CN114353834A - 姿态探头的标定方法 - Google Patents

Abstract

本公开描述一种姿态探头的标定方法，姿态探头包括设置有位置敏感探测器的基准层、设置有空心角锥棱镜的棱镜层、以及设置于基准层和棱镜层之间的中间层，中间层包括设置有通孔的小孔板，标定方法包括：将姿态探头设置于具有旋转轴的旋转平台，旋转平台配置为以旋转轴为旋转中心相对于基座旋转，将发射模块和姿态探头的通孔调整至旋转轴的轴线上，姿态探头接收发射模块产生的光束，旋转旋转平台并带动姿态探头旋转，利用位置敏感探测器记录光束的轨迹并基于轨迹标定坐标系的坐标原点。由此，能够通过光束在位置敏感探测器的轨迹获取坐标系的坐标原点在位置敏感探测器的具体位置，从而实现对坐标系的坐标原点的标定。

Description

姿态探头的标定方法

技术领域

本发明大体涉及智能制造装备产业，具体涉及一种姿态探头的标定方法。

背景技术

随着工业技术的不断革新，运用激光跟踪仪测量目标的位置和姿态已经成为了智能制造装备行业的一个重要方法。一般而言，激光具有亮度高、单色性好、相干性高且方向性强等多重优点，这些优点使得其运用在激光跟踪仪上时，激光跟踪仪能够获得良好的测量结果。

激光跟踪仪作为一种精密机械仪器，在使用时需要与姿态探头(靶球)配合，利用姿态探头将激光反射回激光跟踪仪，从而能够计算姿态探头的位置。

现有技术中，为了提高激光跟踪仪的检测精度，通常需要提高激光跟踪仪水平轴、俯仰轴和光轴的垂直正交性，或对激光跟踪仪进行标定。然而，过分关注激光跟踪仪容易忽略姿态探头对检测精度的影响。实际上，姿态探头的加工精度对激光跟踪仪的检测精度也会产生较大的影响，因此对姿态探头进行标定也是提高激光跟踪仪的检测精度的有效手段。

发明内容

本公开是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够对姿态探头进行标定，从而能够提高检测精度的姿态探头的标定方法。

为此，本公开提供一种姿态探头的标定方法，所述姿态探头包括设置有位置敏感探测器的基准层、设置有空心角锥棱镜的棱镜层、以及设置于所述基准层和所述棱镜层之间的中间层，所述中间层包括设置有通孔的小孔板，所述姿态探头接收光束时，光束通过所述空心角锥棱镜和所述通孔到达所述位置敏感探测器，所述标定方法是用于标定所述姿态探头的坐标系的标定方法，其特征在于，包括：将所述姿态探头设置于具有旋转轴的旋转平台，所述旋转平台配置为以所述旋转轴为旋转中心相对于基座旋转，将发射模块和所述姿态探头的所述通孔调整至所述旋转轴的轴线上，所述姿态探头接收所述发射模块产生的光束，旋转所述旋转平台并带动所述姿态探头旋转，利用所述位置敏感探测器记录光束的轨迹并基于所述轨迹标定所述坐标系的坐标原点。

在这种情况下，若基准层和棱镜层(中间层)不平行，姿态探头在旋转平台上旋转时，则光束会在位置敏感探测器中移动，同时，能够通过光束在位置敏感探测器的轨迹获取坐标系的坐标原点在位置敏感探测器的具体位置，从而实现对坐标系的坐标原点的标定，进而能够在后续的检测任务中使用标定的结果对实际的测量值进行修正，从而能够提高激光跟踪仪的测量精度。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，在将所述发射模块和所述通孔调整至所述旋转轴的轴线上时，利用设置于所述基座的固定架将拍摄模块设置于第一位置，所述第一位置位于所述旋转轴的轴线上，将所述拍摄模块的镜头对准所述通孔，旋转所述旋转平台并带动所述姿态探头旋转并利用所述拍摄模块拍摄，基于所述通孔的位置判断所述通孔是否位于所述旋转轴的轴线。在这种情况下，由于拍摄模块位于旋转轴所在直线，由此能够判断通孔是否位于旋转轴的轴线。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，在所述姿态探头旋转时，若所述通孔的位置发生变化，则判断所述姿态探头不位于所述旋转轴的轴线上，并重新调整所述姿态探头的位置，若所述通孔的位置不发生变化，则判断所述姿态探头位于所述旋转轴的轴线上。在这种情况下，能够通过通孔的位置变化判断姿态探头的通孔是否位于旋转轴的轴线。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，在所述姿态探头设置于所述旋转轴的轴线上之后，拆卸所述拍摄模块并将所述发射模块设置于所述第一位置。在这种情况下，能够使发射模块位于旋转轴的轴线上。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，还包括标定所述坐标系的坐标轴的方向，其包括：将姿态调整平台放置于所述旋转平台，将所述姿态探头放置于所述姿态调整平台，调整姿态调整平台的姿态以使所述空心角锥棱镜的中心轴与所述旋转平台平行，将所述发射模块设置于固定架的第二位置，所述第二位置位于所述空心角锥棱镜的中心轴上，所述姿态探头接收所述发射模块产生的光束，记录光束入射在所述位置敏感探测器的位置为第一目标位置，旋转所述旋转平台以使所述姿态探头旋转预设角度，记录光束入射在所述位置敏感探测器的位置为第二目标位置，基于所述第一目标位置和所述第二目标位置对所述坐标系的坐标轴的方向进行标定。在这种情况下，能够利用对传感器坐标系的坐标轴的方向进行标定，进而能够对靶标坐标系的坐标轴的方向进行标定。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，令所述第一目标位置和所述第二目标位置的连线的方向为所述坐标系的第一坐标轴的方向，在所述位置敏感探测器中，与所述第一目标位置和所述第二目标位置的连线的方向垂直的方向为第二坐标轴的方向。在这种情况下，能够标定传感器坐标系的坐标轴的方向，进而能够标定靶标坐标轴的方向。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，在所述姿态探头旋转预设角度之后，调整姿态调整平台的姿态以使所述空心角锥棱镜的中心轴与所述旋转平台平行。在这种情况下，能够确保获得第一目标位置和第二目标位置时，姿态探头位于水平状态，进而能够提高标定的精度。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，所述预设角度小于90°。在这种情况下，能够光束在姿态探头旋转的过程中在位置敏感探测器上。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，还包括标定所述位置敏感探测器与所述通孔之间的距离，其包括：利用激光跟踪仪向所述姿态探头的所述通孔发射激光，令所述姿态探头沿所述第二坐标轴的方向移动预设距离，利用激光跟踪仪记录所述姿态探头移动时的水平角，获取光束在所述位置敏感探测器中的移动距离，基于所述移动距离和所述水平角对所述位置敏感探测器与所述通孔之间的距离进行标定。在这种情况下，能够对位置敏感探测器与通孔之间的距离进行标定。

另外，在本公开所涉及的标定方法中，可选地，所述位置敏感探测器与所述通孔之间的距离满足公式：

其中，所述d表示所述坐标原点与所述通孔之间的距离，所述L表示所述移动距离，所述α表示所述水平角。在这种情况下，能够获取位置敏感探测器与通孔之间的距离，进而能够对位置敏感探测器与通孔之间的距离进行标定。

根据本公开的标定方法，能够对姿态探头进行标定，从而能够提高检测精度的姿态探头的标定方法。

附图说明

现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本公开，其中：

图1是示出了本公开的实施方式所涉及的姿态探头的应用场景示意图。

图2是示出了本公开的实施方式所涉及的姿态探头的示意图。

图3是示出了本公开的实施方式所涉及的理想情况下的坐标系的示意图。

图4是示出了本公开的实施方式所涉及的实际情况下的坐标系的示意图。

图5是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法的流程示意图。

图6是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标原点的流程示意图。

图7是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，将发射模块和通孔调整至轴线上的场景示意图。

图8是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标原点的场景示意图。

图9是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标轴的方向的流程示意图。

图10是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标轴的方向的场景示意图。

图11是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，测量第一目标位置时的场景俯视图。

图12是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，测量第二目标位置时的场景俯视图。

图13是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，位置敏感探测器中的第一目标位置和第二目标位置的示意图。

图14是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标原点与通孔之间的距离的流程示意图。

图15是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标原点与通孔之间的距离的原理示意图。

附图标记

10、跟踪仪，

20、姿态探头，

21、棱镜层，22、小孔板，23、基准层，

211、空心角锥棱镜，212、重力倾角传感器，213、指示单元

231、位置敏感探测器，

31、基座，32、旋转平台，33、固定架，34、拍摄模块，35、发射模块，

36、姿态调整平台，361、调整螺钉

具体实施方式

以下，参考附图，详细地说明本公开的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。

需要说明的是，本公开中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本公开的下面描述中涉及的小标题等并不是为了限制本公开的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。

图1是示出了本公开的实施方式所涉及的姿态探头20的应用场景示意图。图2是示出了本公开的实施方式所涉及的姿态探头20的示意图。

在一些示例中，参见图1，本公开所涉及的姿态探头20可以与激光探测仪配合以实现测距和跟踪姿态探头20。其中，测距可以是指测量姿态探头20和激光跟踪仪10的距离。具体而言，激光探测仪可以发射激光束，姿态探头20接收激光束后将激光束反射回激光探测仪，激光跟踪仪10可以基于从姿态探头20反射回来的激光束计算姿态探头20与激光探测仪的距离，并跟踪姿态探头20。

在一些示例中，姿态探头20可以包括设置有位置敏感探测器231(PositionSensitive Detector，PSD)的基准层23、设置有空心角锥棱镜211的棱镜层21、以及设置于基准层23和棱镜层21之间的中间层。在一些示例中，中间层可以包括设置有通孔的小孔板22，姿态探头20接收光束时，光束通过空心角锥棱镜211和通孔到达位置敏感探测器231。在一些示例中，空心角锥棱镜211的开孔可以位于小孔板22的通孔，也即空心角锥棱镜211的开孔的几何中心可以与通孔的几何中心重合。在这种情况下，能够利用空心角锥棱镜211将激光束反射回激光探测仪，并且利用位置敏感探测器231接收通过中间层的激光束，从而能够利用位置敏感探测器231感测姿态探头20的位置和姿态是否发生变化，进而能够实现测距和跟踪姿态探头20。

在一些示例中，姿态探头20可以包括重力倾角传感器212，在这种情况下，能够利用重力倾角传感器212获取姿态探头20的姿态。在一些示例中，重力倾角传感器212可以设置于棱镜层21。在一些示例中，重力倾角传感器212可以设置于棱镜层21的侧面，具体而言，棱镜层21可以呈棱柱状并包括入射面出射面以及四个侧面，四个侧面可以包括顶侧面、底侧面、左侧面和右侧面，其中，重力倾角传感器212可以设置于顶侧面，并且当姿态探头20处于水平状态时，重力倾角传感器212的读数为0。

在一些示例中，姿态探头20可以包括多个指示单元213。在这种情况下，能够根据指示单元213的空间位置获得姿态探头20的姿态。

图3是示出了本公开的实施方式所涉及的理想情况下的坐标系的示意图。图4是示出了本公开的实施方式所涉及的实际情况下的坐标系的示意图。

在一些示例中，参见图3和图4，姿态探头20中可以定义两个坐标系，包括三维的靶标坐标系{O_T,X_TY_TZ_T}和二维的传感器坐标系{O_D,X_DY_D}。其中，O_T为靶标坐标系的原点，X_T轴为靶标坐标系的第一坐标轴(X轴)，Y_T轴为靶标坐标系的第二坐标轴(Y轴)，Z_T轴为靶标坐标系的第三坐标轴(Z轴)，O_D为传感器坐标系的原点，X_D轴为传感器坐标系的第一坐标轴(X轴)，Y_D轴为传感器坐标系的第二坐标轴(Y轴)。在一些示例中，靶标坐标系也可以称为通孔坐标系，传感器坐标系也可以称为PSD坐标系。

在一些示例中，本公开所涉及的坐标系可以是指靶标坐标系或传感器坐标系。

在一些示例中，靶标坐标系可以以靶标内部角锥棱镜开孔或小孔板22的通孔的几何中心为坐标原点，通孔指向位置敏感探测器231表面的垂线方向为Z_T轴的正方向。X_T轴与X_D轴的方向相同，Y_T轴与Y_D轴的方向相同。在一些示例中，传感器坐标系可以为位置敏感探测器231内置的二维坐标系。

在一些示例中，参见图3，理性情况下的棱镜层21、基准层23和中间层可以相互平行。此时，靶标坐标系的X_T轴和Y_T轴可以与棱镜层21和中间层平行，换言之，靶标坐标系的X_T轴和Y_T轴可以与空心角锥棱镜211的中心轴垂直，也即空心角锥棱镜211的中心轴可以垂直于X_TO_TY_T平面。在这种情况下，可以便捷地获得靶标坐标系与传感器坐标系的相对位置关系、传感器坐标系的坐标原点、X_D轴的方向、Y_D轴的方向(例如直接测量、基于加工图纸直接获得)，从而能够便捷地将传感器坐标系中的点映射至靶标坐标系中。

在一些示例中，参见图4，实际情况下，由于加工精度的问题，基准层23可能与棱镜层21不平行，并且基准层23可以与中间层不平行。但是，空心角锥棱镜211的中心轴依然与棱镜层21的侧面平行。此时的靶标坐标系的X_T轴和Y_T轴可以不与棱镜层21平行，空心角锥棱镜211的中心轴可以于X_TO_TY_T平面不垂直。

在一些示例中，本公开所涉及的标定可以是指标定传感器坐标系的坐标原点位置，X_D轴的方向、Y_D轴的方向、传感器坐标系的坐标原点与靶标坐标系的距离(或位置敏感探测器231与通孔之间的距离)等其他相关数值可以通过标定、直接测量或通过加工图纸获得。在这种情况下，能够迅速地对姿态探头20进行标定，从而能够提高使用激光跟踪仪10和姿态探头20时的测量精度。

在一些示例中，本公开所涉及的标定也可以是指标定传感器的X_D轴的方向和Y_D轴的方向，传感器坐标系的坐标原点位置以及传感器坐标系的坐标原点与靶标坐标系的距离(或位置敏感探测器231与通孔之间的距离)等其他相关数值可以通过标定、标定、直接测量或通过加工图纸获得。在这种情况下，能够迅速地对姿态探头20进行标定，从而能够提高使用激光跟踪仪10和姿态探头20时的测量精度。

在一些示例中，本公开所涉及的标定也可以是指标定传感器坐标系的坐标原点与靶标坐标系的距离(或位置敏感探测器231与通孔之间的距离)，传感器坐标系的坐标原点位置、X_D轴的方向、Y_D轴的方向等其他相关数值可以通过标定、直接测量或通过加工图纸获得。在这种情况下，能够迅速地对姿态探头20进行标定，从而能够提高使用激光跟踪仪10和姿态探头20时的测量精度。

在一些示例中，本公开所涉及的标定也可以标定传感器坐标系的坐标原点位置、标定传感器的X_D轴的方向和Y_D轴的方向、标定传感器坐标系的坐标原点与靶标坐标系的距离的任意组合，在这种情况下，能够进一步提高标定效果，进而能够进一步提高使用激光跟踪仪10和姿态探头20时的测量精度。

以下详细介绍依次对传感器坐标系的坐标原点位置、传感器的X_D轴的方向和Y_D轴的方向、传感器坐标系的坐标原点与靶标坐标系的距离进行标定的过程。需要说明的是，各个标定过程均可以单独进行。

本公开所涉及的姿态探头20的标定方法也可以称为用于具有位置敏感探测器231的姿态探头20的标定方法、基于光束旋转的标定方法、靶标的标定方法、辅助测量装置的标定方法、靶球的标定方法、标定方法。

图5是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法的流程示意图。图6是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标原点的流程示意图。

在一些示例中，参见图5，标定方法可以包括：标定传感器坐标系的坐标原点(步骤S100)，标定坐标系的坐标轴的方向(步骤S200)，标定位置敏感探测器231与通孔之间的距离(步骤S300)。

在一些示例中，参见图6，标定传感器坐标系的坐标原点可以包括：将姿态探头20设置于具有旋转轴的旋转平台32(步骤S101)，将发射模块35和姿态探头20的通孔调整至旋转轴的轴线上(步骤S102)，姿态探头20接收发射模块35产生的光束，旋转旋转平台32并带动姿态探头20旋转(步骤S103)，利用位置敏感探测器231记录光束的轨迹并基于轨迹标定坐标系的坐标原点(步骤S104)。

在这种情况下，若基准层23和棱镜层21(中间层)不平行，姿态探头20在旋转平台32上旋转时，则光束会在位置敏感探测器231中移动，同时，能够通过光束在位置敏感探测器231的轨迹获取坐标系的坐标原点在位置敏感探测器231的具体位置，从而实现对坐标系的坐标原点的标定，进而能够在后续的检测任务中使用标定的结果对实际的测量值进行修正，从而能够提高激光跟踪仪10的测量精度。

图7是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，将发射模块35和通孔调整至轴线上的场景示意图。图8是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标原点的场景示意图。

在一些示例中，在步骤S101中，可以将姿态探头20设置于旋转平台32。在一些示例中，旋转平台32可以具有旋转轴，并且能够以旋转轴为旋转中心相对于基座31旋转。具体而言，旋转平台32可以通过旋转轴设置于基座31。

在一些示例中，旋转平台32可以具有水平的承载面，具体而言，承载面的水平角可以小于预设值。在一些示例中，可以利用水平仪测量承载面的水平角。在这种情况下，能够提高标定的精度。

在一些示例中，在步骤S102中，可以将发射模块35和姿态探头20的通孔调整至旋转轴的轴线上

在一些示例中，发射模块35可以是激光准直仪。在一些示例中，发射模块35可以是能够发射激光束的仪器。

在一些示例中，发射模块35可以位于姿态探头20上方。在一些示例中，发射模块35可以位于姿态探头20的上方并将发射口对准姿态探头20的通孔。换言之姿态探头20可以设置于发射模块35与旋转平台32之间。在这种情况下，旋转平台32旋转时，通孔的位置可以不发生改变，同时，发射模块35发射的激光束可以持续地通过通孔发射至位置敏感探测器231，从而能够获取激光束在位置敏感探测器231的位置变化。

在一些示例中，在步骤S103中，姿态探头20可以接收发射模块35产生的光束，旋转旋转平台32并带动姿态探头20旋转。

在一些示例中，参见图7，可以通过以下方法将将发射模块35和通孔调整至旋转轴的轴线上。在将发射模块35和通孔调整至旋转轴的轴线上时，可以利用设置于基座31的固定架33将拍摄模块34设置于第一位置，第一位置位于旋转轴的轴线上，将拍摄模块34的镜头对准通孔，旋转旋转平台32并带动姿态探头20旋转并利用拍摄模块34拍摄，基于通孔的位置判断通孔是否位于旋转轴的轴线。在这种情况下，由于拍摄模块34位于旋转轴所在直线，由此能够判断通孔是否位于旋转轴的轴线。

在一些示例中，当拍摄模块34位于第一位置时，拍摄模块34的拍摄方向可以垂直于承载面。

在一些示例中，在姿态探头20旋转时，若通孔的位置发生变化，则可以判断姿态探头20不位于旋转轴的轴线上，并重新调整姿态探头20的位置，若通孔的位置不发生变化，则可以判断姿态探头20位于旋转轴的轴线上。在这种情况下，能够通过通孔的位置变化判断姿态探头20的通孔是否位于旋转轴的轴线。

在一些示例中，若姿态探头20不位于旋转轴的轴线上，可以重新调整姿态探头20的位置。在一些示例中，调整姿态探头20的位置后，可以重新判断姿态探头20的通孔是否位于旋转轴的轴线上，并且可以重复调整姿态探头20的位置直至姿态探头20的通孔位于旋转轴的轴线上。在这种情况下，能够令姿态探头20的通孔位于旋转轴的轴线。

在一些示例中，参见图8，在姿态探头20设置于旋转轴的轴线上之后，可以拆卸拍摄模块34并将发射模块35设置于第一位置。在这种情况下，能够使发射模块35位于旋转轴的轴线上。

在一些示例中，在步骤S104中，可以利用位置敏感探测器231记录光束的轨迹并基于轨迹标定坐标系的坐标原点。

在一些示例中，发射模块35发射激光束，并在位置敏感探测器231形成光斑，当旋转平台32旋转时，光斑在位置敏感探测器231移动并形成轨迹(也即光束在位置敏感探测器231的轨迹)。

在一些示例中，轨迹可以为弧形、圆形、椭圆形，此时可以令轨迹的中心位置(例如弧形的圆心、圆形的圆心或椭圆形的焦点)作为传感器坐标系的坐标原点。在一些示例中，轨迹可以为光斑，此时可以令光斑的几何中心作为传感器坐标系的坐标原点。在这种情况下，能够对传感器坐标系的坐标原点进行标定，进而能够对靶标坐标系的坐标原点进行标定。

图9是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标轴的方向的流程示意图。图10是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标系的坐标轴的方向的场景示意图。图11是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，测量第一目标位置时的场景俯视图。图12是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，测量第二目标位置时的场景俯视图。图13是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，位置敏感探测器231中的第一目标位置和第二目标位置的示意图。

在一些示例中，标定方法还可以包括标定坐标系的坐标轴的方向。

在一些示例中，参见图9，标定坐标系的坐标轴的方向可以包括：将姿态调整平台36放置于旋转平台32，将姿态探头20放置于姿态调整平台36(步骤S201)，调整姿态调整平台36的姿态以使空心角锥棱镜211的中心轴与旋转平台32平行，将发射模块35设置于固定架33的第二位置(步骤S202)，姿态探头20接收发射模块35产生的光束，记录光束入射在位置敏感探测器231的位置为第一目标位置(步骤S203)，旋转旋转平台32以使姿态探头20旋转预设角度，记录光束入射在位置敏感探测器231的位置为第二目标位置(步骤S204)，基于第一目标位置和第二目标位置对坐标系的坐标轴的方向进行标定(步骤S205)。在这种情况下，能够利用对传感器坐标系的坐标轴的方向进行标定，进而能够对靶标坐标系的坐标轴的方向进行标定。

在一些示例中，在步骤S201中，参见图10，可以将姿态调整平台36放置于旋转平台32，将姿态探头20放置于姿态调整平台36。在这种情况下，能够利用姿态调整平台36调整姿态探头20的水平度。

在一些示例中，也可以将姿态调整平台36放置于基座31，并将姿态探头20放置于姿态调整平台36。

在一些示例中，在姿态调整平台36调整姿态探头20的水平度时，可以利用上文的姿态探头20的重力倾角传感器212判断姿态探头20是否位于水平状态。具体而言，可以调整姿态调整平台36直至重力倾角传感器212的读数为零。

在一些示例中，也可以将水平仪放置于姿态探头20的顶侧面。在这种情况下，能够利用水平仪判断姿态探头20是否处于水平状态。在一些示例中，也可以调整姿态调整平台36直至水平仪显示姿态探头20处于水平状态。

在一些示例中，参见图10，姿态调整平台36可以包括多个调整螺钉361，在这种情况下，能够利用多个调整螺钉361调整姿态调整平台36的姿态，进而能够调整姿态探头20的姿态。

在一些示例中，在步骤S202中，参见图10，可以调整姿态调整平台36的姿态以使空心角锥棱镜211的中心轴与旋转平台32平行，将发射模块35设置于固定架33的第二位置。在一些示例中，第二位置位于中心轴上。在这种情况下，能够令发射模块35发射的光束与空心角锥棱镜211的中心轴在同一水平面内。

在一些示例中，在步骤S202中，参见图11，姿态探头20可以接收发射模块35产生的光束，记录光束入射在位置敏感探测器231的位置为第一目标位置。

在一些示例中，可以预先调整姿态探头20的位置以使第一目标位置位于靠近位置敏感探测器231的边缘的位置。在这种情况下，能够使第一目标位置和第二目标位置相互远离，进而能够使第一目标位置和第二目标位置具有较大的距离，进而能够提高标定的精度。

在一些示例中，在步骤S202中，参见图12，可以旋转旋转平台32以使姿态探头20旋转预设角度，记录光束入射在位置敏感探测器231的位置为第二目标位置。在这种情况下，能够获取第二目标位置，进而能够后续利用第一目标位置和第二目标位置对坐标系的坐标轴的方向进行标定。

在一些示例中，在姿态探头20旋转预设角度之后，可以调整姿态调整平台36的姿态以使空心角锥棱镜211的中心轴与旋转平台32平行。在这种情况下，能够确保获得第一目标位置和第二目标位置时，姿态探头20位于水平状态，进而能够提高标定的精度。

在一些示例中，也可以在姿态探头20旋转预设角度之后，也可以不调整姿态调整平台36，并获取第二目标位置。在这种情况下，能够提高标定的速度。在一些示例中，在交姿态调整平台36放置于基座31时，可以直接旋转姿态探头20以使姿态探头20旋转预设角度。

在一些示例中，述预设角度小于空心角锥棱镜211的角度。在一些示例中，预设角度小于90°。在这种情况下，能够光束在姿态探头20旋转的过程中在位置敏感探测器231上。

在一些示例中，在步骤S205中，参见图13，可以基于第一目标位置和第二目标位置对坐标系的坐标轴的方向进行标定。

在一些示例中，可以令第一目标位置和第二目标位置的连线的方向为坐标系的第一坐标轴(X轴)的方向，在位置敏感探测器231中，与第一目标位置和第二目标位置的连线的方向垂直的方向为第二坐标轴(Y轴)的方向。在这种情况下，能够标定传感器坐标系的坐标轴的方向，进而能够标定靶标坐标轴的方向。

图14是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标原点与通孔之间的距离的流程示意图。图15是示出了本公开的实施方式所涉及的标定方法中，标定坐标原点与通孔之间的距离的原理示意图。

在一些示例中，标定方法还可以标定坐标原点与通孔之间的距离。具体而言，标定坐标原点与通孔之间的距离可以是标定传感器坐标系的坐标原点与通孔之间的距离，标定坐标原点与通孔之间的距离也可以是标定传感器坐标系的坐标原点与靶标坐标系的坐标原点之间的距离，标定坐标原点与通孔之间的距离也可以是标定位置敏感探测器231与通孔之间的距离。

在一些示例中，参见图14，标定位置敏感探测器231与通孔之间的距离可以包括：利用激光跟踪仪10向姿态探头20的通孔发射激光(步骤S301)，令姿态探头20沿第二坐标轴的方向移动预设距离(步骤S302)，利用激光跟踪仪10记录姿态探头20移动时的水平角(步骤S303)，获取光束在位置敏感探测器231中的移动距离(步骤S304)，基于移动距离和水平角对位置敏感探测器231与通孔之间的距离进行标定(步骤S305)。在这种情况下，能够对位置敏感探测器231与通孔之间的距离进行标定。

在一些示例中，在步骤S301中，可以利用激光跟踪仪10向姿态探头20的通孔发射激光。

在一些示例中，激光跟踪仪10发射的激光可以正对位置敏感探测器231的几何中心。具体而言，可以利用利用激光跟踪仪10发射激光束，并且调整姿态探头20的姿态直至激光束与空心角锥棱镜211的中心轴重合。

在一些示例中，在步骤S302中，可以令姿态探头20沿第二坐标轴的方向移动预设距离。

在一些示例中，当姿态探头20沿第二坐标轴的方向移动预设距离时，姿态探头20在第一坐标轴的方向不移动。

在一些示例中，在步骤S303中，可以利用激光跟踪仪10记录姿态探头20移动时的水平角。

在一些示例中，在步骤S304中，可以获取光束在位置敏感探测器231中的移动距离。在一些示例中，可以获取光束在位置敏感探测器231中的第二坐标轴的方向的移动距离。

在一些示例中，在步骤S305中，可以基于移动距离和水平角对位置敏感探测器231与通孔之间的距离进行标定。

在一些示例中，参见图15，姿态探头20(或通孔)沿第移动预设距离，由于激光跟踪仪10跟踪姿态探头20，激光跟踪仪10发射的光束(激光束)也会移动，在一些示例中，可以利用水平角描述光束的移动，也可以利用光束的的移动距离角描述光束的移动，需要说明的是，此处光束的移动距离是指光束在位置敏感探测器231形成的光斑的移动距离，移动距离可以是相对于位置敏感探测器231的移动距离，此时光束的移动距离可以是指光束(光斑)在位置敏感探测器231中的移动距离L，移动距离也可以是相对于空间的移动距离，此时光束的移动距离可以是指光束(光斑)在空间中的实际移动距离。

在一些示例中，参见图15，位置敏感探测器231与通孔之间的距离满足公式：

其中，d表示坐标原点(传感器坐标系的坐标原点)与通孔之间的距离，L表示光束在位置敏感探测器231中的移动距离，α表示水平角。在这种情况下，能够获取位置敏感探测器231与通孔之间的距离，进而能够对位置敏感探测器231与通孔之间的距离进行标定。

在一些示例中，L可以通过位置敏感探测器231获取，α可以通过激光跟踪仪10获取。

在一些示例中，可以此重复步骤S301至步骤S305，并获得多个位置敏感探测器231与通孔之间的距离，并对多个位置敏感探测器231与通孔之间的距离取平均值，将该平均值作为位置敏感探测器231与通孔之间的距离。在这种情况下，能够提高标定的精度。

虽然以上结合附图和示例对本公开进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本公开。本领域技术人员在不偏离本公开的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本公开进行变形和变化，这些变形和变化均落入本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种姿态探头的标定方法，所述姿态探头包括设置有位置敏感探测器的基准层、设置有空心角锥棱镜的棱镜层、以及设置于所述基准层和所述棱镜层之间的中间层，所述中间层包括设置有通孔的小孔板，所述姿态探头接收光束时，光束通过所述空心角锥棱镜和所述通孔到达所述位置敏感探测器，所述标定方法是用于标定所述姿态探头的坐标系的标定方法，其特征在于，包括：将所述姿态探头设置于具有旋转轴的旋转平台，所述旋转平台配置为以所述旋转轴为旋转中心相对于基座旋转，将发射模块和所述姿态探头的所述通孔调整至所述旋转轴的轴线上，所述姿态探头接收所述发射模块产生的光束，旋转所述旋转平台并带动所述姿态探头旋转，利用所述位置敏感探测器记录光束的轨迹并基于所述轨迹标定所述坐标系的坐标原点。

2.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于，

在将所述发射模块和所述通孔调整至所述旋转轴的轴线上时，

利用设置于所述基座的固定架将拍摄模块设置于第一位置，所述第一位置位于所述旋转轴的轴线上，

将所述拍摄模块的镜头对准所述通孔，

旋转所述旋转平台并带动所述姿态探头旋转并利用所述拍摄模块拍摄，基于所述通孔的位置判断所述通孔是否位于所述旋转轴的轴线。

3.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

在所述姿态探头旋转时，

若所述通孔的位置发生变化，则判断所述姿态探头不位于所述旋转轴的轴线上，并重新调整所述姿态探头的位置，

若所述通孔的位置不发生变化，则判断所述姿态探头位于所述旋转轴的轴线上。

4.如权利要求2所述的标定方法，其特征在于：

在所述姿态探头设置于所述旋转轴的轴线上之后，

拆卸所述拍摄模块并将所述发射模块设置于所述第一位置。

5.如权利要求1所述的标定方法，其特征在于：

还包括标定所述坐标系的坐标轴的方向，其包括：

将姿态调整平台放置于所述旋转平台，

将所述姿态探头放置于所述姿态调整平台，

调整姿态调整平台的姿态以使所述空心角锥棱镜的中心轴与所述旋转平台平行，

将所述发射模块设置于固定架的第二位置，所述第二位置位于所述空心角锥棱镜的中心轴上，

所述姿态探头接收所述发射模块产生的光束，

记录光束入射在所述位置敏感探测器的位置为第一目标位置，

旋转所述旋转平台以使所述姿态探头旋转预设角度，

记录光束入射在所述位置敏感探测器的位置为第二目标位置，

基于所述第一目标位置和所述第二目标位置对所述坐标系的坐标轴的方向进行标定。

6.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：

令所述第一目标位置和所述第二目标位置的连线的方向为所述坐标系的坐标轴中的第一坐标轴的方向，在所述位置敏感探测器中，与所述第一目标位置和所述第二目标位置的连线的方向垂直的方向为所述坐标系的坐标轴中的第二坐标轴的方向。

7.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：

在所述姿态探头旋转预设角度之后，调整姿态调整平台的姿态以使所述空心角锥棱镜的中心轴与所述旋转平台平行。

8.如权利要求5所述的标定方法，其特征在于：

所述预设角度小于90°。

9.根据权利要求6所述的标定方法，其特征在于，

还包括标定所述位置敏感探测器与所述通孔之间的距离，其包括：

利用激光跟踪仪向所述姿态探头的所述通孔发射激光，

令所述姿态探头沿所述第二坐标轴的方向移动预设距离，

利用激光跟踪仪记录所述姿态探头移动时的水平角，

获取光束在所述位置敏感探测器中的移动距离，

基于所述移动距离和所述水平角对所述位置敏感探测器与所述通孔之间的距离进行标定。

10.根据权利要求9所述的标定方法，其特征在于，

所述位置敏感探测器与所述通孔之间的距离满足公式：

其中，所述d表示所述坐标原点与所述通孔之间的距离，所述L表示所述移动距离，所述α表示所述水平角。

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