CN103837079A - 一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具及其测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具及其测量方法，其测量工具为测量笔，测量笔由圆锥形笔头和包含靶球座定位孔的笔杆组成，将靶球座安装在笔杆上后，笔头笔尖对准接触测量点，手持靶球引光至靶球座上，慢慢转动测量笔杆，分别在四个位置保持稳定，激光跟踪仪分别测量靶球四个位置的坐标值，即可计算出笔头处测量点的位置坐标。本发明特点在于：1）测量点处不需加工靶球座定位孔，仅保证测量点所在微小平面能使测量笔转动时笔尖保持稳定对准即可；2）测量笔无需标定，测量笔制造误差和形位公差对测量结果精确度无影响；3）结构简单，使用方便，算法可编程至激光跟踪仪控制程序中，适用面广。

Description

一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具及其测量方法

技术领域：

本发明涉及一种激光跟踪仪3D测量模式对测量点进行测量的装置及方法，特别涉及一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具及其测量方法，其属于激光跟踪仪测量技术领域。

背景技术：

激光跟踪仪测量广泛应用于航空制造、机械工程等领域。激光跟踪仪3D测量模式下测量点的坐标时，需要在测量点处加工靶球座定位孔，测量时将靶球座置于定位孔上，然后手持靶球引光至靶球座上，激光跟踪仪根据靶球座偏置量和靶球位置计算出测量点的位置坐标。该方法需要在测量点加工安装靶球座的定位孔。测量点数量多或者位置随机时，加工制造工作量大，加工的定位孔影响零部件设计性能。没有定位孔情况下，要获取任意点的位置坐标，激光跟踪仪只能使用T-Probe、T-Scan或T-Cam等设备进行6D摄像扫描测量，这些设备昂贵。

因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容：

本发明提供一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具及其测量方法，其能够有效克服现有激光跟踪仪3D测量方法的缺点。

本发明采用如下技术方案：一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具，其包括测量笔及作为激光跟跟踪仪附件的靶球座和靶球，所述测量笔包括包含有靶球座定位孔的笔杆和笔头两部分，所述靶球座通过靶球座定位孔安装在笔杆上，所述笔头笔尖对准接触测量点，手持靶球引光至靶球座上。

所述笔头与笔杆采用螺纹连接。

本发明还采用如下技术方案：一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的测量方法，其包括如下步骤

1）安装靶球座到测量笔上，手持测量笔使笔头笔尖与测量点保持定点接触；

2）手持靶球引光至靶球座上，手持测量笔保持稳定，激光跟踪仪测量靶球位置；

3）轻轻调整转动测量笔角度，笔尖保持与测量点定点接触，测量靶球其余3个位置的坐标，进而共得到靶球四个位置的坐标值；

4）测量数据处理，计算得到测量点坐标，其中计算方法如下：靶球四个测量点坐标为P_i(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1,2,3,4，设激光跟踪仪测出的靶球坐标点距离测量点距离为R，由于测量时笔头笔尖与测量点保持定点接触，测量笔小幅度转动，因此测量过程中R为定值，设测量点坐标为P(x,y,z)则有：

$\left\{\begin{array}{c}{(x_1-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2\\ {(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2\\ {(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2+{(z_3-z)}^2=R^2\\ {(x_4-x)}^2+{(y_4-y)}^2+{(z_4-z)}^2=R^2\end{array}\right.$

上式中，分别用第一式减去其余三式，得到：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1}x+B_{1}y+C_{1}z=D_1\\ A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=D_2\\ A_{3}x+B_{3}y+C_{3}z=D_3\end{array}\right.$

其中：A_i＝2(x₁-x_i+1)，B_i＝2(y₁-y_i+1)，C_i＝2(z₁-z_i+1)，

i＝1,2,3，即上式为一个线性方程组，解方程组可求得P(x,y,z)坐标值。

所述解算方法编程至激光跟踪仪控制程序中后，在靶球四个位置坐标测量完成后可直接解算出测量点坐标。

本发明具有如下有益效果：

（1）.测量点处不需加工靶球座定位孔，仅保证测量点所在微小平面能使测量笔稳定对准测量点即可；

（2）.测量笔无需标定，测量笔制造误差和形位公差对测量结果精确度无影响；

（3）.结构简单，使用方便，算法可编程至激光跟踪仪控制程序中，适用面广。

附图说明：

图1是测量笔的二维工程图。

图2是测量笔上安装靶球座和放置靶球后示意图。

图3是测量笔测量示意图。

其中：

1-笔头；2-笔杆；3-靶球座；4-靶球；5-靶球座定位孔。

具体实施方式：

请参照图1所示，本发明基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具包括测量笔及作为激光跟跟踪仪附件的靶球座3和靶球4，测量笔包括包含有靶球座定位孔5的笔杆2和笔头1两部分，其中笔头1与笔杆2采用螺纹连接，可拆卸可更换，笔头1有圆锥形笔尖，在手持测量笔小幅度转动时笔尖可与测量点保持定点接触。该笔头能适应零部件不同外形，也适用于一些位置不方便测量的点的引出测量。测量笔材料为铝合金。

请参照图2所示，测量时，先将靶球座3通过靶球座定位孔5安装在笔杆2上，笔头笔尖对准接触测量点，手持靶球4引光至靶球座3上，慢慢转动笔杆，分别在四个位置保持稳定，激光跟踪仪分别测量出靶球4四个位置的坐标值，即可计算出笔头处测量点的位置坐标。

请参照图3所示，本发明基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的具体的测量方法包括如下步骤：

1）安装靶球座到测量笔上，手持测量笔使笔头笔尖与测量点保持定点接触；

2）手持靶球引光至靶球座上，手持测量笔保持稳定，激光跟踪仪测量靶球位置；

3）轻轻调整转动测量笔角度，笔尖保持与测量点定点接触，测量靶球其余3个位置的坐标，进而共得到靶球四个位置的坐标值；

4）测量数据处理，计算得到测量点坐标。

计算方法如下：靶球四个测量点坐标为P_i(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1,2,3,4。设激光跟踪仪测出的靶球坐标点距离测量点距离为R，由于测量时笔头笔尖与测量点保持定点接触，测量笔小幅度转动，因此测量过程中R为定值。设测量点坐标为P(x,y,z)则有：

$\left\{\begin{array}{c}{(x_1-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2\\ {(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2\\ {(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2+{(z_3-z)}^2=R^2\\ {(x_4-x)}^2+{(y_4-y)}^2+{(z_4-z)}^2=R^2\end{array}\right.$

上式中，分别用第一式减去其余三式，得到：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{1}x+B_{1}y+C_{1}z=D_1\\ A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=D_2\\ A_{3}x+B_{3}y+C_{3}z=D_3\end{array}\right.$

其中：A_i＝2(x₁-x_i+1)，B_i＝2(y₁-y_i+1)，C_i＝2(z₁-z_i+1)，

i＝1,2,3。即上式为一个线性方程组。解方程组可求得P(x,y,z)坐标值。上述解算方法可编程至激光跟踪仪控制程序中，在靶球四个位置坐标测量完成后可直接解算出来。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具，其包括测量笔及作为激光跟跟踪仪附件的靶球座（3）和靶球（4），其特征在于：所述测量笔包括包含有靶球座定位孔（5）的笔杆（2）和笔头（1）两部分，所述靶球座（3）通过靶球座定位孔（5）安装在笔杆（2）上，所述笔头笔尖对准接触测量点，手持靶球（4）引光至靶球座（3）上。

2.如权利要求1所述的基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具，其特征在于：所述笔头（1）与笔杆（2）采用螺纹连接。

3.一种如权利要求1所述的基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的测量方法，其特征在于：包括如下步骤

1）安装靶球座到测量笔上，手持测量笔使笔头笔尖与测量点保持定点接触；

2）手持靶球引光至靶球座上，手持测量笔保持稳定，激光跟踪仪测量靶球位置；

3）轻轻调整转动测量笔角度，笔尖保持与测量点定点接触，测量靶球其余3个位置的坐标，进而共得到靶球四个位置的坐标值；

4）测量数据处理，计算得到测量点坐标，其中计算方法如下：靶球四个测量点坐标为P_i(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1,2,3,4，设激光跟踪仪测出的靶球坐标点距离测量点距离为R，由于测量时笔头笔尖与测量点保持定点接触，测量笔小幅度转动，因此测量过程中R为定值，设测量点坐标为P(x,y,z)则有：

$\left\{\begin{array}{c}{(x_1-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2\\ {(x_2-x)}^2+{(y_2-y)}^2+{(z_2-z)}^2=R^2\\ {(x_3-x)}^2+{(y_3-y)}^2+{(z_3-z)}^2=R^2\\ {(x_4-x)}^2+{(y_4-y)}^2+{(z_4-z)}^2=R^2\end{array}\right.$

上式中，分别用第一式减去其余三式，得到：

$\left\{\begin{array}{c}{A}_{2}x+B_{1}y+C_{2}z=D_1\\ A_{2}x+B_{2}y+C_{2}z=D_2\\ A_{3}x+B_{3}y+C_{3}z=D_3\end{array}\right.$

其中：A_i＝2(x₁-x_i+1)，B_i＝2(y₁-y_i+1)，C_i＝2(z₁-z_i+1)，

i＝1,2,3，即上式为一个线性方程组，解方程组可求得P(x,y,z)坐标值。

4.如权利要求3所述的基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的测量方法，其特征在于：所述解算方法编程至激光跟踪仪控制程序中后，在靶球四个位置坐标测量完成后可直接解算出测量点坐标。

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