CN110132132A - 一种多杆梯形六面体标准器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器，属于几何量计量领域。本发明包括杆单元与相应支撑单元相互定位胶接组合成主体支撑框架，还包括杆单元上的摄影测量目标点、编码点与支撑单元上的标准球、反射镜或摄影测量半球。所有杆单元均设置摄影测量目标点与编码点，不需要用户在使用前人为布置目标点与编码点，提高测量效率，更适应摄影测量系统的使用。所有杆单元均采用碳纤维材料，在减轻整体结构重量的前提下，提高整体结构强度，提高便携性。本发明通过优化多杆梯形六面体标准器整体结构、单杆上设置编码点以及目标点、标准器各支撑座上设置标准球磁性靶座，提高六面体标准器使用的便携性、多种测量仪器通用性，实现一站式全面观测。

Description

一种多杆梯形六面体标准器
技术领域
本发明涉及几何量计量领域，具体涉及一种多杆梯形六面体标准器。
背景技术
多面体结构由于其结构的稳定性以及良好的对称性，广泛的应用于航空、航天以及计量校准领域。多面体是由多个多边形组合形成的空间结构。多面体分为正多面体与正则多面体。正多面体的几何特征为所有面均为正多边形，各面夹角、棱长均相等。正则多面体形式多种多样，基本特征为正多面体截去一部分棱长与棱角而成。多面体的结构多种多样，有单杆型、桁架型、网格型等，每种结构都有其特点。
单杆型多面体的主要结构通过单杆之间相互连接，构成基础多边形平面，多个多边形平面通过共有棱边组合成为多面体，多边形平面一般具有三角形结构特征。单杆型多面体主要特征为结构简单、稳定，具有一定的便携性。
桁架型多面体主要利用杆件两端通过铰接的形式相互连接而形成的结构，杆件相互连接一般均需要具有三角形结构特征。桁架结构需要通过若干杆件焊接等形式搭建支撑梁，若干支撑梁相互铰接搭建完整多面体。桁架型多面体的特点有：跨度大、结构稳定，并且可以充分利用材料的特性达到减轻重量的目的。
网格型多面体结构类似于C60结构，通过多个正多边形平面相互连接形成一个完整的类球体多面体结构，这种多面体的特征为结构稳定，体积小，构件加工与安装便利，不同拼接形式对整体结构的承载能力有很大影响。2014年被《SCIENCE》评为全球十大科技突破之一的小卫星结构采用的就是网格型结构设计。
目前在几何量计量领域，利用四面体与六面体标准器的参数校准方式应用广泛。通过对多面体粘贴摄影测量目标点、安装标准球、测量多面体杆标准长度等方式可以得到在多面体基于某一原点的整体三维坐标。被测仪器通过对多面体位置参数进行测量可以校准被测仪器的空间坐标测量误差。
现有的六面体标准器一般均为正六面体，存在的缺陷有：
(1)正六面体标准器在使用时并不能同时测量八个顶点的参数，需要多次转站才能测量；
(2)现有的厂家生产的正六面体标准器并不能适用于多种测量设备集成测量；
(3)现有的厂家生产的正六面体标准器为可拆卸结构，参数复现性差。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器要解决的技术问题是：提供一种多杆梯形六面体标准器，通过优化多杆梯形六面体标准器整体结构、单杆上设置编码点以及目标点、标准器各支撑座上设置标准球磁性靶座，提高六面体标准器使用的便携性、多种测量仪器通用性，实现一站式全面观测。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器，包括杆单元与相应支撑单元相互定位胶接组合成主体支撑框架，还包括杆单元上的摄影测量目标点、编码点与支撑单元上的标准球、反射镜或摄影测量半球。
杆单元采用单杆型结构，结构简单，所有杆单元均采用碳纤维材料，在减轻整体结构重量的前提下，提高整体结构强度，提高便携性。
所有杆单元均设置摄影测量目标点与编码点，不需要用户在使用前人为布置目标点与编码点，提高测量效率，更适应摄影测量系统的使用。
支撑单元安装八套便于更换的标准器的标准磁性靶座，根据测量需求，磁性靶座上替换安装0.5英寸或1.5英寸标准球、标准反射镜或标准摄影测量半球，分别适用于光学扫描、激光跟踪仪、摄影测量系统的校准或测量，增加对测量仪器的通用性。
所述杆单元由十八根杆组成，其中十二根杆与相应支撑单元相互定位、胶接组成主体框架，其余六根杆与构成主体框架的杆及相应支撑单元分别组成三角形结构，结合杆单元上的摄影测量目标点、编码点与支撑单元上的标准球、反射镜或摄影测量半球，共同组成一种多杆梯形六面体标准器。
所述的杆单元采用空心碳纤维管材，管体材料使用40T高强树脂预浸布包卷成型，管外壁采用3K平纹碳纤维编织碳纤布，具有结构强度高、受温度影响引起的线性膨胀小的特点。杆单元的目标座与编码座采用LY12材料，并在中心位置加工通孔。每根杆通过通孔连接两个目标座与一个编码座，并粘接牢固。目标座用于粘贴摄影测量目标点，编码座用于粘贴摄影测量编码点。两个摄影测量系统目标点用于提供摄影测量特征点，编码点用于摄影测量系统辅助特征识别。每根杆两端粘接定位销轴，用于与支撑单元相互连接，起到定位、支撑的作用。
所述的杆单元分为底部杆、底部支撑杆、支撑杆、斜撑杆、顶部杆与顶部支撑杆。四根底部杆与底部支撑座组合成底部正四边形，一根底部支撑杆安装于底部正四边形对角线，加强底部结构的稳定性与刚性。四根顶部杆与顶部支撑座组合成顶部正四边形，一根顶部支撑杆安装于顶部正四边形对角线，加强顶部结构的稳定性与刚性，顶部杆长度小于底部杆。四根支撑杆用于支撑并连接底部正四边形面与顶部正四边形面，支撑杆与顶部杆和底部杆构成等腰梯形。四根斜撑杆分别安装于等腰梯形对角线，加强支撑结构的稳定性与刚性。
所述的支撑单元包含四套底部支撑座与四套顶部支撑座，底部支撑座采用304不锈钢材料，顶部支撑座采用LY12材料，在减轻重量的前提下提高稳定性和结构刚度。底部支撑座与顶部支撑座上均设置标准球靶座孔。靶座孔位置设计的原则为：不干涉杆单元的安装、垂直于水平面、尺寸公差与标准球靶座轴销尺寸公差配合。靶座孔安装销轴直径为8mm的标准球磁性靶座。标准球磁性靶座上替换安装0.5英寸或1.5英寸标准球、标准反射镜或标准摄影测量半球，磁性靶座与标准球、标准反射镜或标准摄影测量半球之间的磁力保证标准件位置稳定。底部支撑座的底部安装自调重心稳定型地脚，用于支撑六面体标准器，并保证距离地面有相应距离且距离能够调节。
所述的杆单元与支撑单元连接通过销轴与孔相配合，并通过粘接的方式固定安装。销轴为“凸”字形，销轴外径与杆单元中各杆的内径相同，销轴通过杆的内径与杆相互连接并涂胶固定。支撑单元设有与杆连接相应定位孔，销轴通过销的定位安装于支撑底座安装定位孔内，并涂胶固定。
销轴采用LY12材料制成，在保证结构刚度的情况下减轻重量。
有益效果：
1、本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器，采用单杆型结构设计，杆件采用碳纤维材料，通过轴孔配合保证安装精度并粘接牢固。本发明结构简单、稳定牢固、携带方便，能够用于实验室校准或在线测量校准。
2、本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器，采用支撑单元安装八套标准磁性靶座的，只需根据被测仪器更换相应标准球，能够增加对测量仪器的通用性，且不要求安装精度，方便布设。
3、本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器，在杆单元上安装摄影测量系统的目标点与编码点等特征点，不需要用户在使用本发明前人为布置目标点与编码点，提高测量效率，更适应摄影测量系统的使用。
4、本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器，采用梯形体结构，实现一站式测量，梯形结构的优点在于在不同测量角度下主要特征点相互无遮挡，只需一站即可完成全部所需数据的测量，减小仪器因转站引入的误差，提高测量效率。
5、本发明公开的一种多杆梯形六面体标准器，所有杆单元均设置摄影测量目标点与编码点，不需要用户在使用本发明前人为布置目标点与编码点，提高测量效率，更适应摄影测量系统的使用。支撑单元安装了八套可更换标准器的标准磁性靶座，增加了本发明对测量仪器的通用性。
附图说明
图1是一种多杆梯形六面体标准器结构示意图；
图2是一种多杆梯形六面体标准器平视结构示意图；
图3是一种多杆梯形六面体标准器杆单元结构示意图；
图4是一种多杆梯形六面体标准器俯视结构示意图。
其中：1—底部支撑座、2—底部杆、3—底部支撑杆、4—目标座、5—编码座、6—自调重心稳定型地脚、7—支撑杆、8—斜撑杆、9—顶部支撑座、10—顶部杆、11—顶部支撑杆、12—标准球、13—磁性靶座、14—销轴。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1、2所示，本实施例公开的一种多杆梯形六面体标准器，用于提高标准器使用的便携性、多种测量仪器通用性，实现一站式全面观测，由杆单元与支撑单元构成。杆单元是由四根底部杆2、一根底部支撑杆3、四根支撑杆7、四根斜撑杆8、四根顶部杆10、一根顶部支撑杆11组成。支撑单元由四个底部支撑座1、四个自调重心稳定型地脚6、四个顶部支撑座9组成。
目标座4与编码座5中心位置加工通孔，每根杆穿过通孔并粘接目标座4与编码座5，编码座5粘接于杆件中心位置，两个目标座4各粘接于距离杆两端50mm处。目标座4用于粘贴摄影测量目标点，编码座5用于粘贴摄影测量编码点。目标点间长度量可以通过高精度摄影测量系统标定。
底部杆2与底部支撑座1通过定位孔定位并粘接，各底部杆2与底部支撑座1粘接后形成底部正四边形，利用三角形结构特性，底部正四边形对角线方向安装底部支撑杆3，使底面结构稳定。底部支撑座1底部安装有自调重心稳定型地脚6，用于支撑标准器，并距离地面有相应距离。
支撑杆7与斜撑杆8安装于相应的底部支撑座1和顶部支撑座9定位孔内并粘接，支撑杆7与斜撑杆8的作用是利用三角形结构特性支撑顶部正四边形面，使等腰梯形面结构稳定。
顶部杆10与顶部支撑座9通过定位孔定位并粘接，各顶部杆10与顶部支撑座9粘接后形成顶部正四边形，利用三角形结构特性，顶部正四边形对角线方向安装顶部支撑杆11，使顶面结构稳定。顶部支撑座9与支撑杆7和斜撑杆8均通过定位孔定位、粘接。
每个底部支撑座1与顶部支撑座9各有一个标准球靶座安装孔。安装孔位置与杆无干涉，孔轴线垂直于水平面，安装孔与销轴直径为8mm的标准球磁性靶座13定位销为过渡配合。将标准球磁性靶座13分别安装于底部支撑座1与顶部支撑座9，再将标准球12放置于标准球磁性靶座13后即能够进行相应仪器的校准。
如图3所示，本实施例公开的一种多杆梯形六面体标准器杆单元结构，杆上安装销轴14，用于与支撑单元相应定位孔安装，并粘接牢固；销轴14与碳纤维的连接方式为粘接；摄影测量系统编码座5粘接于杆单元中心位置，两个目标座4分别粘接于位于杆两端50mm处。目标座4粘贴目标点，目标点之间的距离通过标定得出标称长度，编码座5粘贴编码点，用于摄影测量系统的辅助特征识别。
如图4所示，一种多杆梯形六面体标准器俯视结构示意图，底部杆2、底部支撑杆3、支撑杆7、斜撑杆8、顶部杆10、顶部支撑杆11上的摄影测量目标点及编码点的特征均能够识别，安装于底部支撑座1与顶部支撑座9的标准球12特征完整。
如图1、图2、图3、图4所示，一种多杆梯形六面体标准器，框架主体采用碳纤维材料，结构稳定、携带轻便，通过定位销定位并粘接的方式保证结构牢固可靠。本发明可以在任意角度实现全面观测，实现测量仪器一站式测量，针对不同测量系统可以通过更换标准球方式满足多种多样的系统使用需求。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：包括杆单元与相应支撑单元相互定位胶接组合成主体支撑框架，还包括杆单元上的摄影测量目标点、编码点与支撑单元上的标准球(12)、反射镜或摄影测量半球；
杆单元采用单杆型结构，所有杆单元均采用碳纤维材料，在减轻整体结构重量的前提下，提高整体结构强度，提高便携性；
所有杆单元均设置摄影测量目标点与编码点，提高测量效率，更适应摄影测量系统的使用。
2.如权利要求1所述的一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：支撑单元安装八套便于更换的标准器的标准磁性靶座(13)，根据测量需求，磁性靶座(13)上替换安装0.5英寸或1.5英寸标准球(12)、标准反射镜或标准摄影测量半球，分别适用于光学扫描、激光跟踪仪、摄影测量系统的校准或测量，增加对测量仪器的通用性。
3.如权利要求2所述的一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：所述杆单元由十八根杆组成，其中十二根杆与相应支撑单元相互定位、胶接组成主体框架，其余六根杆与构成主体框架的杆及相应支撑单元分别组成三角形结构，结合杆单元上的摄影测量目标点、编码点与支撑单元上的标准球(12)、反射镜或摄影测量半球，共同组成一种多杆梯形六面体标准器。
4.如权利要求3所述的一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：所述的杆单元采用空心碳纤维管材，具有结构强度高、受温度影响引起的线性膨胀小的特点；杆单元在中心位置加工通孔；每根杆通过通孔连接两个目标座(5)与一个编码座(4)，并粘接牢固；目标座(5)用于粘贴摄影测量目标点，编码座(4)用于粘贴摄影测量编码点；两个摄影测量系统目标点用于提供摄影测量特征点，编码点用于摄影测量系统辅助特征识别；每根杆两端粘接定位销轴(14)，用于与支撑单元相互连接，起到定位、支撑的作用。
5.如权利要求3所述的一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：所述的杆单元分为底部杆(2)、底部支撑杆(3)、支撑杆(7)、斜撑杆(8)、顶部杆(10)与顶部支撑杆(11)；四根底部杆(2)与底部支撑座(1)组合成底部正四边形，一根底部支撑杆(7)安装于底部正四边形对角线，加强底部结构的稳定性与刚性；四根顶部杆(10)与顶部支撑座(9)组合成顶部正四边形，一根顶部支撑杆(11)安装于顶部正四边形对角线，加强顶部结构的稳定性与刚性，顶部杆(10)长度小于底部杆(2)；四根支撑杆(7)用于支撑并连接底部正四边形面与顶部正四边形面，支撑杆(7)与顶部杆(10)和底部杆(2)构成等腰梯形；四根斜撑杆(8)分别安装于等腰梯形对角线，加强支撑结构的稳定性与刚性。
6.如权利要求3所述的一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：所述的支撑单元包含四套底部支撑座(1)与四套顶部支撑座(9)；底部支撑座(1)与顶部支撑座(9)上均设置标准球(12)靶座孔；靶座孔位置设计的原则为：不干涉杆单元的安装、垂直于水平面、尺寸公差与标准球(12)靶座轴销尺寸公差配合；靶座孔安装销轴(14)直径为8mm的标准球(12)磁性靶座(13)；标准球(12)磁性靶座(13)上替换安装0.5英寸或1.5英寸标准球(12)、标准反射镜或标准摄影测量半球，磁性靶座(13)与标准球(12)、标准反射镜或标准摄影测量半球之间的磁力保证标准件位置稳定；底部支撑座(1)的底部安装自调重心稳定型地脚(6)，用于支撑六面体标准器，并保证距离地面有相应距离且距离能够调节。
7.如权利要求3所述的一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：所述的杆单元与支撑单元连接通过销轴(14)与孔相配合，并通过粘接的方式固定安装；销轴(14)为“凸”字形，销轴(14)外径与杆单元中各杆的内径相同，销轴(14)通过杆的内径与杆相互连接并涂胶固定；支撑单元设有与杆连接相应定位孔，销轴(14)通过销的定位安装于支撑底座安装定位孔内，并涂胶固定。
8.如权利要求3所述的一种多杆梯形六面体标准器，其特征在于：
所述杆单元采用空心碳纤维管材，管体材料使用40T高强树脂预浸布包卷成型，管外壁采用3K平纹碳纤维编织碳纤布；
所述销轴(14)采用LY12材料制成；
所述杆单元的目标座(5)与编码座(4)采用LY12材料。
所述底部支撑座(1)采用304不锈钢材料，顶部支撑座(9)采用LY12材料。
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