CN106840083A - 一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，包括双扇形旋转激光发射头、非接触供电装置、基准激光发射装置和传动轴系；双扇形旋转激光发射头的点激光器、立方体分光镜固定于旋转座上，由点激光器射出的准直光通过旋转座的回转轴，并在旋转座回转轴处被立方体分光镜分成两束光，分别打到两个鲍威尔棱镜的发散棱上；非接触供电装置用于给点激光器驱动电路供电；传动轴系包括传动轴，传动轴连接双扇形旋转激光发射头和基准激光发射装置的旋转编码器码盘。本发明通过外置光电传感器的方式可自动测量标靶位置的水平角和俯仰角，无须人工对准，并且可以实现被测目标的现场实时跟踪测量。
Description
技术领域
本发明涉及大尺寸空间测量技术领域，特别是涉及一种旋转激光自动经纬仪装置。
背景技术
随着航空、航天、船舶和大型电站等领域在制造装配过程中对大型部件精确定位和位置实时测控的要求不断提高，大尺寸测量技术在工业生产中的应用越来越广泛。近几年，以经纬仪作为传感器，用两台或两台以上经纬仪配合计算机及相应的硬件、软件所组成的空间坐标测量系统在工程测量以及计量学中得到广泛的应用。
传统的激光经纬仪测量系统每次测量时都需人工对准目标，这样不仅会降低工作效率，而且会人为引入误差。
在大尺寸测量技术中，中国专利文献“双旋转激光平面发射机的内参数标定方法”(申请号201610049835.5)，该专利申请公开了一种基于双旋转激光平面发射机的内参数标定方法，但没有涉及具体发射机的结构，没有具体的技术方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，以解决上述技术问题；采用空间平面的交会原理，通过外置的光电传感器采集经纬仪发出的基准激光信号和两个平面激光信号，并传到上位机进行解算，即可得到传感器所在位置的实时水平角和俯仰角。因此基于本发明的旋转激光自动经纬仪，通过在被测目标上附加光电传感器的方式，无须人工对准，即可实现被测目标的现场实时跟踪测量。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，包括双扇形旋转激光发射头、非接触供电装置、基准激光发射装置和传动轴系；
双扇形旋转激光发射头包括旋转座、点激光器、点激光器驱动电路、立方体分光镜和鲍威尔棱镜；点激光器、立方体分光镜固定于旋转座上，由点激光器射出的准直光通过旋转座的回转轴，并在旋转座回转轴处被立方体分光镜分成两束光，分别打到两个鲍威尔棱镜的发散棱上；点激光器驱动电路固定于旋转座中，用于驱动点激光器；
非接触供电装置用于给点激光器驱动电路供电；
基准激光发射装置包括转编码器码盘和旋转编码器读数模块；旋转编码器码盘固定于传动轴系的传动轴上，能够随传动轴同步旋转；旋转编码器读数模块用于读取旋转编码器码盘旋转数据；
传动轴系包括传动轴，传动轴的顶部连接双扇形旋转激光发射头，用于驱动双扇形旋转激光发射头旋转。
进一步的，两个鲍威尔棱镜的两束扇形激光平面与竖直平面的夹角分别为正负30度。
进一步的，旋转座的顶部设有发射头盖。
进一步的，非接触供电装置包括发射线圈座、发射线圈、接收线圈、接收线圈座和隔磁片；接收整流滤波电路集成于点激光器驱动电路中；发射线圈固定于发射线圈座上，而发射线圈座安装于固定的轴承端盖上，并将隔磁片压紧于发射线圈座和旋转座之间；电源线接入发射震荡放大电路，使得发射线圈产生时变磁场；接收线圈固定于接收线圈座，而接收线圈座安装于转动的旋转座底部；接收线圈由于电磁感应原理产生的交流电经由接收整流滤波电路转换成稳定的直流电，给点激光器驱动电路供电。
进一步的，基准激光发射装置包括环形柔性LED灯带、有机玻璃灯罩、旋转编码器安装座、旋转编码器防护罩、旋转编码器码盘、旋转编码器读数模块和LED灯带驱动电路；旋转编码器码盘固定于传动轴上随传动轴旋转；传动轴外周设有轴承座；旋转编码器安装座固定在轴承座下方，而旋转编码器防护罩及读数模块固定于旋转编码器安装座下方；LED灯带驱动电路安装于经纬仪壳体上腔；环形柔性LED灯带固定于轴承座及发射线圈座外表面；有机玻璃灯罩固定于发射线圈座上。
进一步的，发射震荡放大电路集成于LED灯带驱动电路中。
进一步的，驱动轴系包括传动轴、锁紧螺母、轴承端盖、轴承密封环、上角接触球轴承、下角接触球轴承、轴承拉拔环、轴承座、联轴器、联轴器防护罩和伺服电机；伺服电机通过联轴器连接传动轴；传动轴穿过轴承座中部；传动轴位于轴承座中的部分从下至上依次设有轴承拉拔环、下角接触球轴承、上角接触球轴承和轴承端盖，轴承端盖上部通过锁紧螺母锁紧；轴承端盖的外侧设有轴承密封环。
进一步的，还包括经纬仪壳体和底座；经纬仪壳体固定在底座上方；伺服电机安装于经纬仪壳体下腔，轴承座安装于经纬仪壳体上方。
本发明采用立方体分光镜，将一束准直光通过立方体分光镜，分成两束相交于发射头回转轴的准直光，并通过鲍威尔棱镜发散成扇形激光平面。
本发明采用非接触线圈为转动的点激光器供电，体积小重量轻，且无污染免维护。
本发明采用附加传动轴的方式，通过一对角接触球轴承保证双扇形旋转激光发射头的回转精度。
本发明采用柔性电路板制作的环形LED灯带，体积小，质量轻，安装方便，可靠性高。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：保证了两个扇形激光平面与旋转激光发射头的回转轴交点距离最小，并且保证了发射头的回转精度，减小了双扇形旋转激光自动经纬仪工作时的系统误差。此外鲍威尔棱镜发散出的扇形激光光强均匀，线性度高，同样保证了系统的测量精度。
附图说明
图1为双扇形旋转激光发射头光路示意图；
图2为双扇形旋转激光发射头的剖面图。
具体实施方式
下面结合附图说明本发明的优选实施例。
如图1所示，一种双扇形旋转激光自动经纬仪，包括双扇形旋转激光发射头1、非接触供电装置2、基准激光发射装置3、传动轴系4、经纬仪壳体5和底座6。
如图2所示，双扇形旋转激光发射头1包括旋转座101、点激光器102、点激光器驱动电路103、立方体分光镜104、鲍威尔棱镜105和发射头盖106。点激光器102、立方体分光镜104固定于旋转座101上，由点激光器102射出的准直光通过旋转座101的回转轴，并在旋转座101回转轴处被立方体分光镜104分成两束光，分别打到两个鲍威尔棱镜105的发散棱上。旋转两个鲍威尔棱镜105使两束扇形激光平面与竖直平面的夹角分别为正负30度左右后，固定两个鲍威尔棱镜105。点激光器驱动电路103固定于旋转座101中，用于驱动点激光器102；旋转座101的顶部设有发射头盖106。
非接触供电装置2包括发射线圈座201、发射线圈202、接收线圈203、接收线圈座204和隔磁片205。接收整流滤波电路集成于点激光器驱动电路103中，发射震荡放大电路集成于LED灯带驱动电路307中。发射线圈203固定于发射线圈座204上，而发射线圈座204安装于固定的轴承端盖403上，并将隔磁片205压紧。电源线接入发射震荡放大电路，使得发射线圈产生时变磁场。接收线圈202固定于接收线圈座201，而接收线圈座201安装于转动的旋转座101底部。接收线圈202由于电磁感应原理产生的交流电经由接收整流滤波电路转换成稳定的直流电，给点激光器驱动电路103供电。
基准激光发射装置3包括环形柔性LED灯带301、有机玻璃灯罩302、旋转编码器安装座303、旋转编码器防护罩304、旋转编码器码盘305、旋转编码器读数模块306和LED灯带驱动电路307。旋转编码器码盘305固定于传动轴401上随传动轴401旋转。旋转编码器安装座303固定在轴承座408下方，而旋转编码器防护罩304及读数模块306固定于旋转编码器安装座303下方。LED灯带驱动电路307安装于经纬仪壳体5上腔。环形柔性LED灯带301固定于轴承座408及发射线圈座201外表面。有机玻璃灯罩302固定于发射线圈座201上。
驱动轴系4包括传动轴401、锁紧螺母402、轴承端盖403、轴承密封环404、上角接触球轴承405、下角接触球轴承406、轴承拉拔环407、轴承座408、联轴器409、联轴器防护罩410和伺服电机411。
经纬仪壳体5固定在底座6上方。伺服电机411安装于经纬仪壳体5下腔，伺服电机411产生的旋转运动经由联轴器409传递到传动轴401，从而带动双扇形旋转激光发射头1以及旋转编码器码盘305转动。联轴器409位于经纬仪壳体5上腔，联轴器409外侧设有联轴器防护罩410；轴承座408安装于经纬仪壳体5上方，传动轴401穿过轴承座408中部；传动轴401位于轴承座408中的部分从下至上依次设有轴承拉拔环407、下角接触球轴承406、上角接触球轴承405和轴承端盖403，轴承端盖403上部通过锁紧螺母402锁紧。轴承端盖403的外侧设有轴承密封环404。
本发明一种双扇形旋转激光自动经纬仪的工作过程为：
伺服电机411产生旋转运动，通过联轴器409将运动传递到传动轴401上，从而驱动旋转编码器码盘305以及双扇形旋转激光发射头1旋转。当旋转编码器码盘305旋转时，旋转编码器读取模块306在每个旋转周期固定时刻输出Z相脉冲。之后该Z相脉冲输入到LED灯带驱动电路307中进行信号脉宽压缩，从而驱动环形柔性LED灯带301在伺服电机411每个旋转周期的固定时刻闪烁，为经纬仪提供基准时刻的激光脉冲。此外，非接触供电装置2利用电磁感应原理用于为点激光器驱动电路103供电，其中发射线圈202固定不动，接收线圈203随旋转座101旋转，发射线圈座201及接收线圈座204用于安装两个线圈，同时与隔磁片205一同构成隔磁模块，防止金属的旋转座101、伺服电机411、经纬仪壳体5因电涡流效应而发热。接收整流滤波电路为点激光器驱动电路103供电，从而点亮点激光器102。点激光器102发射一束经过准直透镜准直后的激光光束，激光光束通过旋转座101的回转中心，并在旋转座101回转中心处被分光比为1:1的立方体分光镜104分成两束由同一点发射出的相互垂直的准直光。两束光分别通过两个鲍威尔棱镜105，在一个维度上以扇形发散一束准直光而产生一条笔直且均匀激光线，从而构成两个与旋转座101回转轴交于同一点的两个扇形激光平面。最后通过旋转两个鲍威尔棱镜105使两个扇形激光平面与竖直平面的夹角分别为正负30°。两个扇形激光平面以及环形柔性LED灯带301的闪烁基准激光一同构成了双扇形旋转激光自动经纬仪的测量激光网络。本发明采用空间平面的交会原理，通过外置的光电传感器采集经纬仪发出的基准激光信号和两个平面激光信号，并传到上位机进行解算，即可得到传感器所在位置的实时水平角和俯仰角。因此基于本发明的旋转激光自动经纬仪，通过在被测目标上附加光电传感器的方式，无须人工对准，即可实现被测目标的现场实时跟踪测量。
Claims (8)
1.一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，包括双扇形旋转激光发射头(1)、非接触供电装置(2)、基准激光发射装置(3)和传动轴系(4)；
双扇形旋转激光发射头(1)包括旋转座(101)、点激光器(102)、点激光器驱动电路(103)、立方体分光镜(104)和鲍威尔棱镜(105)；点激光器(102)、立方体分光镜(104)固定于旋转座(101)上，由点激光器(102)射出的准直光通过旋转座(101)的回转轴，并在旋转座(101)回转轴处被立方体分光镜(104)分成两束光，分别打到两个鲍威尔棱镜(105)的发散棱上；点激光器驱动电路(103)固定于旋转座(101)中，用于驱动点激光器(102)；
非接触供电装置(2)用于给点激光器驱动电路(103)供电；
基准激光发射装置(3)包括转编码器码盘(305)和旋转编码器读数模块(306)；旋转编码器码盘(305)固定于传动轴系(4)的传动轴(401)上，能够随传动轴(401)同步旋转；旋转编码器读数模块(306)用于读取旋转编码器码盘(305)旋转数据；
传动轴系(4)包括传动轴(401)，传动轴的顶部连接双扇形旋转激光发射头(1)，用于驱动双扇形旋转激光发射头(1)旋转。
2.根据权利要求1所述的一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，两个鲍威尔棱镜(105)的两束扇形激光平面与竖直平面的夹角分别为正负30度。
3.根据权利要求1所述的一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，旋转座(101)的顶部设有发射头盖(106)。
4.根据权利要求1所述的一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，非接触供电装置(2)包括发射线圈座(201)、发射线圈(202)、接收线圈(203)、接收线圈座(204)和隔磁片(205)；接收整流滤波电路集成于点激光器驱动电路(103)中；发射线圈(203)固定于发射线圈座(204)上，而发射线圈座(204)安装于固定的轴承端盖(403)上，并将隔磁片(205)压紧于发射线圈座(201)和旋转座(101)之间；电源线接入发射震荡放大电路，使得发射线圈产生时变磁场；接收线圈(202)固定于接收线圈座(201)，而接收线圈座(201)安装于转动的旋转座(101)底部；接收线圈(202)由于电磁感应原理产生的交流电经由接收整流滤波电路转换成稳定的直流电，给点激光器驱动电路(103)供电。
5.根据权利要求4所述的一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，基准激光发射装置(3)包括环形柔性LED灯带(301)、有机玻璃灯罩(302)、旋转编码器安装座(303)、旋转编码器防护罩(304)、旋转编码器码盘(305)、旋转编码器读数模块(306)和LED灯带驱动电路(307)；旋转编码器码盘(305)固定于传动轴(401)上随传动轴(401)旋转；传动轴(401)外周设有轴承座(408)；旋转编码器安装座(303)固定在轴承座(408)下方，而旋转编码器防护罩(304)及读数模块(306)固定于旋转编码器安装座(303)下方；LED灯带驱动电路(307)连接环形柔性LED灯带(301)；环形柔性LED灯带(301)固定于轴承座(408)及发射线圈座(201)外表面；有机玻璃灯罩(302)固定于发射线圈座(201)上。
6.根据权利要求5所述的一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，发射震荡放大电路集成于LED灯带驱动电路(307)中。
7.根据权利要求1所述的一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，驱动轴系(4)包括传动轴(401)、锁紧螺母(402)、轴承端盖(403)、轴承密封环(404)、上角接触球轴承(405)、下角接触球轴承(406)、轴承拉拔环(407)、轴承座(408)、联轴器(409)、联轴器防护罩(410)和伺服电机(411)；伺服电机(411)通过联轴器(409)连接传动轴(401)；传动轴(401)穿过轴承座(408)中部；传动轴(401)位于轴承座(408)中的部分从下至上依次设有轴承拉拔环(407)、下角接触球轴承(406)、上角接触球轴承(405)和轴承端盖(403)，轴承端盖(403)上部通过锁紧螺母(402)锁紧；轴承端盖(403)的外侧设有轴承密封环(404)。
8.根据权利要求7所述的一种双扇形旋转激光自动经纬仪装置，其特征在于，还包括经纬仪壳体(5)和底座(6)；经纬仪壳体(5)固定在底座(6)上方；伺服电机(411)安装于经纬仪壳体(5)下腔，轴承座(408)安装于经纬仪壳体(5)上方。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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