CN106679936A - 一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及仪器检测技术领域，尤其涉及一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法，其装置包括一维跟踪能力测试模块，所述一维跟踪能力测试模块包括长直线电机平台和短直线电机平台，所述长直线电机平台上设有长直线导轨，所述长直线导轨上滑动连接所述短直线电机平台，所述短直线电机平台上设有与所述长直线导轨垂直的短直线导轨，所述短直线导轨上滑动连接设有靶球的固定座；所述长直线电机平台和所述短直线电机平台均与控制单元连接。本发明可以产生不同半径的标准圆弧，在进行一维跟踪能力测试过程中，实现合作目标可变半径的标准圆弧轨迹，为评价激光跟踪仪提供更加有效的决策数据。

Description

一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法

技术领域

本发明涉及仪器检测技术领域，尤其涉及一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法。

背景技术

激光跟踪仪，其对合作目标坐标的高精度测量是以激光跟踪为基础的。跟踪仪只有具有非常好的跟踪能力才能在工业现场发挥出大尺寸精密测量的巨大潜力。准确高效的测试跟踪仪的跟踪能力能为跟踪性能的提高和仪器的恰当使用提供重要的参考依据。由于激光跟踪仪的跟踪头采用能够方位旋转和俯仰旋转的二维转台实现对目标的跟踪，因而完整的跟踪测试装置要求既能测试跟踪仪的一维跟踪能力又能测试跟踪仪的二维跟踪能力，前者重点为跟踪系统的优化和跟踪策略的改进提供评估手段，后者重点为用户在大尺寸测量空间操作合作目标提供参考和约束。然而，目前的跟踪能力测试装置对一维的跟踪能力测试还不够完善，常见的是将激光跟踪仪置于固定的圆弧轨道的圆心处，通过控制目标靶球在圆弧轨道上运动，从而实现对激光跟踪仪一维能力的测试过程，但是由于圆弧轨道是提前固定设置的，此种测试过程不能实现激光跟踪仪在不同半径的圆弧轨迹下的跟踪能力测试，不能有效的评价激光跟踪仪的跟踪能力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法，用于解决现有激光跟踪仪跟踪检测装置不能实现可变半径的标准圆弧轨迹测试、不能有效评价激光跟踪仪跟踪能力的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置，包括一维跟踪能力测试模块，所述一维跟踪能力测试模块包括长直线电机平台和短直线电机平台，所述长直线电机平台上设有长直线导轨，所述长直线导轨上滑动连接所述短直线电机平台，所述短直线电机平台上设有与所述长直线导轨垂直的短直线导轨，所述短直线导轨上滑动连接设有靶球的固定座；所述长直线电机平台和所述短直线电机平台均与控制单元连接。

其中，还包括二维跟踪能力测试模块，所述二维跟踪能力测试模块包括支撑架、旋转电机和旋转臂，所述支撑架的顶端设有所述旋转电机，所述旋转电机的输出轴垂直连接所述旋转臂，所述旋转臂的顶端连接靶球座；所述旋转电机与所述控制单元连接。

其中，所述旋转臂设有两个，两个所述旋转臂相对所述输出轴的轴线对称布置。

其中，所述控制单元为电控单元。

其中，所述旋转臂为可伸缩式的旋转臂。

本发明还提供了一种激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其采用上述的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，所述测试方法包括一维跟踪能力测试，所述一维跟踪能力测试包括方位跟踪极限测试；所述方位跟踪极限测试包括如下步骤：

S11、将所述长直线电机平台水平放置；

S12、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的高度，使得所述激光跟踪仪的反射镜中心与所述固定座上靶球的球心等高；调整基座的位置，使得所述激光跟踪仪与所述固定座上靶球的水平距离为预设值；

S13、启动控制单元，控制所述长直线电机平台和所述短直线电机平台协同运动，使得所述固定座上靶球的运动轨迹为水平圆弧并进行较低速的往复运动；

S14、所述固定座上靶球完成n(n≥1)次往复运动后，分别增加一次所述固定座上靶球的速度和加速度，记录所述固定座上靶球的速度和加速度；

S15、重复S14的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述固定座上靶球的跟踪；

S16、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2n次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为方位跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S17、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2n次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为方位跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18、重复步骤S17，直至确定出方位跟踪极限。

其中，所述方位跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S19、计算所述方位跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将所述速度偏差绝对值与所述方位跟踪极限的速度的比值和所述加速度偏差绝对值与所述方位跟踪极限的加速度的比值作为一维状态下相对跟踪能力的评价标准；

所述速度偏差绝对值为通过复核的所述固定座上靶球的速度与所述激光跟踪仪输出的速度的差值的绝对值；所述加速度偏差为通过复核的所述固定座上靶球的加速度与所述激光跟踪仪输出的加速度的差值的绝对值。

其中，所述一维跟踪能力测试包括还包括俯仰跟踪极限测试，所述俯仰跟踪极限测试包括如下步骤：

S11＇、将所述长直线电机平台竖直放置；

S12＇、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的位置，使得所述激光跟踪仪与所述固定座上靶球的水平距离为预设值；

S13＇、启动控制单元，控制所述长直线电机平台和所述短直线电机平台协同运动，使得所述固定座上靶球的运动轨迹为竖直圆弧并进行较低速的往复运动；

S14＇、所述固定座上靶球完成n＇(n＇≥1)次往复运动后，分别增加一次所述固定座上靶球的速度和加速度，记录所述固定座上靶球的速度和加速度；

S15＇、重复S14＇的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述固定座上靶球的跟踪；

S16＇、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2n＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为俯仰跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S17＇、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2n＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为俯仰跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18＇、重复步骤S17＇，直至确定出俯仰跟踪极限。

8、根据权利要求7所述的激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，所述俯仰跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S19＇、计算所述俯仰跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将所述速度偏差绝对值与所述俯仰跟踪极限的速度的比值和所述加速度偏差绝对值与所述俯仰跟踪极限的加速度的比值作为一维状态下相对跟踪能力的评价标准；

所述速度偏差绝对值为通过复核的所述固定座上靶球的速度与所述激光跟踪仪输出的速度的差值的绝对值；所述加速度偏差为通过复核的所述固定座上靶球的加速度与所述激光跟踪仪输出的加速度的差值的绝对值。

其中，所述一维跟踪能力测试还包括测距响应能力测试，所述测距响应能力测试，包括如下步骤：

S11＂、将所述长直线电机平台水平放置；

S12＂、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的高度，使得激光跟踪仪的反射镜中心与所述固定座上靶球的球心等高；调整基座的位置，使得所述激光跟踪仪与所述固定座上靶球的水平距离为预设值；

S13＂、启动控制单元，控制所述长直线电机平台运动，使得所述固定座上靶球沿水平直线进行较低速的往复运动；

S14＂、所述固定座上靶球完成N(N≥1)次往复运动后，分别增加一次所述固定座上靶球的速度和加速度，记录所述固定座上靶球的速度和加速度；

S15＂、重复S14＂的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述固定座上靶球的跟踪；

S16＂、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2N次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为测距响应的跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S17＂、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2N次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为测距响应的跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18＂、重复步骤S17＂，直至确定出测距响应的跟踪极限。

其中，还包括二维跟踪能力测试，所述二维跟踪能力测试包括如下步骤：

S21、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的高度，使得激光跟踪仪的反射镜中心与所述旋转电机的中心等高；调整基座的位置，使得所述反射镜中心与所述旋转电机的中心的连接线垂直于所述旋转臂；

S22、启动控制单元，控制所述旋转电机动作，使得所述靶球座上靶球绕所述旋转电机的中心做圆周运动并进行较低速的往复运动；

S23、所述靶球座上靶球完成N＇(N＇≥1)次往复运动后，分别增加一次所述靶球座上靶球的速度和加速度，记录所述靶球座上靶球的速度和加速度；

S24、重复S23的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述靶球座上靶球的跟踪；

S25、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述靶球座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2N＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述靶球座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为二维跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S26、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述靶球座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2N＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述靶球座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为二维跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S27、重复步骤S26，直至确定出二维跟踪极限。

其中，所述二维跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S28、计算所述二维跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将所述速度偏差绝对值与二维跟踪极限的速度的比值和所述加速度偏差绝对值与二维跟踪极限的加速度的比值作为二维的相对跟踪能力的评价标准；

所述速度偏差绝对值为通过复核的所述靶球座上靶球的速度与所述激光跟踪仪输出的速度的差值的绝对值；所述加速度偏差为通过复核的所述靶球座上靶球的加速度与所述激光跟踪仪输出的加速度的差值的绝对值。

(三)有益效果

本发明提供的激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法，相比于现有技术具有以下特点：

1、本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，通过长直线电机平台和短直线导轨平台的有机配合，能够使得能力测试装置的一维跟踪能力测试模块上的靶球的运动轨迹为标准圆弧，通过控制单元对长直线电机平台和短直线电机平台的控制，可以实现靶球的不同半径的圆弧运动，从而实现可变半径的标准圆弧轨迹的一维跟踪能力测试，进而更有效的实现对激光跟踪仪的评价；

2、本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，一维跟踪能力测试模块在将长直线电机平台的放置位置不同，可以实现对水平、竖直的一维跟踪的综合能力测试，为评价激光跟踪仪提供有效的数据；

3、本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，通过二维跟踪能力测试模块能够实现对二维跟踪能力的测试，从而使得测试装置既能对一维跟踪能力进行测试又能对二维跟踪能力进行测试，并通过一维和二维的两种状态，能够对激光跟踪仪进行较为综合以及全面的评价，既能为仪器开发人用提供重要分析决策数据，又能为仪器使用人员提供重要的参考数据。

附图说明

图1为本发明提供的激光跟踪仪跟踪能力测试装置的组成示意图；

图2为本发明提供的激光跟踪仪方位跟踪能力测试的示意图；

图3为本发明提供的激光跟踪仪俯仰跟踪能力测试的示意图；

图4为本发明提供的激光跟踪仪测距响应能力测试的示意图；

图5为本发明提供的激光跟踪仪二维跟踪能力测试的示意图；

图中，100：一维跟踪能力测试模块；200：二维跟踪能力测试模块；1：长直线电机平台；2：短直线电机平台；3：长直线导轨；4：短直线导轨；5：固定座；6：控制单元；7：支撑架；8：旋转电机；9：旋转臂；10：靶球座；11：激光跟踪仪；12：光学平台；13：靶球。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法，用于解决现有激光跟踪仪跟踪检测装置不能实现可变半径的标准圆弧轨迹测试、不能有效评价激光跟踪仪跟踪能力的问题。

如图1、2、3所示，本发明实施例中提供一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置，包括一维跟踪能力测试模块100，一维跟踪能力测试模块100包括长直线电机平台1和短直线电机平台2，长直线电机平台1上设有长直线导轨3，长直线导轨3上滑动连接短直线电机平台2，短直线电机平台2上设有与长直线导轨3垂直的短直线导轨4，短直线导轨4上滑动连接设有靶球的固定座5；长直线电机平台1和短直线电机平台2均与控制单元6连接。进一步的，为了通过控制长直线电机平台1和短直线电机平抬2实现固定座5上靶球13的运动，控制单元6采用电控单元。本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，利用两台直线电机通过数学分解与合成的方式能够产生直径可变的标准圆弧，能够在大范围内测试激光跟踪仪的一维跟踪能力；此外，该测试装置在进行一维跟踪能力测试过程中，长直线电机平台水平放置时，能够实现方位跟踪能力测试，长直线电机平台竖直放置时，能够实现俯仰跟踪能力测试。

本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，通过长直线电机平台1和短直线导轨平台2的有机配合，能够使得能力测试装置的一维跟踪能力测试模块上的靶球的运动轨迹为标准圆弧，通过控制单元6对长直线电机平台1和短直线电机平台2的控制，可以实现固定座5上靶球的不同半径的圆弧运动，从而实现可变半径的标准圆弧轨迹的一维跟踪能力测试，进而更有效的实现对激光跟踪仪的评价。此外，本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，一维跟踪能力测试模块在将长直线电机平台的放置位置不同，可以实现对水平、竖直的一维跟踪的综合能力测试，为评价激光跟踪仪提供有效的数据。

本实施例中，本发明提供的激光跟踪仪跟踪能力测试装置通过一维跟踪能力测试模块100进行一维跟踪能力测试，一维跟踪能力测试过程中，将长直线电机平台水平放置，完成方位跟踪极限测试。具体的，该方位跟踪极限测试包括如下步骤：

S11、将长直线电机平台1水平放置在光学平台12上；

S12、将激光跟踪仪11水平放置在基座(图中未示出)上，调整基座的高度，使得激光跟踪仪11的反射镜中心与固定座5上靶球的球心等高；调整基座的位置，使得激光跟踪仪11与固定座5上靶球的水平距离为预设值；

S13、启动控制单元6，控制长直线电机平台1和短直线电机平台2协同运动，分别实现短直线电机平台2与长直线导轨3的相对运动和固定座5与短直线导轨4的相对运动，从而使得固定座5上靶球的运动轨迹为水平圆弧，并通过控制单元6实现固定座5上靶球13沿水平圆弧进行较低速的往复运动；

S14、固定座5上靶球13完成n(n≥1)次往复运动后，分别增加一次固定座5上靶球的速度和加速度，并记录每次固定座5上靶球13的速度和加速度；

S15、重复S14的步骤，直到激光跟踪仪11的跟踪头不能实现对所述固定座5上靶球13的跟踪；

S16、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，固定座5上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2n次往复运动，若是复现激光跟踪仪11对固定座5上靶球13的跟踪，则最大的速度和加速度即为方位跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；可以理解的是，在进行复核时，为了能够保证复核准确性，以及保证确定的跟踪极限的准确性，复核时要进行至少2n次的往复运动，即复核时往复运动的次数要为S14中的初次往复运动次数的2倍以上；

S17、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，固定座5上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2n次往复运动，若是复现激光跟踪仪11对固定座5上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为方位跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18、重复步骤S17，直至确定出方位跟踪极限。

本发明提供的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，通过一维跟踪能力测试模块的长直线导轨水平放置，并在控制单元的控制作用下，实现对方位跟踪能力的测试，从而确定出方位跟踪极限，以便为评价激光跟踪仪提供有效的数据。

本实施例中，方位跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S19、计算方位跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将所述速度偏差绝对值与所述方位跟踪极限的速度的比值和所述加速度偏差绝对值与所述方位跟踪极限的加速度的比值作为方位相对跟踪能力的评价标准；其中，速度偏差绝对值为通过复核的固定座5上靶球的速度与激光跟踪仪11输出的速度的差值的绝对值；加速度偏差为通过复核的固定座5上靶球的加速度与激光跟踪仪11输出的加速度的差值的绝对值。

本发明的跟踪能力测试方法中对激光跟踪能力的评价可以分为两级，一个就是通过确定的跟踪仪正常工作的跟踪能力，即作为合作目标的靶球以多大速度、加速度运动时，跟踪仪能正常输出坐标值；另一个即为跟踪极限确定后的速度偏差值、加速度偏差值；通过两方面对激光跟踪仪的跟踪能力进行评价，既能为仪器开发人员提供重要分析决策数据，又能为仪器使用人员的使用提供使用的基础数据。

本实施例中，一维跟踪能力测试还包括俯仰跟踪极限测试，俯仰跟踪极限测试包括如下步骤：

S11＇、将长直线电机平台1竖直放置；

S12＇、将激光跟踪仪11水平放置在基座上，调整基座的位置，使得激光跟踪仪11与固定座5上靶球的水平距离为预设值；

S13＇、启动控制单元，控制长直线电机平台1和短直线电机平台2协同运动，分别实现短直线电机平台2与长直线导轨3的相对运动和固定座5与短直线导轨4的相对运动，从而使得固定座5上靶球13的运动轨迹为水竖直圆弧，并通过控制单元6实现固定座5上靶球13沿竖直圆弧进行较低速的往复运动；

S14＇、固定座5上靶球完成n＇(n＇≥1)次往复运动后，分别增加一次固定座5上靶球13的速度和加速度，记录固定座5上靶球13的速度和加速度；

S15＇、重复S14＇的步骤，直到激光跟踪仪11的跟踪头不能实现对所述靶球的跟踪；

S16＇、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，固定座5上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2n＇次往复运动，若是激光跟踪仪11复现对固定座5上靶球13的跟踪，则最大的速度和加速度即为俯仰跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；可以理解的是，在进行复核时，为了能够保证复核准确性，以及保证确定的跟踪极限的准确性，复核时要进行至少2n＇次的往复运动，即复核时往复运动的次数要为S14中的初次往复运动次数的2倍以上；

S17＇、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，固定座5上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2n＇次往复运动，若是激光跟踪仪11复现固定座5上靶球13的跟踪，则次一级的速度和加速度即为俯仰跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18＇、重复步骤S17＇，直至确定出俯仰跟踪极限。

本发明提供的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，通过一维跟踪能力测试模块的长直线导轨竖直放置，并在控制单元的控制作用下，实现对方位跟踪能力的测试，从而确定出俯仰跟踪极限，以便为评价激光跟踪仪提供有效的数据。

本实施例中，俯仰跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S19＇、计算俯仰跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将速度偏差绝对值与俯仰跟踪极限的速度的比值和加速度偏差绝对值与俯仰跟踪极限的加速度的比值作为俯仰相对跟踪能力的评价标准；速度偏差绝对值为通过复核的固定座5上靶球13的速度与激光跟踪仪11输出的速度的差值的绝对值；加速度偏差为通过复核的固定座5上靶球13的加速度与激光跟踪仪11输出的加速度的差值的绝对值。

本发明提供的激光跟踪能力测试方法，将一维状态下方位和俯仰的跟踪极限的偏差绝对值与跟踪极限的比值一维状态下相对跟踪能力的评价标准，比值越小，则跟踪能力越好，通过该评价标准，可以有效评价激光跟踪仪11的一维状态的跟踪能力。

如图4所示，本实施例中，一维跟踪能力测试还包括测距响应能力测试，测距响应能力测试包括如下步骤：

S11＂、将长直线电机平台1水平放置在光学平台12上；

S12＂、将激光跟踪仪11水平放置在基座上，调整基座的高度，使得激光跟踪仪11的反射镜中心与固定座5上靶球13的球心等高；调整基座的位置，使得激光跟踪仪11与固定座5上靶球13的水平距离为预设值；

S13＂、启动控制单元，控制长直线电机平台1单独运动，使得固定座5上靶球13沿水平直线进行较低速的往复运动；

S14＂、固定座5上靶球完成N(N≥1)次往复运动后，分别增加一次固定座5上靶球13的速度和加速度，记录固定座5上靶球13的速度和加速度；

S15＂、重复S14＂的步骤，直到激光跟踪仪11的跟踪头不能实现对固定座5上靶球13的跟踪；

S16＂、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，固定座5上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2N次往复运动，若是激光跟踪仪11复现固定座5上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为测距响应的跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；可以理解的是，在进行复核时，为了能够保证复核准确性，以及保证确定的跟踪极限的准确性，复核时要进行至少2N次的往复运动，即复核时往复运动的次数要为S14中的初次往复运动次数的2倍以上；

S17＂、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，固定座5上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2N次往复运动，若是激光跟踪仪11复现固定座5上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为测距响应的跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18＂、重复步骤S17＂，直至确定出测距响应的跟踪极限。

本发明提供的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，通过一维跟踪能力测试模块的长直线电机平台水平放置，控制单元控制长直线电机平台单独作用，实现对测距响应跟踪能力的测试，从而确定出测距相应的跟踪极限，以便为仪器开发人员评价激光跟踪仪提供有效的数据。

如图5所示，本实施例中，本发明提供的激光跟踪仪跟踪能力测试装置还包括二维跟踪能力测试模块200，二维跟踪能力测试模块200包括支撑架7、旋转电机8和旋转臂9，支撑架7的顶端设有旋转电机8，旋转电机8的输出轴垂直连接旋转臂9，旋转臂9的顶端连接靶球座10；旋转电机8与控制单元6连接。更进一步的，为了保持力矩的平衡，旋转臂9设有两个，两个旋转臂9相对旋转电机8的输出轴的轴线对称布置。此外，为了实现靶球座10上靶球的运动轨迹为不同的圆形，旋转臂9设计为可伸缩式的旋转臂，通过改变旋转臂的长度，实现不同直径状态的圆形轨迹。

本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，通过二维跟踪能力测试模块200能够实现对二维跟踪能力的测试，在控制单元的控制下，旋转电机8带动旋转臂9在竖直平面内做圆周运动，靶球座10上靶球13产生方位、俯仰方向上的速度和加速度，从而使得其绕着输出轴的轴线做圆周运动，完成对激光跟踪仪的二维跟踪能力测试；激光跟踪仪跟踪能力测试装置既能通过一维跟踪能力测试模块对一维跟踪能力进行测试又能通过二维跟踪能力测试模块对二维跟踪能力进行测试；通过对一维和二维的两种状态下的测试结果，能够对激光跟踪仪进行较为综合以及全面的评价。

具体的，二维跟踪能力测试包括如下步骤：

S21、将激光跟踪仪11水平放置在基座上，调整基座的高度，使得激光跟踪仪11的反射镜中心与旋转电机8的中心等高；调整基座的位置，使得反射镜中心与旋转电机8的中心的连接线垂直于旋转臂9；

S22、启动控制单元6，控制旋转电机8动作，旋转电机8的输出轴在旋转电机8的电动下旋转，与输出轴垂直连接的旋转臂9围绕输出轴做圆周运动，则靶球座10上靶球的运动轨迹为竖直平面上的圆周运动，并通过控制单元实现靶球座10上靶球沿圆周进行较低速的往复运动；

S23、靶球座10上靶球完成N＇(N＇≥1)次往复运动后，分别增加一次靶球座10上靶球的速度和加速度，记录靶球座10上靶球的速度和加速度；

S24、重复S23的步骤，直到激光跟踪仪11的跟踪头不能实现对靶球座10上靶球的跟踪；

S25、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，靶球座10上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2N＇次往复运动，若是激光跟踪仪11复现靶球座10上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为二维跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；可以理解的是，在进行复核时，为了能够保证复核准确性，以及保证确定的跟踪极限的准确性，复核时要进行至少2N＇次的往复运动，即复核时往复运动的次数要为S14中的初次往复运动次数的2倍以上；

S26、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，靶球座10上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2N＇次往复运动，若是激光跟踪仪11复现靶球座10上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为二维跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S27、重复步骤S26，直至确定出二维跟踪极限。

本实施例中，二维跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S28、计算二维跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将速度偏差绝对值与二维跟踪极限的速度的比值和加速度偏差绝对值与二维跟踪极限的加速度的比值作为二维的相对跟踪能力的评价标准；速度偏差绝对值为通过复核的靶球座10上靶球的速度与激光跟踪仪11输出的速度的差值的绝对值；加速度偏差为通过复核的靶球座10上靶球的加速度与激光跟踪仪11输出的加速度的差值的绝对值。

可以理解的是，二维状态下的跟踪能力测试过程中，旋转电机的作用下，作为目标的靶球产生竖直平面上的方位、俯仰方向的速度、加速度矢量，且激光跟踪仪也是分别输出方位、俯仰方向上的速度、俯仰加速度，在确定二维跟踪极限之后，应首次通过靶球座10上靶球的方位、俯仰方向上的速度和加速度求得二维跟踪极限的合速度和合加速度，通过激光跟踪仪11输出的方位、俯仰方向上的速度和加速度求得此时激光跟踪仪11输出的合速度和合加速度，再通过靶球座10上靶球的合速度以及激光跟踪仪11的合速度计算出二者的速度偏差值，通过靶球座10上靶球的合加速度以及激光跟踪仪11的合加速度计算出二者的加速度偏差绝对值。

本发明的激光跟踪仪跟踪能力测试装置及方法，通过一维跟踪能力测试模块，能够实现直径可变的标准圆弧，能够在大范围内测试激光跟踪仪的方位、俯仰一维跟踪能力；通过二维跟踪能力测试模块，通过旋转电机和旋转臂，能够进行大范围内的二维跟踪能力测试；测试过程中不仅得出相应的跟踪极限，还根据跟踪极限确定出速度偏差值与目标速度的比值以及加速度偏差绝对值与目标加速度的比值；两方面的评价，既能为仪器开发人用提供重要分析决策数据，又能为仪器使用人员提供重要的参考数据。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种激光跟踪仪跟踪能力测试装置，其特征在于，包括一维跟踪能力测试模块，所述一维跟踪能力测试模块包括长直线电机平台和短直线电机平台，所述长直线电机平台上设有长直线导轨，所述长直线导轨上滑动连接所述短直线电机平台，所述短直线电机平台上设有与所述长直线导轨垂直的短直线导轨，所述短直线导轨上滑动连接设有靶球的固定座；所述长直线电机平台和所述短直线电机平台均与控制单元连接。

2.根据权利要求1所述的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，其特征在于，还包括二维跟踪能力测试模块，所述二维跟踪能力测试模块包括支撑架、旋转电机和旋转臂，所述支撑架的顶端设有所述旋转电机，所述旋转电机的输出轴垂直连接所述旋转臂，所述旋转臂的顶端连接靶球座；所述旋转电机与所述控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，其特征在于，所述旋转臂设有两个，两个所述旋转臂相对所述输出轴的轴线对称布置。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，其特征在于，所述控制单元为电控单元。

5.根据权利要求2或3所述的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，其特征在于，所述旋转臂为可伸缩式的旋转臂。

6.一种激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，利用权利要求1-5中任一项所述的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，所述测试方法包括一维跟踪能力测试，所述一维跟踪能力测试包括方位跟踪极限测试；所述方位跟踪极限测试包括如下步骤：

S11、将所述长直线电机平台水平放置；

S12、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的高度，使得所述激光跟踪仪的反射镜中心与所述固定座上靶球的球心等高；调整基座的位置，使得所述激光跟踪仪与所述固定座上靶球的水平距离为预设值；

S13、启动控制单元，控制所述长直线电机平台和所述短直线电机平台协同运动，使得所述固定座上靶球的运动轨迹为水平圆弧并进行较低速的往复运动；

S14、所述固定座上靶球完成n(n≥1)次往复运动后，分别增加一次所述固定座上靶球的速度和加速度，记录所述固定座上靶球的速度和加速度；

S15、重复S14的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述固定座上靶球的跟踪；

S16、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2n次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为方位跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S17、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2n次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为方位跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18、重复步骤S17，直至确定出方位跟踪极限。

7.根据权利要求6所述的激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，所述方位跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S19、计算所述方位跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将所述速度偏差绝对值与所述方位跟踪极限的速度的比值和所述加速度偏差绝对值与所述方位跟踪极限的加速度的比值作为一维状态下相对跟踪能力的评价标准；

所述速度偏差绝对值为通过复核的所述固定座上靶球的速度与所述激光跟踪仪输出的速度的差值的绝对值；所述加速度偏差为通过复核的所述固定座上靶球的加速度与所述激光跟踪仪输出的加速度的差值的绝对值。

8.根据权利要求6所述的激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，所述一维跟踪能力测试包括还包括俯仰跟踪极限测试，所述俯仰跟踪极限测试包括如下步骤：

S11＇、将所述长直线电机平台竖直放置；

S12＇、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的位置，使得所述激光跟踪仪与所述固定座上靶球的水平距离为预设值；

S13＇、启动控制单元，控制所述长直线电机平台和所述短直线电机平台协同运动，使得所述固定座上靶球的运动轨迹为竖直圆弧并进行较低速的往复运动；

S14＇、所述固定座上靶球完成n＇(n＇≥1)次往复运动后，分别增加一次所述固定座上靶球的速度和加速度，记录所述固定座上靶球的速度和加速度；

S15＇、重复S14＇的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述固定座上靶球的跟踪；

S16＇、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2n＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为俯仰跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S17＇、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2n＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为俯仰跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18＇、重复步骤S17＇，直至确定出俯仰跟踪极限。

9.根据权利要求8所述的激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，所述俯仰跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S19＇、计算所述俯仰跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将所述速度偏差绝对值与所述俯仰跟踪极限的速度的比值和所述加速度偏差绝对值与所述俯仰跟踪极限的加速度的比值作为一维状态下相对跟踪能力的评价标准；

所述速度偏差绝对值为通过复核的所述固定座上靶球的速度与所述激光跟踪仪输出的速度的差值的绝对值；所述加速度偏差为通过复核的所述固定座上靶球的加速度与所述激光跟踪仪输出的加速度的差值的绝对值。

10.根据权利要求6所述的激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，所述一维跟踪能力测试还包括测距响应能力测试，所述测距响应能力测试，包括如下步骤：

S11＂、将所述长直线电机平台水平放置；

S12＂、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的高度，使得激光跟踪仪的反射镜中心与所述固定座上靶球的球心等高；调整基座的位置，使得所述激光跟踪仪与所述固定座上靶球的水平距离为预设值；

S13＂、启动控制单元，控制所述长直线电机平台运动，使得所述固定座上靶球沿水平直线进行较低速的往复运动；

S14＂、所述固定座上靶球完成N(N≥1)次往复运动后，分别增加一次所述固定座上靶球的速度和加速度，记录所述固定座上靶球的速度和加速度；

S15＂、重复S14＂的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述固定座上靶球的跟踪；

S16＂、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2N次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为测距响应的跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S17＂、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述固定座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2N次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述固定座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为测距响应的跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S18＂、重复步骤S17＂，直至确定出测距响应的跟踪极限。

11.根据权利要求6所述的激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，利用权利要求2或3所述的激光跟踪仪跟踪能力测试装置，所述测试方法还包括二维跟踪能力测试，所述二维跟踪能力测试包括如下步骤：

S21、将激光跟踪仪水平放置在基座上，调整基座的高度，使得激光跟踪仪的反射镜中心与所述旋转电机的中心等高；调整基座的位置，使得所述反射镜中心与所述旋转电机的中心的连接线垂直于所述旋转臂；

S22、启动控制单元，控制所述旋转电机动作，使得所述靶球座上靶球绕所述旋转电机的中心做圆周运动并进行较低速的往复运动；

S23、所述靶球座上靶球完成N＇(N＇≥1)次往复运动后，分别增加一次所述靶球座上靶球的速度和加速度，记录所述靶球座上靶球的速度和加速度；

S24、重复S23的步骤，直到所述激光跟踪仪的跟踪头不能实现对所述靶球座上靶球的跟踪；

S25、对能够实现跟踪的最大的速度和加速度进行复核，所述靶球座上靶球在最大的速度和加速度下进行至少2N＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述靶球座上靶球的跟踪，则最大的速度和加速度即为二维跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S26、对能够实现跟踪的次一级的速度和加速度进行复核，所述靶球座上靶球在次一级的速度和加速度下进行至少2N＇次往复运动，若是所述激光跟踪仪复现所述靶球座上靶球的跟踪，则次一级的速度和加速度即为二维跟踪极限；若是不能复现，则进行下一步；

S27、重复步骤S26，直至确定出二维跟踪极限。

12.根据权利要求11所述的激光跟踪仪跟踪能力测试方法，其特征在于，所述二维跟踪极限确定之后，还包括如下步骤：

S28、计算所述二维跟踪极限的速度偏差绝对值和加速度偏差绝对值，并将所述速度偏差绝对值与二维跟踪极限的速度的比值和所述加速度偏差绝对值与二维跟踪极限的加速度的比值作为二维的相对跟踪能力的评价标准；

所述速度偏差绝对值为通过复核的所述靶球座上靶球的速度与所述激光跟踪仪输出的速度的差值的绝对值；所述加速度偏差为通过复核的所述靶球座上靶球的加速度与所述激光跟踪仪输出的加速度的差值的绝对值。