CN112629481A - 全自动测量经纬仪及多目标测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动测量经纬仪及多目标测量方法，该全自动测量经纬仪包括光敏单元和经纬仪，经纬仪设置有伺服控制系统；伺服控制系统能自动调整经纬仪的旋转并获取水平角及竖直角；经纬仪不包括目镜单元，对应位置设置有两组线激光器，能形成两个相互垂直的激光平面；光敏单元随机设置于待测位置，当上述线激光器的激光经过光敏单元时该光敏单元可向控制系统发送信号，控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的水平角及竖直角。可用于计算光敏单元所在位置的坐标。该全自动经纬仪摆脱传统经纬仪单点测量的模式，实现多点自动化测量，提高测量效率；且测量结果消除人眼误差，更准确。
Description
技术领域
本发明涉及大尺寸空间测量领域，具体涉及一种全自动测量经纬仪及多目标测量方法。
背景技术
随着现代先进制造业技术水平的提高，航空航天、船舶等领域的制造装配过程中，对于大型零部件精确定位和尺寸测量的要求不断提高，大尺寸空间测量技术在工业生产中的应用也越来越广泛。目前，以经纬仪作为测量仪器，通过两台或更多经纬仪及相应的硬件、软件构成的空间定位测量系统在工程应用中已得到广泛使用。
经纬仪测量系统可以现场组建，能够就地测量现场的物体，尤其是大型物体。现有的激光经纬仪测量系统在每次测量时都需要人工对准待测点，这样不仅降低了工作效率，费时费力，还会人为引入误差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种全自动测量经纬仪及多目标测量方法，摆脱传统经纬仪单点测量模式，实现多点自动化测量，提高测量效率；且测量结果无需人眼瞄准，消除人眼瞄准误差，测量更准确。
为此，本发明的技术方案如下：
一种全自动测量经纬仪，包括光敏单元和经纬仪，所述经纬仪设置有伺服控制系统；所述伺服控制系统由高精度绝对值编码器、伺服电机及电机控制器组成，所述电机控制器用于控制伺服电机的启、停及转速，所述伺服电机用于控制经纬仪的水平方向或垂直方向旋转；所述高精度绝对值编码器能自动获取经纬仪的水平角及竖直角；
所述经纬仪不包括目镜单元，对应位置设置有两组线激光器，所述两组线激光器能在空间中形成两个相互垂直的扇形激光面，且其中一个扇形激光面与水平面平行；
所述光敏单元随机设置于待测位置，当上述线激光器的激光经过所述光敏单元时该光敏单元可向控制系统发送信号，所述控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的水平角及竖直角。可用于计算光敏单元所在位置的坐标。
进一步，所述光敏单元为四象限光电探测管、四象限光电倍增管、四象限雪崩二极管或者位置灵敏探测器。
进一步，所述控制系统内还包括补偿模块，用于补偿信号传输时间引起的高精度绝对值编码器获取数据的误差；
所述补偿模块通过以下公式进行补偿：
其中，V为t时刻的理论转速，单位为rad/s，m为电机运转过程中的最大转速波动，单位为rad/s，V+msin(Vt)即为t时刻的实时转速，Δt为传输时延，计算方法为
其中，L为从光电接收器到上位机再到经纬仪的线缆总长，c为光速，取3×108m/s。
一种多目标测量方法，使用两个如上所述全自动测量经纬仪进行，其中所述光敏单元有多个，分别设置于待测物表面；
两个所述全自动测量经纬仪在测试过程中位置固定，且其在世界坐标系下的位置已知；
两个全自动测量经纬仪同时测试时，两者旋转速度不同，所述控制系统基于光敏单元反馈信号的时间间隙区分全自动测量经纬仪；
两个全自动测量经纬仪先后测试时，旋转速度相同或者不同；
测试步骤如下：
1)单个全自动测量经纬仪沿水平方向旋转360°，此时能在空间中形成垂直方向扇形激光面的激光器工作，所有光敏单元接收激光后均向控制系统发送信号，所述控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的竖直角；
单个全自动测量经纬仪沿垂直方向旋转预设角度，此时能在空间中形成水平方向扇形激光面的激光器工作，所有光敏单元接收激光后均向控制系统发送信号，所述控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的水平角；
2)控制系统基于同一光敏单元处获取的两个全自动测量经纬仪的水平角、竖直角计算光敏单元所在位置在世界坐标系下的坐标。
进一步，所述光敏单元为四象限光电探测管、四象限光电倍增管、四象限雪崩二极管或者位置灵敏探测器，垂直方向、水平方向激光均投射在四象限中心交点位置处时，光敏单元方向控制系统发送信号。
与现有经纬仪相比，本发明提供的全自动测量经纬仪具有如下优点：
(1)现有经纬仪在测量前需要整平，该全自动测量经纬仪通过旋转扫描式测量方法，可直接获取待测点的水平角和竖直角，无需整平。
(2)现有经纬仪目标点位依靠目测来对准，精准度差，存在人工误差，该全自动测量经纬仪使用光点接收装置，空间内理论上可无限布置，实现多目标同时测量，大大提升测量效率；并可明确得知何时采集到中心位置，提高测量精确度。
(3)和其他旋转式经纬仪相比，该全自动测量经纬仪继承了经纬仪的测量方法，结构简单，使用高精度绝对式码盘，精度更高。
附图说明
图1为本发明提供的全自动测量经纬仪的结构示意图；
图2为经纬仪线激光器出射激光平面的示意图；
图3为水平角测量时线激光扫过接收器时的示意图；
图4为竖直角测量时线激光扫过接收器时的示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行详细描述。
一种全自动测量经纬仪，包括光敏单元4和经纬仪1，经纬仪1设置有伺服控制系统；伺服控制系统由高精度绝对值编码器、伺服电机及电机控制器组成，电机控制器用于控制伺服电机的启、停及转速，伺服电机用于控制经纬仪沿轴11进行水平方向旋转或沿轴12进行垂直方向旋转；高精度绝对值编码器能自动获取经纬仪的水平角及竖直角；
经纬仪1不包括目镜单元，对应位置设置有两组线激光器2，两组线激光器能在空间中形成两个相互垂直的扇形激光面(如图2所示)，且其中一个扇形激光面与水平面平行；
光敏单元4随机设置于待测位置，当上述线激光器的激光经过光敏单元时该光敏单元可向控制系统发送信号，控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的水平角及竖直角。可用于在总控计算机3处计算光敏单元所在位置的坐标。
具体选择时，光敏单元可以从以下产品中选择：四象限光电探测管、四象限光电倍增管、四象限雪崩二极管或者位置灵敏探测器。
为了补充信号传输过程中所产生的系统测试误差，控制系统内还包括补偿模块，用于补偿信号传输时间引起的高精度绝对值编码器获取数据的误差；
补偿模块通过以下公式进行补偿：
其中，V为t时刻的理论转速，单位为rad/s，m为电机运转过程中的最大转速波动，单位为rad/s，V+msin(Vt)即为t时刻的实时转速，Δt为传输时延，计算方法为
其中，L为从光电接收器到上位机再到经纬仪的线缆总长，c为光速，取3×108m/s。
以上全自动经纬仪在多目标测量时可体现优势，其无需人工瞄准、逐一目标调整设备测试角度，可实现自动测量，具体使用方法如下：
一种多目标测量方法，使用两个如上全自动测量经纬仪进行，其中光敏单元4有多个，分别设置于待测物表面；
两个全自动测量经纬仪在测试过程中位置固定，且其在世界坐标系下的位置已知；
两个全自动测量经纬仪同时测试时，两者旋转速度不同，控制系统基于光敏单元反馈信号的时间间隙区分全自动测量经纬仪；
两个全自动测量经纬仪先后测试时，旋转速度相同或者不同；
测试步骤如下：
1)单个全自动测量经纬仪沿水平方向旋转360°，此时能在空间中形成垂直方向扇形激光面的激光器工作，所有光敏单元4接收激光后均向控制系统发送信号，控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的竖直角；
单个全自动测量经纬仪沿垂直方向旋转预设角度，此时能在空间中形成水平方向扇形激光面的激光器工作，所有光敏单元接收激光后均向控制系统发送信号，控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的水平角；
2)控制系统基于同一光敏单元处获取的两个全自动测量经纬仪的水平角、竖直角计算光敏单元所在位置在世界坐标系下的坐标。
具体来说，光敏单元4为四象限光电探测管、四象限光电倍增管、四象限雪崩二极管或者位置灵敏探测器，垂直方向、水平方向激光均投射在四象限中心交点位置处时，光敏单元方向控制系统发送信号。
该全自动测量经纬仪通过旋转扫描式测量方法，可直接获取待测点的水平角和竖直角，无需整平；使用光点接收装置，空间内理论上可无限布置，实现多目标同时测量，大大提升测量效率；并可明确得知何时采集到中心位置，提高测量精确度。
前面对本发明具体示例性实施方案所呈现的描述是出于说明和描述的目的。前面的描述并不想要成为毫无遗漏的，也不是想要把本发明限制为所公开的精确形式，显然，根据上述教导很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方案并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员能够实现并利用本发明的各种示例性实施方案及其不同选择形式和修改形式。本发明的范围旨在由所附权利要求书及其等价形式所限定。
Claims (5)
1.一种全自动测量经纬仪，包括光敏单元和经纬仪，所述经纬仪设置有伺服控制系统；所述伺服控制系统由高精度绝对值编码器、伺服电机及电机控制器组成，所述电机控制器用于控制伺服电机的启、停及转速，所述伺服电机用于控制经纬仪的水平方向或垂直方向旋转；所述高精度绝对值编码器能自动获取经纬仪的水平角及竖直角；
其特征在于：所述经纬仪不包括目镜单元，对应位置设置有两组线激光器，所述两组线激光器能在空间中形成两个相互垂直的扇形激光面，且其中一个扇形激光面与水平面平行；
所述光敏单元随机设置于待测位置，当上述线激光器的激光经过所述光敏单元时该光敏单元可向控制系统发送信号，所述控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的水平角及竖直角。
2.如权利要求1所述全自动测量经纬仪，其特征在于：所述光敏单元为四象限光电探测管、四象限光电倍增管、四象限雪崩二极管或者位置灵敏探测器。
3.如权利要求1所述全自动测量经纬仪，其特征在于：所述控制系统内还包括补偿模块，用于补偿信号传输时间引起的高精度绝对值编码器获取数据的误差；
所述补偿模块通过以下公式进行补偿：
其中，V为t时刻的理论转速，单位为rad/s，m为电机运转过程中的最大转速波动，单位为rad/s，V+msin(Vt)即为t时刻的实时转速，Δt为传输时延，计算方法为
其中，L为从光电接收器到上位机再到经纬仪的线缆总长，c为光速，取3×108m/s。
4.一种多目标测量方法，其特征在于：使用两个如权利要求1所述全自动测量经纬仪进行，其中所述光敏单元有多个，分别设置于待测物表面；
两个所述全自动测量经纬仪在测试过程中位置固定，且其在世界坐标系下的位置已知；
两个全自动测量经纬仪同时测试时，两者旋转速度不同，所述控制系统基于光敏单元反馈信号的时间间隙区分全自动测量经纬仪；
两个全自动测量经纬仪先后测试时，旋转速度相同或者不同；
测试步骤如下：
1)单个全自动测量经纬仪沿水平方向旋转360°，此时能在空间中形成垂直方向扇形激光面的激光器工作，所有光敏单元接收激光后均向控制系统发送信号，所述控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的竖直角；
单个全自动测量经纬仪沿垂直方向旋转预设角度，此时能在空间中形成水平方向扇形激光面的激光器工作，所有光敏单元接收激光后均向控制系统发送信号，所述控制系统通过高精度绝对值编码器获取同一时刻经纬仪的水平角；
2)控制系统基于同一光敏单元处获取的两个全自动测量经纬仪的水平角、竖直角计算光敏单元所在位置在世界坐标系下的坐标。
5.如权利要求4所述多目标测量方法，其特征在于：所述光敏单元为四象限光电探测管、四象限光电倍增管、四象限雪崩二极管或者位置灵敏探测器，垂直方向、水平方向激光均投射在四象限中心交点位置处时，光敏单元方向控制系统发送信号。
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