CN111854713B - 一种可用于建立坐标系的测量基准器 - Google Patents

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Abstract

一种可用于建立坐标系的测量基准器，属于光学及精密机械装调技术领域，解决了建立立方棱镜测量坐标系存在的效率低、操作不便、精度不足等问题。该基准器包括：模块底座、立方棱镜安装底座、立方棱镜、角锥棱镜安装底座和角锥棱镜；立方棱镜通过立方棱镜安装底座安装在模块底座上，角锥棱镜通过角锥棱镜安装底座安装在模块底座上，立方棱镜和角锥棱镜设置在模块底座的两端，保持立方棱镜与角锥棱镜相对位姿关系恒定，并使立方棱镜除安装面以外的表面的法线不被遮挡；本发明利用经纬仪和激光跟踪仪瞄准该标准器，无需拟合和计算，可以直接同时获得坐标轴朝向和坐标原点位置，进而建立坐标系，大幅度提高了装调精度和效率。

Description

一种可用于建立坐标系的测量基准器
技术领域
本发明属于光学及精密机械装调技术领域，具体涉及一种可用于建立坐标系的测量基准器。
背景技术
对于航天、遥感、天文等领域的精密系统，除了加工制造高精度的光学元件和机械元件外，还需要通过有效的方法，将各个光学及机械组件装调到各自的理论位姿，使得系统整体达到预期设计指标。装调方法的精度和效率，直接决定了整个系统的指标实现和研制周期。
在高精密光机系统的装调过程中，通常需要测量各个组件基准坐标系之间的空间位姿关系，再通过微调机构将各组件调整至理论位置，完成装配。各个组件在设计时均设有参考基准特征，为方便测量，并避免设计的参考基准特征在装配过程中被遮挡，目前普遍的做法是在这些组件上固连一些立方棱镜。在装配之前，对各个组件与其固连的立方棱镜之间的位姿关系进行精测，建立组件基准坐标系与立方棱镜坐标系之间的坐标转换矩阵，进而将组件的基准坐标系传递至立方棱镜。
目前常见方案通过经纬仪自准直立方棱镜表面确定坐标轴，通过激光跟踪仪打点立方棱镜三个相互正交表面，再拟合得到三个表面的交点，或者经纬仪瞄准立方棱镜表面刻蚀的十字叉丝等方式建立坐标系的原点。结合坐标轴和坐标系原点，建立立方棱镜测量坐标系。
对于激光跟踪仪打点立方棱镜三个正交表面并拟合得到坐标系原点的方式，存在以下缺点：
1.立方棱镜的表面积通常较小，激光跟踪仪靶球打点时会降低表面拟合精度，从而降低坐标系原点的拟合精度。
2.立方棱镜每个正交表面至少需要用激光跟踪仪靶球测量3个点，故三个表面至少需要测量9个点，整个测量过程效率较低。
3.坐标系原点无法直接得到，不利于应用快速装调方法，降低装调效率。
4.测量过程需要额外的人力手持靶球去接触立方棱镜表面，这可能导致立方棱镜位姿发生轻微变化，增大测量误差。
5.需要确保立方棱镜处于人手可以触及的位置，这在大型航天系统等复杂结构的研制过程中会存在诸多障碍。
6.坐标系原点无法实时监视，这对于长周期的装调过程非常不利。
对于通过经纬仪瞄准立方棱镜表面十字叉丝建立坐标系原点的方式，需要在测量网络中额外放置基准尺，这将提高测量网络的复杂度，而且经纬仪瞄准十字丝的精度较低、重复性较差。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种可用于建立坐标系的测量基准器，解决了建立立方棱镜测量坐标系存在的效率低、操作不便、精度不足等问题。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种可用于建立坐标系的测量基准器，该基准器包括：模块底座、立方棱镜安装底座、立方棱镜、角锥棱镜安装底座和角锥棱镜；所述立方棱镜通过立方棱镜安装底座安装在所述模块底座上，所述角锥棱镜通过角锥棱镜安装底座安装在所述模块底座上，所述立方棱镜和所述角锥棱镜设置在所述模块底座的两端，立方棱镜与角锥棱镜之间的相对位姿关系保持恒定，所述立方棱镜除安装面以外的表面的法线不被遮挡；将基准器安装于待装调组件附近，确保立方棱镜和角锥棱镜的测量通道通畅；两台经纬仪分别瞄准立方棱镜的两个正交表面，使得经纬仪的光学十字叉丝与经纬仪内置十字叉丝重合，从而确定坐标系的两个坐标轴朝向；用激光跟踪仪或激光雷达等设备瞄准角锥棱镜，确定坐标系的原点；组件装配完成后，用经纬仪准直立方棱镜，激光跟踪仪实时测量角锥棱镜，以监控组件的空间位姿。
优选的，所述立方棱镜存在至少两个被经纬仪准直的正交表面。
优选的，所述角锥棱镜位于所述立方棱镜的对角线处。
优选的，所有入射光进入所述角锥棱镜后沿各自入射路径反射回去。
优选的，所述模块底座的材质为铟钢或碳纤维。
优选的，所述模块底座的形变量小于0.005mm。
本发明的有益效果是：本发明利用经纬仪和激光跟踪仪瞄准该标准器，无需拟合和计算，可以直接同时获得坐标轴朝向和坐标原点位置，进而建立坐标系，大幅度提高了装调精度和效率；可以应用于快速装调方法，将显著提高装调效率；测量过程中无需接触标准器，最大程度地避免了标准器与待装调组件之间的相对位姿变化，提高了装调精度；可应用于结构复杂的待装调组件，避免因人手无法触及而不能测量的情况；测量场仅需经纬仪、激光跟踪仪和基准器，没有其他额外器件，简化了测量场的要求；组件装调完成后，可以用经纬仪和激光跟踪仪对准标准器，实时监控组件的空间位姿。
附图说明
图1本发明一种可用于建立坐标系的测量基准器主视图。
图2本发明一种可用于建立坐标系的测量基准器俯视图。
图中：1、模块底座，2、立方棱镜安装底座，3、立方棱镜，4、角锥棱镜安装底座，5、角锥棱镜。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种可用于建立坐标系的测量基准器，该基准器包括：模块底座1、立方棱镜安装底座2、立方棱镜3、角锥棱镜安装底座4和角锥棱镜5；所述立方棱镜3通过立方棱镜安装底座2安装在所述模块底座1上，所述立方棱镜3和所述角锥棱镜5设置在所述模块底座1的两端，使立方棱镜与角锥棱镜之间的相对位姿关系保持恒定，所述立方棱镜3除安装面以外的表面的法线不被遮挡；可以被经纬仪等设备观测。角锥棱镜放置于立方棱镜对角线位置，以避免遮挡立方棱镜表面的测量通道。
本实施例中，所述立方棱镜3位于所述角锥棱镜5的对角线处。所述角锥棱镜5满足所有入射光进入所述角锥棱镜5后沿各自入射路径反射回去。在测试中，保证所述立方棱镜3存在至少两个被经纬仪准直的正交表面。
将基准器安装于待装调组件附近，确保立方棱镜和角锥棱镜的测量通道通畅；两台经纬仪分别瞄准立方棱镜的两个正交表面，使得经纬仪的光学十字叉丝与经纬仪内置十字叉丝重合，确定坐标系的两个坐标轴朝向；用激光跟踪仪或激光雷达等设备瞄准角锥棱镜，确定坐标系的原点；组件装配完成后，用经纬仪准直立方棱镜，激光跟踪仪实时测量角锥棱镜，以监控组件的空间位姿。
其中，所述模块底座的材质为铟钢或碳纤维。通过模块底座将整个标准器固连于待装调组件上的合适位置，其形变量小于0.005mm。

Claims (6)

1.一种可用于建立坐标系的测量基准器，其特征在于，该测量基准器包括：模块底座、立方棱镜安装底座、立方棱镜、角锥棱镜安装底座和角锥棱镜；所述立方棱镜通过立方棱镜安装底座安装在所述模块底座上，所述角锥棱镜通过角锥棱镜安装底座安装于所述模块底座上，所述立方棱镜和所述角锥棱镜设置在所述模块底座的两端，保持立方棱镜与角锥棱镜的相对位姿关系恒定，所述立方棱镜位于所述角锥棱镜的对角线处，所述立方棱镜除安装面以外的表面的法线不被遮挡；将测量基准器安装于待装调组件附近，确保立方棱镜和角锥棱镜的测量通道通畅；两台经纬仪分别瞄准立方棱镜的两个正交表面，使得经纬仪的光学十字叉丝与经纬仪内置十字叉丝重合，确定坐标系的两个坐标轴朝向；用激光跟踪仪或激光雷达瞄准角锥棱镜，确定坐标系的原点；组件装配完成后，用经纬仪准直立方棱镜，激光跟踪仪或激光雷达实时测量角锥棱镜，以监控组件的空间位姿。
2.根据权利要求1所述的一种可用于建立坐标系的测量基准器，其特征在于，所述立方棱镜存在至少两个能够被经纬仪准直的正交表面。
3.根据权利要求1或2所述的一种可用于建立坐标系的测量基准器，其特征在于，所述角锥棱镜位于所述立方棱镜的对角线处。
4.根据权利要求1所述的一种可用于建立坐标系的测量基准器，其特征在于，所有入射光进入所述角锥棱镜后沿各自入射路径反射回去。
5.根据权利要求1所述的一种可用于建立坐标系的测量基准器，其特征在于，所述模块底座的材质为铟钢或碳纤维。
6.根据权利要求1所述的一种可用于建立坐标系的测量基准器，其特征在于，所述模块底座的形变量小于0.005mm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112902935B (zh) * 2021-01-29 2022-06-14 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种多功能测量基准器
CN115112150B (zh) * 2022-06-29 2023-04-18 长光卫星技术股份有限公司 一种焦平面的指示棱镜标定方法
CN115727824B (zh) * 2022-12-07 2023-06-02 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 协同观测载荷群共基准测量系统及测量方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107782293A (zh) * 2017-11-09 2018-03-09 北京卫星环境工程研究所 基于六自由度激光跟踪靶的航天器设备位姿信息测量方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103743340B (zh) * 2013-12-30 2016-03-30 清华大学 一种角度和空间坐标的测量系统以及测量方法
CN104375256B (zh) * 2014-10-31 2017-03-15 上海卫星装备研究所 全向直角基准棱镜及其使用方法
JP2019105515A (ja) * 2017-12-12 2019-06-27 株式会社トプコン ターゲット装置、測量方法、測量装置およびプログラム
CN109631828B (zh) * 2019-01-23 2020-11-13 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 基于立方棱镜的相邻空间坐标系的坐标轴夹角的检测方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107782293A (zh) * 2017-11-09 2018-03-09 北京卫星环境工程研究所 基于六自由度激光跟踪靶的航天器设备位姿信息测量方法

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