通过经纬仪测量光学基准立方镜2来建立光学基准坐标系（立方镜除安装面外其它5个镜面法线方向无遮挡）。

其中，标准器基板采用碳纤维材质，其变形量要求不大于0.01mm。

在一具体实施方式中，定位销套（4个）是经过设计加工后定位安装在基板上的。

在又一实施方式中，两个光学基准立方镜的尺寸为20mm*20mm*20mm，连同底座定位安装在碳纤维基板上的（2个）销套上。

在一实施方式中，碳纤维基板托架单独设计加工后通过4个螺钉安装在碳纤维基板上，且标准件托架底部安装板的螺纹接口为5/8″，与经纬仪通用支架5适配。

图2显示了本发明的多系统测量基准集成转换标准器中标准器基板托架的结构示意图；本发明的标准器中的标准器基板托架，由枪形的两块平行板侧板连接而成，枪形的两枪柄部分上对应开设弧形滑槽，滑槽插设定位轴。

图3为本发明的多系统测量基准集成转换标准器基板结构示意图；在图3中，本发明的多系统测量基准集成转换标准器中定位销套的结构为设定有中心定位孔及四周固定孔的金属圆板结构。通过6个固定孔可将如图4所示的销套固定在碳纤维基板上。其中4个同圆的中心定位销套可以插设如图5所示的定位销座，激光测量时，将如图6所示的激光靶镜置于定位销座上，（如激光跟踪仪或激光雷达的测量靶镜）进行定位测量。其余2个销套用来安装图7所示的光学基准镜。

以下针对本发明的多系统测量基准集成转换标准器的使用情况加以说明。

请结合该标准器的结构详细说明其使用过程。

a.基于图1多系统测量基准集成转换标准器的模式，在使用时要求配置与销套相匹配的定位销座（即外购标配的激光靶镜配销座附件）、及激光跟踪仪测量靶镜（外购）。使用时将销座插入销套中，然后再将激光靶镜置于销座上，逐步形成激光跟踪仪或激光雷达等设备测量销孔的定位基准靶镜的位置。

  b. 多系统测量基准集成转换标准器在使用前首先由二级（含二级）以上计量单位对其上面的定位销套激光靶镜中心坐标位置进行标定测量，并构建三维的结构坐标系，标定测量基准立方镜构建光学坐标系，并建立结构坐标系与光学坐标系的坐标系的矩阵关系。结构坐标系与基准光学坐标系校准结果角度测量不确定度满足：U=2″  k=2;坐标测量不确定度：U=2μm  k=2。

c. 在应用测量时，激光跟踪仪、激光雷达等点位测量仪器对“多系统测量基准集成转换标准器”上同心圆上的4个定位组合后的靶镜位置进行测量，并建立结构坐标系；经纬仪对基准立方镜进行测量建立光学坐标系；通过计量单位标定的关系即可进行矩阵转换传递，最终将不同机械点位测量与光学测量设备的测量基准融合统一。

“多系统测量基准集成转换标准器”的基板采用碳纤维材料，并对碳纤维的铺设方法进行设计，来保证长期使用中基板的不变形；通过定位销套的高精度设计制作来保证测量销与其严格的配合。最终保证激光跟踪仪、激光雷达等测量靶镜的建立结构坐标系重复测量精度；光学基准立方镜的设计安装是为了通过经纬仪测量基准立方镜来建立光学基准坐标系；托架设计是为了让“多系统测量基准集成转换标准器”使用时满足不同状态测量姿态的需求，衔接经纬仪支架与碳纤维基板的作用。

尽管上文对本发明的具体实施方式进行了详细的描述和说明，但应该指明的是，我们可以对上述实施方式进行各种改变和修改，但这些都不脱离本发明的精神和所附的权利要求所记载的范围。

Claims (7)

1.多系统测量基准集成转换标准器,包括碳纤维基板、基板上的定位销套及光学基准立方镜；标准器基板托架及下端连接的通用支架；标准器基板托架两侧开设弧形滑槽并在滑槽内设置有定位轴用于进行调节姿态角，基板托架下端通过安装板与通用支架机械固定，标准器基板托架的上端部形成一平面以机械固定方式对碳纤维基板形成支撑连接；标准器基板托架通过弧形滑槽中定位轴上旋钮的松动与锁紧，使标准器基板托架连同其支撑的碳纤维基板围绕定位轴旋转来调整碳纤维基板的位姿；碳纤维基板上部的四个定位销套的几何位置呈同心圆正交分布，碳纤维基板上设有四个定位销套，用于配合激光机械坐标系测量中相应靶镜的定位基点，碳纤维基板上还设置有两个光学基准立方镜，其中，立方镜除安装面外其它五个镜面的法线方向无遮挡，以用于经纬仪通过准直方式来建立光学基准坐标系。

2.如权利要求1所述的多系统测量基准集成转换标准器，其中，多系统测量是指激光跟踪仪、激光雷达与经纬仪综合使用进行测量。

3.如权利要求1所述的多系统测量基准集成转换标准器，其中，标准器基板托架由枪形的两块平行侧板及上、下连接碳纤维基板及通用支架作用的安装板组成，两侧板对应设有弧形滑槽且弧形滑槽中对应设置有定位轴。

4.如权利要求1所述的多系统测量基准集成转换标准器，其中，定位销套的结构为开设有中心定位孔的金属圆板。

5.如权利要求1-4任一项所述的多系统测量基准集成转换标准器，其中，靶镜包括激光跟踪仪和激光雷达的测量靶镜。

6.如权利要求5所述的多系统测量基准集成转换标准器，其中，测量靶镜通过定位销座配合插设在定位销套中加以定位。

7.如权利要求1-4任一项所述的多系统测量基准集成转换标准器，其中，光学基准立方镜为经纬仪准直用的光学基准立方镜。