CN108168434A - 一种并联机构式坐标测量仪 - Google Patents

Abstract

一种并联机构式坐标测量仪，并联机构包括上平台、下平台以及铰接在上平台和下平台之间的若干根能伸缩的连杆，在下平台上固定有主观测装置，主观测装置为一激光器，其光轴称为主观测线，在下平台上还设有可以围绕自身轴心线旋转的定位轴，定位轴上固定有副观测装置，副观测装置为一激光器，其光轴称为副观测线，下平台上设有CCD数字相机，将主观测装置对准被测物体A某点，然后副观测装置电驱动，直至在CCD数字相机上只观测到一个激光照射点，主观测装置照射在被测物体A上的激光点和副观测装置照射在被测物体A上的激光点重合。本发明能满足测距精度要求，无需事先进行繁琐费时的标定，由于本发明测距与光速无关，故使用前，无需气象改正，操作方便。

Description

一种并联机构式坐标测量仪

本发明申请是专利申请号为201510522902.6、申请日为2015年8月24日、名称为“并联机构式坐标测量装置”的发明专利的分案申请。

技术领域

本发明涉及并联机构式坐标测量仪。

背景技术

坐标测量仪在科研和生产中已得到广泛应用。并联机构式坐标测量仪的特点是结构简单，主要零部件均可外购，且并联机构刚性好，坐标测量仪中的并联机构包括上平台、下平台以及铰接在上平台和下平台之间的若干根能伸缩的连杆。

目前，非接触式测量发展迅速。三角法是常用的测距原理。三角法是一束激光照射到物体上，部分漫反射激光经过棱镜在光电探测设备上成像。三角法在应用上有很多定位参数要求，在测量设备标定上非常繁琐而且费时，实测时若系统中某项参数无法准确得到，将使得测量数据产生误差。当测量设备有微小变动时，系统中每项参数都必须重新标定。见许智钦 孙长库编著，《3D逆向工程》（中国计量出版社2002年4月第1版）p16。

何保喜主编，黄河水利出版社2005年8月出版之《全站仪测量技术》第二章第二节，介绍了目前全站仪的测距原理，主要是脉冲法、相位法测距，都需要对应的复杂的电子系统。脉冲法测距，直接测定测距仪发出的脉冲往返被测距离的时间。根据叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p8，用于计时的时钟频率即便有极微小的误差，也会导致很大的测量误差。比如时钟频率为100MHz，即便有±1Hz的频率误差，测距误差也将达到±1.5m。所以脉冲法测量精度低，主要用于远程低精度测量。相位法测距，其原理是通过测量连续的调制信号在待测距离上往返产生的相位变化来间接测定传播时间，从而求得传播距离。相位法测距，涉及复杂的控制和运算，比如测尺转换和控制、光路转换控制，减光自动控制，测相节奏（时序控制）、相位距离换算、粗精尺距离衔接运算等等（见叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p15）。测量的电子系统远比脉冲法复杂。由此会导致很多问题。叶晓明、凌模著，武汉大学出版社2004年3月出版之《全站仪原理误差》p42第3章进行了分析，比如电路中的同频光电窜扰信号导致的周期误差，内部石英晶体振荡器受温度影响导致的误差。李广云、李宗春主编，测绘出版社2011年1月出版之《工业测量系统原理与应用》p134，也提及实际测距频率和设计频率不一致导致的测距误差问题。

有一个问题对测距精度至关重要，无论脉冲测距或者相位测距，其测距精度都取决于对大气中的光速的精确测量。而实际测量过程中，光速受到大气温度、湿度、气压等情况影响，需要事先测量这些气象参数，并进行相关的气象改正。根据李泽球主编，武汉理工大学出版社2012年7月出版之《全站仪测量技术》p22，全站仪的气象改正还与该全站仪所用测距光波的波长有关。

发明内容

本发明的目的在于提出一种测量精确、操作方便的并联机构式坐标测量仪。

为达到上述目的，本发明采取技术方案如下：本发明的并联机构包括上平台、下平台以及铰接在上平台和下平台之间的若干根能伸缩的连杆，在下平台上固定有主观测装置，主观测装置为一激光器，其光轴称为主观测线，主观测线与下平台的中心线重合；在下平台上还设有可以围绕自身轴心线旋转的定位轴，定位轴的轴心线与主观测线成空间垂直，定位轴上固定有副观测装置，副观测装置为一激光器，其光轴称为副观测线，副观测线与定位轴的轴心线垂直相交，主观测线和副观测线处于同一平面内，下平台上设有CCD数字相机和用于测量定位轴旋转角度的编码盘，定位轴由电机驱动；将主观测装置对准被测物体某点，然后副观测装置电驱动，直至在CCD数字相机上只观测到一个激光照射点，主观测装置照射在被测物体上的激光点和副观测装置7照射在被测物体上的激光点重合。

本发明的优点在于：本发明可以直接用于测距，能满足测距精度要求，无需事先进行繁琐费时的标定，由于本发明测距与光速无关，故使用前，无需进行温度、气压等测量，无需气象改正，操作方便，电子部分构造相对简单，适合生产现场使用。

附图说明

图1是实施例1示意图。

具体实施方式

实施例1

见图1，本实施例的并联机构包括上平台1、下平台3以及铰接在上平台1和下平台3之间的若干根能伸缩的连杆2，其特征在于：在下平台3上固定有主观测装置6，主观测装置6为一激光器，其光轴称为主观测线6a，主观测线6a与下平台3的中心线3a重合；在下平台3上还设有可以围绕自身轴心线旋转的定位轴4，定位轴4的轴心线4a与主观测线6a成空间垂直，定位轴4上固定有副观测装置7，副观测装置7为一激光器，其光轴称为副观测线7a，副观测线7a与定位轴4的轴心线4a垂直相交，主观测线6a和副观测线7a处于同一平面内，下平台3上设有CCD数字相机8和用于测量定位轴旋转角度的编码盘5，定位轴4由电机驱动。

本实施例还有电源、信号处理装置等。

操作并联机构，将主观测装置6对准被测物体A某点，然后副观测装置7电动驱动，直至在CCD数字相机8上只观测到一个激光照射点，说明主观测装置6照射在被测物体A上的激光点和副观测装置7照射在被测物体A上的激光点重合，编码盘5给出副观测线7a的转动角α的值，定位轴4的轴心线4a与主观测线6a之间的距离L是已知的，根据三角函数关系，得出定位轴4的轴心线4a与该被测点的间距H的值，再根据定位轴4的轴心线4a距离支承板3底面的距离h以及并联机构的姿态，确定被测点的坐标。

Claims (1)

1.一种并联机构式坐标测量仪，并联机构包括上平台（1）、下平台（3）以及铰接在上平台（1）和下平台（3）之间的若干根能伸缩的连杆（2），其特征在于：在下平台（3）上固定有主观测装置（6），主观测装置（6）为一激光器，其光轴称为主观测线（6a），主观测线（6a）与下平台（3）的中心线（3a）重合；在下平台（3）上还设有可以围绕自身轴心线旋转的定位轴（4），定位轴（4）的轴心线（4a）与主观测线（6a）成空间垂直，定位轴（4）上固定有副观测装置（7），副观测装置（7）为一激光器，其光轴称为副观测线（7a），副观测线（7a）与定位轴（4）的轴心线（4a）垂直相交，主观测线（6a）和副观测线（7a）处于同一平面内，下平台（3）上设有CCD数字相机（8）和用于测量定位轴旋转角度的编码盘（5），定位轴（4）由电机驱动；将主观测装置（6）对准被测物体A某点，然后副观测装置（7）电机驱动，当在CCD数字相机（8）上只观测到一个激光照射点，主观测装置（6）照射在被测物体（A）上的激光点和副观测装置（7）照射在被测物体（A）上的激光点重合。