CN105509702A - 光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪 - Google Patents
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Abstract
光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其结构为：前部壳体的正面设置有测量镜头，前部壳体内部设置有光源部件，光源部件与测量镜头之间通过分光棱镜进行光线的传输，图像传感器设置在前部壳体的内部，感应和传输分光棱镜中光信号；前部壳体的上表面与分光棱镜相对位置处设置有对准指示器面板；在前部壳体的侧面、底面和后部壳体上分别设置有光纤陀螺仪，三个光纤陀螺仪采集的数据传输至上位机。本发明通过上述结构，提供了一种检测精准，操作方便的空间角度测量仪，解决了现有技术中存在的精准度低，操作繁琐的技术问题。
Description
技术领域
本发明一种空间角度测量仪，尤其是一种光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪。
背景技术
校靶是对机载武器、机载雷达等外挂设备进行校准，测量其与飞机机身绝对基准轴线的空间几何关系的一种测量工作，该测量工作主要针对三维空间直线的相对角度关系。目前国内飞机校靶普遍采用传统校靶方法。传统校靶需要使用千斤顶、校靶靶板、激光器、校靶镜等设备。校靶时使用激光器发出的激光束映射出测量轴线，投射到飞机前方靶板，通过三角函数关系由距离换算出角度。在校靶精度方面，传统校靶由于人眼观测，手动操作等因素而使得测量精度不高。在校靶效率方面，传统校靶需要使用千斤顶调节飞机水平且在飞机前方25米处调节对正靶板，耗时费力，操作难度较大。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，在前部壳体的正面设置有测量镜头，前部壳体内部设置有光源部件，光源部件与测量镜头之间通过分光棱镜进行光线的传输，图像传感器设置在前部壳体的内部，感应和传输分光棱镜中光信号；前部壳体的上表面与分光棱镜相对位置处设置有对准指示器面板；在前部壳体的侧面、底面和后部壳体上分别设置有光纤陀螺仪，三个光纤陀螺仪采集的数据传输至上位机，解决了现有技术中存在的测量精度低、耗时长、操作难度大的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，包括有前部壳体和后部壳体，前部壳体与后部壳体形成空箱体结构，其特征在于：前部壳体的正面设置有测量镜头，前部壳体内部设置有光源部件，光源部件与测量镜头之间通过分光棱镜进行光线的传输，图像传感器设置在前部壳体的内部，感应和传输分光棱镜中光信号；前部壳体的上表面与分光棱镜相对位置处设置有对准指示器面板；在前部壳体的侧面、底面和后部壳体上分别设置有光纤陀螺仪，三个光纤陀螺仪采集的数据传输至上位机。
所述的分光棱镜两个上下罗列，下部的分光棱镜的外侧直对测量镜头，内侧直对图像感应器，上部的分光棱镜内侧直对光源部件，上表面直对对准指示器面板。
所述的对准指示器面板上表面设置有靶圈结构，靶心位置为对准指示器面板的中心点。
所述的测量镜头设置有滤光镜片。
所述的分光棱镜设置在棱镜托架内，通过棱镜托架固定在前部壳体内部。
所述的光源部件由外部的准直光源托架和内部的准直光源组成。
所述的前部壳体外侧设置有测量按钮和把手。
所述的三个光纤陀螺仪相互正交，且光源部件的中心与三个光纤陀螺仪的中心相交于一点。
前部壳体的内部设置有精密托架，前部壳体内部的部件整合固定在精密托架上，设置在前部壳体内。
光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪的使用方法，其步骤为：
1）、将准直光源打开，使测量镜头对准被测物，查看对准指示器面板上的光点位置，调整仪器位置，直至准指示器面板上的光点在对准指示器面板上的靶心位置处；
2）、按下测量按钮，将被测物位置信息通过图像感应器检测并且通过数据输出接口传输到上位机中；
3）、使三个光纤陀螺仪处于检测状态，移动设备，到下一个被测物位置；
4）、重复步骤1），光点在对准指示器面板上的靶心位置处后，将三个光纤陀螺仪检测位置信息传输给上位机；
5）、按下按钮，将第二个测物位置信息通过图像感应器检测并且通过数据输出接口传输到上位机中；
6）、将通过上位机计算第一被测物位置信息、移动过程中三个光纤陀螺仪的检测信息和第二被测物的位置信息，得到两个被测物之间的空间信息。
本发明的有益效果在于：本发明通过上述结构，研制了一种用于三维空间角度测量的仪器，仪器利用惯性元件保持一个稳定的可移动坐标系，将光电自准测量装置集成在这个坐标系当中，这样便构成一套可以移动且有唯一参考坐标系的工作系统，进而实现对三维空间直线之间的夹角角度测量，能对三维空间内任意两条直线的空间夹角进行测量，可用于平行度和垂直度的检测，该仪器用于光电惯性校靶测量系统当中，可实现快速、精确校靶。
附图说明
图1：为本发明外观示意图。
图2：为图1的拆分示意图。
图3：为本发明内部结构示意图。
图4：为光电部分原理图。
具体实施方式
如图1-4所示的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，包括有前部壳体1和后部壳体2，前部壳体1与后部壳体2形成空箱体结构，其结构为：前部壳体1的正面设置有测量镜头3，前部壳体1内部设置有光源部件5，光源部件5与测量镜头3之间通过分光棱镜6进行光线的传输，图像传感器8设置在前部壳体1的内部，感应和传输分光棱镜6中光信号；前部壳体1的上表面与分光棱镜6相对位置处设置有对准指示器面板7；在前部壳体1的侧面、底面和后部壳体2上分别设置有光纤陀螺仪4，三个光纤陀螺仪4采集的数据传输至上位机。
如图1所示，所述的前部壳体1外侧设置有测量按钮9和把手10。仪器的把手10位于侧面，在把手10前端设置有测量按钮9，用于接收操作者触发的测量信号；测量仪的上表面设置了辅助按钮13用于设置仪器本身的各项功能，对准指示器面板7用来辅助操作者在测量时将测量镜头3和被测物12对正。
如图2所示，所述的分光棱镜6设置在棱镜托架6-1内，通过棱镜托架6-1固定在前部壳体1内部。所述的光源部件5由外部的准直光源托架5-1和内部的准直光源5-2组成。所述的三个光纤陀螺仪4相互正交，且光源部件5的中心与三个光纤陀螺仪4的中心相交于一点。前部壳体1的内部设置有精密托架11，前部壳体1内部的部件整合固定在精密托架11上，设置在前部壳体1内。精密托架11负责所有零件的刚性连接，三个光纤陀螺仪4通过螺栓与其安装固定，所有零件装配后，需要通过三维转台对其进行测量标定，以保证光纤陀螺仪的输出信号符合理论设计。
准直光源托架5-1用于固定和调节准直光源5-2，通过调节托架可实现准直光束方向的精确调节，保证光路符合理论设计。棱镜托架6-1内安装有两块分光棱镜6，分别用于准直光束射出时的分光反射和返回光束的分光反射，两块分光棱镜6由一对角片6-2固定在棱镜托架6-1上。
如图3所示，测量镜头3设置有滤光镜片3-1，滤光镜片3-1设置在棱镜系统的前部，该镜片可滤除准直光束波长以外的其他光线干扰。图像传感器8负责光路反馈信号的捕捉，并由信号线传输至终端计算机，图像传感器8在该光路中需要经过校准与标定后进行使用。
如图4所示为光电部分原理图，分光棱镜6两个上下罗列，下部的分光棱镜6的外侧直对测量镜头3，内侧直对图像感应器8，上部的分光棱镜6内侧直对光源部件5，上表面直对对准指示器面板7。准直光源5-2发出的平行光经过两个分光棱镜6照射到被测物12的校靶镜上，光线反射后一部分光透过下部的分光棱镜6，投影在图像传感器8并由数据传输接口输出；另一部分光经过上部的分光棱镜6反射到对准指示器面板7上。被测物12的校靶镜偏转不同的角度，光线会投射在图像传感器8的不同位置，所以不同的成像位置，对应了不同的偏转角度，以此实现校靶镜在平行光管坐标系下偏摆角和俯仰角的测量。测量仪作为一个手持式设备，对准指示器面板7用来确定校靶镜的偏转是否在光源部件的测量范围内。对准指示器面板7上表面设置有靶圈结构，靶心位置为对准指示器面板7的中心点，当光点在准指示器面板7靶心位置时，校靶镜的偏转在光源部件的测量范围内。同时，所选图像传感器8的高帧频和光纤陀螺仪4的高采样率来保证准静态时的测量精度。
光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪的使用方法，其步骤为：
1）、将准直光源5-2打开，使测量镜头3对准被测物12，查看对准指示器面板7上的光点位置，调整仪器位置，直至准指示器面板7上的光点在对准指示器面板7上的靶心位置处；
2）、按下测量按钮9，将被测物12位置信息通过图像感应器8检测并且通过数据输出接口传输到上位机中；
3）、使三个光纤陀螺仪4处于检测状态，移动设备，到下一个被测物位置；
4）、重复步骤1），光点在对准指示器面板7上的靶心位置处后，将三个光纤陀螺仪4检测位置信息传输给上位机；
5）、按下按钮9，将第二个测物12位置信息通过图像感应器8检测并且通过数据输出接口传输到上位机中；
6）、将通过上位机计算第一被测物位置信息、移动过程中三个光纤陀螺仪4的检测信息和第二被测物的位置信息，得到两个被测物之间的空间信息。
实际使用时，光源部件所测量的姿态角是在平行光管坐标系下，光纤陀螺仪4对测量仪本身的运动进行测量，三个光纤陀螺仪4分别测量测量仪三个转动轴线的角度变化，将光源部件在不同位置所测得的校靶镜的姿态角统一到同一个三维坐标系下，进而实现多个校靶镜之间轴偏角的测量，即三维空间直线的角度测量。
在使用本仪器进行测量时，需要配合专用的反射镜，将反射镜通过机械方式安装在被测物12上作为校靶镜，应用反射镜的镜面法线表示需要测量的空间直线。操作者接通测量仪的电源后，双手端平仪器移动至反射镜前，将测量镜头初步对准被测反射镜，通过对准指示器面板7观察测量光束对正情况，同时微调仪器角度，当对正指示器指示对正后，操作者按下测量按钮，即可完成测量。使用仪器对三维空间内的不同直线测量后，可通过光电惯性校靶测量系统的终端计算机观看角度测量结果。
Claims (10)
1.光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，包括有前部壳体（1）和后部壳体（2），前部壳体（1）与后部壳体（2）形成空箱体结构，其特征在于：前部壳体（1）的正面设置有测量镜头（3），前部壳体（1）内部设置有光源部件（5），光源部件（5）与测量镜头（3）之间通过分光棱镜（6）进行光线的传输，图像传感器（8）设置在前部壳体（1）的内部，感应和传输分光棱镜（6）中光信号；前部壳体（1）的上表面与分光棱镜（6）相对位置处设置有对准指示器面板（7）；在前部壳体（1）的侧面、底面和后部壳体（2）上分别设置有光纤陀螺仪（4），三个光纤陀螺仪（4）采集的数据传输至上位机。
2.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：所述的分光棱镜（6）两个上下罗列，下部的分光棱镜（6）的外侧直对测量镜头（3），内侧直对图像感应器（8），上部的分光棱镜（6）内侧直对光源部件（5），上表面直对对准指示器面板（7）。
3.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：所述的对准指示器面板（7）上表面设置有靶圈结构，靶心位置为对准指示器面板（7）的中心点。
4.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：所述的测量镜头（3）设置有滤光镜片（3-1）。
5.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：所述的分光棱镜（6）设置在棱镜托架（6-1）内，通过棱镜托架（6-1）固定在前部壳体（1）内部。
6.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：所述的光源部件（5）由外部的准直光源托架（5-1）和内部的准直光源（5-2）组成。
7.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：所述的前部壳体（1）外侧设置有测量按钮（9）和把手（10）。
8.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：所述的三个光纤陀螺仪（4）相互正交，且光源部件（5）的中心与三个光纤陀螺仪（4）的中心相交于一点。
9.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪，其特征在于：前部壳体（1）的内部设置有精密托架（11），前部壳体（1）内部的部件整合固定在精密托架（11）上，设置在前部壳体（1）内。
10.根据权利要求1所述的光电惯性校靶系统三维空间角度测量仪的使用方法，其步骤为：
1）、将准直光源（5-2）打开，使测量镜头（3）对准被测物（12），查看对准指示器面板（7）上的光点位置，调整仪器位置，直至准指示器面板（7）上的光点在对准指示器面板（7）上的靶心位置处；
2）、按下测量按钮（9），将被测物（12）位置信息通过图像感应器（8）检测并且通过数据输出接口传输到上位机中；
3）、使三个光纤陀螺仪（4）处于检测状态，移动设备，到下一个被测物位置；
4）、重复步骤1），光点在对准指示器面板（7）上的靶心位置处后，将三个光纤陀螺仪（4）检测位置信息传输给上位机；
5）、按下按钮（9），将第二个测物（12）位置信息通过图像感应器（8）检测并且通过数据输出接口传输到上位机中；
6）、将通过上位机计算第一被测物位置信息、移动过程中三个光纤陀螺仪（4）的检测信息和第二被测物的位置信息，得到两个被测物之间的空间信息。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160420 |