CN1262815C - 准直测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光准直装置，尤其是测量孔轴两种情况的位移准直测量装置。准直测量装置，其特征是：它由发射器(2)、接收器(3)和测量架构成，发射器(2)、接收器(3)分别安装在各自的测量架的L形底架(1)上，且他们的光轴平行于各自的L形底架(1)的底座，且同步旋转，发射器的光源(33)、挡光板(40)的小孔(37)和发射器的镜头(72)依次在同一光轴上，接收器(3)的二维位置光学测量器件(24)与接收器的镜头(58)在同一光轴上，接收器(3)的二维位置光学测量器件(24)由信号线(68)与计算机(36)相连接。本发明即能测量两个孔或两个轴之间的相对偏移又能测量偏移角。

Description

准直测量装置

技术领域

本发明涉及一种激光准直装置，尤其是测量孔轴两种情况的相对偏移准直测量装置。

背景技术

目前，在美国专利US6040903和德国专利DE3911307A1文献所报道的专利技术方案是在采用一个激光发射器和一个接收器中有两个相隔一定距离的二维位移测量传感器，或者多对发射器和接收器方式，或者用反射方式来测量两个轴心的偏移。当采用一个接收器中有两个相隔一定距离的位移测量传感器，如果两个位移测量传感器距离间隔很短的时候，不适合狭窄空间的轴的测量，角偏差是很小的，并且需要对两个传感器进行数据采集，在说明书中只提及用椭圆的方式来计算，给出公式F＝ax2+2bxy+cy2+2dx+2ey+f＝0，或给出偏差角的算计方法，实际上并没有讲计算过程或没有公布。对于激光发射器和一个接收器分离的专利，主要采用从一个轴的中心发出激光，在另一个轴的端面投影，通过测量端面的椭圆来计算轴的偏差，主要有专利US4566202和United States Patent Application：20020129504。对于一个发射器，一个接收器测量需要搞清他们同步运动时，激光的投影关系，才能完成两个轴的轴心的偏差测量。

两个旋转运动的部件，在两个刚性轴连接的时候，如果存在位移偏差，也会影响机器的运转，产生噪声、发热等不良现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种即能测量偏移角又能测量两个孔或两个轴之间的相对偏移的准直测量装置。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：准直测量装置，其特征是：它由发射器2、接收器3和测量架构成，测量架包括L形底架1；发射器2包括发射器的光源33、挡光板40、第一凸透镜70、第二凸透镜71、发射器的镜头72，发射器的光源33、挡光板40的小孔37、第一凸透镜70、第二凸透镜71、发射器的镜头72依次布置并位于同一光轴上，且光轴平行于L形底架1的底座；

接收器3包括接收器的镜头58、成像透镜14、二维位置光学测量器件24，接收器的镜头58、成像透镜14、二维位置光学测量器件24依次布置并位于同一光轴上，且光轴平行于L形底架1的底座，接收器3的二维位置光学测量器件24由信号线68与计算机36相连接，计算机有显示准直仪发射器的激光照射的光斑的偏移位置二维坐标显示框；

发射器2、接收器3分别与2个第二底座12固定连接，2个第二底座12分别由紧固螺钉7固定在2个L形底架1外侧的梯形燕尾槽4上，L形底架1的底座顶端42处开有倒V型燕尾槽11，在测量时发射器2、接收器3同步旋转同样的角度；

测量轴时，轴47与L形底架1的底座顶端的倒V型燕尾槽11相接触；测量孔时，将梯形截面长条22插入梯形燕尾槽4的上端或下端槽中，L形底架1的底座与孔内壁28相接触。

所述的接收器的镜头58与成像透镜14之间装有一毛玻璃30，毛玻璃30上标识有坐标和刻度。

所述的接收器的镜头58与成像透镜14之间装有一具有透射部分光线的反射镜31，第二凸透镜71与发射器的镜头72之间装有一分光棱镜32，发射器的光源33、挡光板40的小孔37和发射器的镜头72的光轴垂直的方向上依次装有毛玻璃52、成像透镜46、用于角偏差测量的二维位置光学测量器件35，且毛玻璃52、成像透镜46、用于角偏差测量的二维位置光学测量器件35位于分光棱镜32的反射光轴上，用于角偏差测量的二维位置光学测量器件35与计算机36之间由信号线69连接，用 $\mathrm{\θ}\≈\mathrm{\ΔD}/(2*L)$ 计算两个轴心之间的夹角θ。

基本方法是通过光斑在二维位置光学测量器件上的相对位移来测量相对轴心的偏移量，以及它们角偏差。二维位置检测器件可以采用二维PSD，CCD，MOS等电路采集激光光光斑的位置。

由于接收器3在旋转的过程中，随着所在的轴的运动，光斑在接收器的二维位置光学测量器件24的位置也是不断的改变(如图3)，所以摄像头坐标参数跟着变化，一个是空间坐标位置(e，f)，另一个是空间旋转角度ω，并且有一个初始相位φ。我们还知道发射器发射的光束在接收器所在的平面是一个椭圆的轨迹，该椭圆长轴与短轴与测量发射器和接收器距离无关，但该椭圆的中心坐标(c，d)与发射器所在的轴的空间位置有关。其中，坐标的原点是指在接收器和发射器在一个轴上时，所观察到斑点的位置，设定为坐标原点(0，0)。

椭圆相对发射器旋转R有如下关系(见图2)：

x＝R*cos(t)/cos(θ)                                    (1)

y＝R*sin(t)                                            (2)

椭圆对与原点(0，0)有：

x₁＝R*cos(t)/cos(θ)+c                                 (3)

y₁＝R*sin(t)+d                                         (4)

接收器(e，f)的运动轨迹有

e＝r*cost(t)                                           (5)

f＝r*sin(t)                                            (6)

从椭圆圆周上平移到圆周上，有如下关系：

x₀＝R*cos(t)/cos(θ)+c-r*cost(t)                       (7)

y₀＝R*sin(t)+d-r*sin(t)                                (8)

接收器(e，f)旋转关系有；

x_rot＝x₂*cos(t)+y₂*sin(t)                              (9)

y_rot＝-x₂*sin(t)+y₂*cos(t)                             (10)

旋转转换代换：

x_rot＝(R*cos(t)/cos(θ)+c-r*cost(t))*cos(t)+(R*sin(t)+d-r*sin(t))*sin(t)

(11)

y_rot＝-(R*cos(t)/cos(θ)+c-r*cost(t))*sin(t)+(R*sin(t)+d-r*sin(t))*cos(t)

(12)

当接收器3和发射器不同步的情况下，在接收器3旋转t’和发射器旋转t”的过程中，周围的的空间都在发生坐标变换，通过坐标变换，发射器发射的光束射到接收器所在的平面的点函数关系如下：

x_rot＝R*cos(t”)*cos(t’)/cos(θ)+R*sin(t”)*sin(t’)+c*cos(t’)+d*sin(t’)

                                         -r             (13)

y_rot＝-R*cos(t”)*sin(t’)/cos(θ)+R*sin(t”)*cos(t’)-c*sin(t’)+

d*cos(t’))                             (14)

通过测量里面的几个参数，通过测量圆的半径R，r，并且同步旋转，即发射器和接收器保持同步旋转t’＝t”＝t，改变旋转角

以及旋转的角度t₁＝φ，t₂＝ω₂+φ，t₃＝ω₃+φ，t₄＝ω₄+φ，其中ω₂、ω₃、ω₄分别是人为从设定的t₁旋转的角度，是由人测量并标识在轴或孔的圆周上，从而分别测量到四组测量数据(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，代入方程(13)、(14)，，然后对坐标参数处理，解相应的方程组，显示椭圆圆心偏移坐标(c，d)参数。其中(x，y)是经过图像信号经过图像处理(如图32所示)、计算准直仪发射器的激光照射的光斑坐标位置，输入参数R、r、L、ω，以及旋转的角度t₁＝φ，t₂＝ω₂+φ，t₃＝ω₃+φ，t₄＝ω₄+φ，其中ω₂、ω₃、ω₄分别根据设定的t₁旋转的角度，R、r、L、ω₂、ω₃、ω₄为已知量，是由人测量并标识在轴或孔的圆周上，从而分别测量到四组测量数据(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，代入方程(13)、(14)，，然后对坐标参数处理，解方程组(15)、(16)，显示椭圆圆心偏移坐标(c，d)参数。其中φ是在初始测量时，激光在另一个轴的轴心的垂直平面上椭圆。

通过计算椭圆圆心和长、短轴，和测量发射器和接收器之间的距离，可以计算椭圆角偏移量。如图4所示，通过计算机计算可以测量，在测量的过程中，发射器和接收器保持同步旋转，初相位也一样，t＝t’＝t”，且发射器和接收器回转半径也一样，有R＝r，公式可以简化为：

x_rot＝R*cos²(t)/cos(θ)+R*sin²(t)+(c*cos(t))+d*sin(t))-R         (15)

y_rot＝-R*cost(t)*sin(t)/cos(θ)+R*sin(t)*cos(t))+(-c*sin(t)+d*cos(t))

(16)

其中初相位φ不知道，但是每次旋转的角度是可以按照规定的旋转角，最好每次旋转最简单求解方程只需要测量四组坐标数据，很容易解方程组，因而有旋转角 ${\mathrm{\ω}}_2=\frac{\mathrm{\π}}{2},$ ${\mathrm{\ω}}_4=\frac{3\mathrm{\π}}{2},$ 即有：t₁＝φ， $t_2=\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\φ},$ t₃＝π+φ， $t_4=\frac{3\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\φ},$ 分别得到四组测量数据(x₀，y₀)，(x₉₀，y₉₀)，(x₁₈₀，y₁₈₀)，(x₂₇₀，y₂₇₀)，代入方程(15)、(16)，用计算机解方程组，可以间接得到参数θ、c、d，φ。

$c=[(x_0-x_{180})\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}-(x_{90}-x_{270})\frac{\sqrt{4R-x_0-2x_{90}-{2y}_{90}-2y_{180}}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}]/2\·\·\·\left(17\right)$

$d=[(x_0-x_{180})\frac{\sqrt{{4R-x_0-2x}_{90}-{2y}_{90}-{2y}_{180}}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}+(x_{90}-x_{270})\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}]/2\·\·\·\left(18\right)$

θ＝arcos[R/(x₀+x₉₀+y₉₀+y₁₈₀-R)]

(19)

$\mathrm{\φ}=\arccos \left(\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}\right)\·\·\·\left(20\right)$

用计算机解方程组，可以间接得到参数c、d，θ、φ，从以上表达式中看出通过以上的方法只需要测量四个特定的位置，就可以测量c、d，θ、φ。

当两个轴互相平行(如图4)，但是两个轴中心线不重合的时候，且当两个轴同步旋转的时候，接收器记录椭圆形的轨迹退化为一个圆。

当θ＝0

x_rot＝c*cos(t))+d*sin(t)                     (21)

y_rot＝-c*sin(t)+d*cos(t)                     (22)

当两个轴互相平行(如图5)，但是两个轴中心线重合的时，圆形的轨迹就萎缩成了一个点了。即：

x_rot＝c＝0                         (23)

y_rot＝d＝0                         (24)

在发射器2和接收器3在两个孔或轴同步(同转角)旋转时，激光投影点在接收器中运动平面投影是近似的椭圆，但光斑在接收器3的绝对坐标上是有一个椭圆和一个圆的曲线叠加的复杂曲线(如公式(13)、(14))，这是以前没有报道的方法。

所述的L形底架1由侧部和底座构成，侧部的外侧开有梯形燕尾槽4，在梯形燕尾槽4的底部开有圆弧状长形的开口5，内侧开有沉孔槽6，紧固螺钉7位于沉孔槽6内，第二底座12由紧固螺钉7紧固在梯形燕尾槽4中；L形底架1的侧部与底座的拐角处开有前视观察孔20、拐角底部的俯视观察孔41，前视观察孔20内装有透明的中心刻线窗21；L形底架1的底座上端刻有中心线18，L形底架1的底座的底座顶端42处开有倒V型燕尾槽11，倒V型燕尾槽11的底部开有一个弹片小槽15，长方矩形的弹片16由螺钉53固定在弹片小槽15的螺孔54中，弹片16的两端刻有刻线45，刻线45与L形底架1的底座上端的中心线18在正视的时重叠，L形底架1的底座尾部开有观察槽8。

测量孔时，在L形底架1的梯形燕尾槽4的拐角处或侧部上端梯形燕尾槽中插一个梯形截面长条22；挡块23与倒V型燕尾槽11、弹片小槽15相吻合，挡块23上开有第三燕尾槽56，第三燕尾槽56与梯形燕尾槽4大小相应，梯形截面长条22的上端梯形销插入第三燕尾槽56中，挡块23由螺钉55穿过螺母沉孔57和挡块螺母孔44固定在梯形截面长条22的梯形销上；梯形截面长条22的截面大小与梯形燕尾槽4大小相应，梯形截面长条22的中心线上开有一个矩形槽27，矩形长条13的厚度与矩形槽27的厚度相应；顶珠座25上开有梯形孔48，梯形孔48的形状大小与梯形截面长条22形状大小相应，顶珠座25由梯形孔48套在梯形截面长条22上，并由螺钉26固定在梯形截面长条22上，顶珠座25上装有顶珠17，顶珠17镶嵌在有弹簧49的孔内。

测量轴时，L形底架1的底座顶端的倒V型燕尾槽11与轴47相贴合，由柔性的带子9将紧固件29和长条10绑在轴47上，紧固件29上面是一个矩形结构，下面是一个倒V结构；带子9为尼龙搭扣带，尼龙搭扣带上设有绒面50、钩面51。

为了克服现有准直仪装置只测量偏移角，不能测量两个孔或两个轴之间的空间距离，本发明采用发射器2、接收器3分别固定在测量架上，将测量架放置在两个孔或轴上，且发射器2和接收器3的光轴分别与孔或轴的轴心平行，当两个孔或轴同转角旋转时，接收器通过记录发射器2的光线在接收器3的投影的轨迹。当两个轴的中心线交叉的时候(如图1)，激光投影点在接收器中投影是近似的椭圆，该椭圆长轴与短轴与测量发射器2和接收器3之间的距离L无关，只与孔或轴的轴心角θ偏差有关，测量发射器2和接收器3距离只影响椭圆的空间定位，也就是只影响椭圆的圆心的坐标位置(如图2所示)，且两个孔或轴的夹角等于发射器2旋转平面和接收器3旋转平面夹角θ。基以上基本原理，发射器2中，有一个激光器，激光光源通过小孔，在通过两个光学透镜聚焦变换(如图8所示)，由于两个凸透镜的焦距在一个点上，经过一个大焦距，然后经过一个小焦距，可以将光束的直径减小，通过镜头射到接收器上(如图6)。为了避免激光直接射到二维位置光学测量器件上，导致器件老化，在二维位置光学测量器件前加一个毛玻璃，该毛玻璃上标识有坐标，可以对实际偏移大小进行标定，再通过光学成像系统在二维位置光学测量器件成像，通过计算机将图像信号处理获取光斑成像的坐标，且将通过计算机将坐标传递给方程组，一方面，由于二维位置光学测量器件面积有限，在上面坐标范围很小，通过光学系统和毛玻璃，可以提高测量范围。另方面，可以避免外面图像干扰，容易进行图像分析、处理。

由于通过方程计算的轴的角偏差不够准确，在接收器上加一个具有半透膜的反射镜(如图7所示)，该反光镜垂直所在的轴的轴心，当光线照射到反光镜上时，一部分的光线透过反射镜，到二维位置光学测量器件，一部分反射到发射器上通过分光棱镜，照射到发射器的二维位置光学测量器件，通过测量反射光线反射回来的点与原点的偏差

来计算偏差角(如图30所示)，

$\mathrm{\θ}\≈\mathrm{\ΔD}/(2*L)\·\·\·\left(25\right)$

其中：

如图31、图33所示

$\mathrm{\ΔD}=\sqrt{x^2+y^2}\·\·\·\left(26\right)$

且有如下范围：

$\mathrm{\&Delta;}{D}_1\&ap;(L*\mathrm{\&pi;}/\mathrm{\&theta;}-r^{*})\mathrm{tg\&theta;}*\mathrm{tg}\left(2\mathrm{\&theta;}\right)<\mathrm{\&Delta;D}<\mathrm{\&Delta;}{D}_2\&ap;(L*\mathrm{\&pi;}/\mathrm{\&theta;}+r)\mathrm{tg\&theta;}*\mathrm{tg}\left(2\mathrm{\&theta;}\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(27\right)$

其中：L是反射镜与准直仪之间的距离，是实测数据，θ为两个轴心之间的夹角，r是激光轴心到准直仪安装轴轴心的距离，是实测数据。经过n测量 则有平均值：

$\stackrel{\&CenterDot;\&CenterDot;}{\mathrm{\&theta;}}=\frac{1}{2\mathrm{nL}}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;D}\left(i\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(28\right)$

然后将

反馈到公式(13)、(14)中，计算c、d。

接收器在测量轴心的偏转角的探测仪可以用二维位置光学测量器件为四象限光电探测器，CCD摄像头，等光学成像系统，在此基础上，具有同接收器的毛玻璃、将光源也可以用激光光源，用可以更为精确的测量两轴的空间状态。可以测量两个轴的偏移量。

本发明采用发射器2、接收器3分别固定在2个L形底架1外侧的梯形燕尾槽4上，L形底架1的底座顶端42处开有倒V型燕尾槽11，测量轴时，轴47与L形底架1的底座顶端的倒V型燕尾槽11相接触，测量孔时，L形底架1的底座与孔的内壁28相接触，实现可以测量孔和轴的目的。

本发明L形底架1由侧部和底座构成，侧部的外侧开有梯形燕尾槽4，梯形截面长条22的截面大小与梯形燕尾槽4大小相应，顶珠座25由梯形孔48套在梯形截面长条22上。测量孔时，可将梯形截面长条22插入梯形燕尾槽4的上端或下端槽中，如图14，图15所示。当测量轴时，抽掉梯形截面长条22即可，如图13所示。因而本实用新型孔轴测量切换方便。

本发明测量轴时，通过倒V型燕尾槽11与轴47进行贴合，保证底架与轴47方向平行，通过柔性的带子9将紧固件29和长条10绑在轴47上，同轴一起旋转。测量孔时，梯形截面长条22的中心线上开有一个矩形槽27，矩形长条13的厚度与矩形槽27的厚度相应，矩形长条13插入矩形槽27中，2个L形底架1一起旋转。实现测量架可同步旋转。

附图说明

图1是本发明的原理示意图，当发射器和接收器同步旋转时，发射器的激光光束在该平面上投影的轨迹，由于接收器不断的旋转ω，接收器上的二维位置光学测量器件的空间坐标关系也不断地随接收器发生改变。

图2是本发明的角度测量原理示意图，R、r分别为发射器和接收器光轴轴心与被测量轴的轴心之间的距离，θ为孔或轴的轴心角偏差，该角偏差和发射器旋转平面和接收器旋转平面夹角相等，L为发射器和接收器之间的距离。

图3是在接收器运动平面上，发射器的激光光束在该平面上投影的轨迹，以及该轨迹与接收器轨迹坐标的相对关系，以及坐标转换关系图。

图4是两个轴互相平行，但是两个轴中心线不重合状态图。

图5是当两个轴互相平行，但是两个轴中心线重合的状态图。

图6是位移测量基本构造图

图7是位移和角偏差角测量组合光路图

图8是光束通过聚焦，减少光斑大小光路图

图9是L形底架剖视结构图

图10是L形底架侧示图

图11是孔测量装配立体图

图12是孔测量装配俯视图

图13是孔测量装配正视图

图14是轴测量装配图

图15是孔测量装工作图，用于空外范围测量

图16是孔测量装工作图，用于空内范围测量

图17是顶珠座结构图

图18是顶珠座立体结构图

图19是轴测量装配分解图

图20是尼龙搭扣带图

图21是第二底座分解图

图22是L形底架弹片安装图

图23是挡块装配立体图

图24是挡块装配剖视图

图25是挡块俯视图

图26是挡块立体图

图27是挡块后示图

图28是弹片刻线示意图

图29是紧固件剖示图

图30是二维位置光学测量器件采集图片时，测量准直仪所在的轴的轴心偏移的方向原理示意图

图31是二维位置光学测量器件旋转之后，用光斑测量准直仪所在的轴的轴心偏移的方向坐标旋转图

图32是图像处理流程图

图33是角偏差测量原理图

图中，1.L形底架，2.发射器，3.接收器，4.梯形燕尾槽，5.圆弧状长形的开口，6.沉孔槽，7.紧固螺钉，8.观察槽，9.带子，10.长条，11.倒V型燕尾槽，12.第二底座，13.矩形长条，14.成像透镜，15.弹片小槽，16.弹片，17.顶珠，18.中心线，19.螺钉，20.拐角的前视观察孔，21.中心刻线窗，22.梯形截面长条，23.挡块，24.二维位置光学测量器件，25.顶珠座，26.螺钉，27.矩形槽，28.孔内壁，29.紧固件，30.毛玻璃，31.具有透射部分光线的反射镜，32.分光棱镜，33.光源，34.电路，35.用于角偏差测量的二维位置光学测量器件，36.计算机，37.小孔，38.电源，39.开关，40.挡光板，41.拐角底部的俯视观察孔，42.底座顶端，43.螺母孔，44.挡块螺母孔，45.刻线，46.成像透镜，47.轴，48.梯形孔，49.弹簧，50.绒面，51.钩面，52.毛玻璃，53.螺钉，54.螺孔，55.螺钉，56.第三燕尾槽，57.螺母沉孔，58.接收器的镜头，59.发射器运动平面，60.接收器运动平面，61.二维位置光学测量器件在椭圆长轴时采集图像状态，62.二维位置光学测量器件在椭圆短轴附近时采集图像状态，63.二维位置光学测量器件在椭圆长轴坐标图，64.二维位置光学测量器件旋转ω坐标图，65.发射光，66.反射光，67.二维位置光学测量器件所在轴的轴心，68.信号线，69.信号线，70.第一凸透镜，71.第二凸透镜，72.发射器的镜头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图6所示，准直测量装置，它由发射器2、接收器3和测量架构成，发射器2、接收器3分别安装在各自的测量架的L形底架1上，且他们的光轴平行于L形底架1的底座，发射器的光源33、挡光板40的小孔37和发射器的镜头72依次在同一光轴上，接收器3的二维位置光学测量器件24与接收器的镜头58在同一光轴上，接收器3的二维位置光学测量器件24由信号线68与计算机36相连接。发射器2的小孔37和发射器的镜头72的光轴上依次装有第一凸透镜70、第二凸透镜71。接收器3的二维位置光学测量器件24与接收器的镜头58之间装有一毛玻璃30，毛玻璃30上标识有坐标和刻度，二维位置光学测量器件24和毛玻璃30之间装有成像透镜14。电路34、电源38、开关39、光源33构成光源发射器。

如图7所示，接收器3的毛玻璃30和接收器的镜头58之间装有一具有透射部分光线的反射镜31，发射器2的第二凸透镜71和发射器的镜头72之间装有分光棱镜32，发射器的光源33、挡光板40的小孔37和发射器的镜头72的光轴垂直的方向上装有一用于角偏差测量的二维位置光学测量器件35，用于角偏差测量的二维位置光学测量器件35与计算机36之间由信号线69连接，用 $\mathrm{\&theta;}\&ap;\mathrm{\&Delta;D}/(2*L)$ 计算两个轴心之间的夹角θ。分光棱镜32和用于角偏差测量的二维位置光学测量器件35之间依次安装毛玻璃52和成像透镜46。计算机36接收到的图像信号经过图像处理、计算准直仪发射器的激光照射的光斑坐标位置，输入参数R、r、L、ω，并且同步旋转，即发射器和接收器保持同步旋转t’＝t”＝t，以及旋转的角度t₁＝φ，t₂＝ω₂+φ，t₃＝ω₃+φ，t₄＝ω₄+φ，其中ω₂、ω₃、ω₄分别是人为从设定的t₁旋转的角度，是由人测量并标识在轴或孔的圆周上，从而分别测量到四组测量数据(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，代入方程(13)、(14)，，然后对坐标参数处理，解相应的方程组，显示椭圆圆心偏移坐标(c，d)参数。

x_rot＝R*cos(t”)*cos(t’)/cos(θ)+R*sin(t”)*sin(t’)+c*cos(t’)+d*sin(t’)

                                        -r                 (13)

y_rot＝-R*cos(t”)*sin(t’)/cos(θ)+R*sin(t”)*cos(t’)-c*sin(t’)+

d*cos(t’))           (14)

显示椭圆圆心偏移坐标(c，d)参数。

$c=[(x_0-x_{180})\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}-(x_{90}-x_{270})\frac{\sqrt{4R-x_0-2x_{90}-{2y}_{90}-2y_{180}}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}]/2\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(17\right)$

$d=[(x_0-x_{180})\frac{\sqrt{{4R-x_0-2x}_{90}-{2y}_{90}-{2y}_{180}}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}+(x_{90}-x_{270})\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}]/2\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(18\right)$

θ＝arcos[R/(x₀+x9₀+y₉₀+y₁₈₀-R)]

(19)

$\mathrm{\&phi;}=\arccos \left(\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}\right)\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(20\right)$

当每次旋转的角度是可以按照规定的旋转角，最好每次旋转 最简单求解方程只需要测量四组坐标数据，很容易解方程组，因而有旋转角 ${\mathrm{\&omega;}}_2=\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ ω₃＝π， ${\mathrm{\&omega;}}_4=\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2},$ 即有：t₁＝φ， $t_2=\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}+\mathrm{\&phi;},$ t₃＝π+φ， $t_4=\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2}+\mathrm{\&phi;},$ 分别得到四组测量数据(x₀，y₀)，(x₉₀，y₉₀)，(x₁₈₀，y₁₈₀)，(x₂₇₀，y₂₇₀)，代入方程(15)、(16)，用计算机解方程组，可以间接得到参数θ、c、d，φ。

如图11、图12、图13、图21所示，测量架为L形底架1，发射器2、接收器3分别由螺钉19穿过2个第二底座12上的螺母孔43与各自对应的第二底座12固定连接，2个第二底座12分别由紧固螺钉7固定在2个L形底架1外侧的梯形燕尾槽4上，L形底架1的底座顶端42处开有倒V型燕尾槽11，测量轴时，轴47与L形底架1的底座顶端的倒V型燕尾槽11相接触，测量孔时，L形底架1的底座与孔内壁28相接触。

如图9、图10、图12所示，所述的L形底架1由侧部和底座构成，侧部的外侧开有梯形燕尾槽4，在梯形燕尾槽4的底部开有圆弧状长形的开口5，内侧开有沉孔槽6，紧固螺钉7位于沉孔槽6内，第二底座12由紧固螺钉7紧固在梯形燕尾槽4中；L形底架1的侧部与底座的拐角处开有前视观察孔20、拐角底部的俯视观察孔41，前视观察孔20内装有透明的中心刻线窗21。如图28、图22所示，L形底架1的底座上端刻有中心线18，L形底架1的底座的底座顶端42处开有倒V型燕尾槽11，倒V型燕尾槽11的底部开有一个弹片小槽15，长方矩形的弹片16由螺钉53固定在弹片小槽15的螺孔54中，弹片16的两端刻有刻线45，刻线45与L形底架1的底座上端的中心线18在正视的时重叠，L形底架1的底座尾部开有观察槽8。

如图15、图16所示，测量孔时，在L形底架1的梯形燕尾槽4的拐角处或侧部上端梯形燕尾槽中插一个梯形截面长条22。如图23、图24、图25、图26、图27所示，挡块23与倒V型燕尾槽11、弹片小槽15相吻合，挡块23上开有第三燕尾槽56，第三燕尾槽56与梯形燕尾槽4大小相应，梯形截面长条22的上端梯形销插入第三燕尾槽56中，挡块23由螺钉55穿过螺母沉孔57和挡块螺母孔44固定在梯形截面长条22的梯形销上。如图11所示，梯形截面长条22的截面大小与梯形燕尾槽4大小相应，梯形截面长条22的中心线上开有一个矩形槽27，矩形长条13的厚度与矩形槽27的厚度相应。如图17、图18所示，顶珠座25上开有梯形孔48，梯形孔48的形状大小与梯形截面长条22形状大小相应，顶珠座25由梯形孔48套在梯形截面长条22上，并由螺钉26固定在梯形截面长条22上，顶珠座25上装有顶珠17，顶珠17镶嵌在有弹簧49的孔内。

如图14、图19、图20、图29所示，测量轴时，L形底架1的底座顶端的倒V型燕尾槽11与轴47相贴合，由柔性的带子9将紧固件29和长条10绑在轴47上，紧固件29上面是一个矩形结构，下面是一个倒V结构；带子9为尼龙搭扣带，尼龙搭扣带上设有绒面50、钩面51。

Claims (8)

1.准直测量装置，其特征是：它由发射器(2)、接收器(3)和测量架构成，测量架包括L形底架(1)；发射器(2)包括发射器的光源(33)、挡光板(40)、第一凸透镜(70)、第二凸透镜(71)、发射器的镜头(72)，发射器的光源(33)、挡光板(40)的小孔(37)、第一凸透镜(70)、第二凸透镜(71)、发射器的镜头(72)依次布置并位于同一光轴上，且光轴平行于L形底架(1)的底座；

接收器(3)包括接收器的镜头(58)、成像透镜(14)、二维位置光学测量器件(24)，接收器的镜头(58)、成像透镜(14)、二维位置光学测量器件(24)依次布置并位于同一光轴上，且光轴平行于L形底架(1)的底座，接收器(3)的二维位置光学测量器件(24)由信号线(68)与计算机(36)相连接；

发射器(2)、接收器(3)分别与2个第二底座(12)固定连接，2个第二底座(12)分别由紧固螺钉(7)固定在2个L形底架(1)外侧的梯形燕尾槽(4)上，L形底架(1)的底座顶端(42)处开有倒V型燕尾槽(11)，在测量时发射器(2)、接收器(3)同步旋转同样的角度；

测量轴时，轴(47)与L形底架(1)的底座顶端的倒V型燕尾槽(11)相接触；测量孔时，将梯形截面长条(22)插入梯形燕尾槽(4)的上端或下端槽中，L形底架(1)的底座与孔内壁(28)相接触。

2.根据权利要求1所述的准直测量装置，其特征是：计算机(36)接收到的图像信号经过图像处理、计算准直仪发射器的激光照射的光斑坐标位置，输入参数R、r、L、ω，以及旋转的角度t₁＝φ，t₂＝ω₂+φ，t₃＝ω₃+φ，t₄＝ω₄+φ，其中ω₂、ω₃、ω₄分别根据设定的t₁旋转的角度，R、r、L、ω₂、ω₃、ω₄为已知量，从而分别测量到四组测量数据(x1，y1)，(x2，y2)，(x3，y3)，(x4，y4)，代入方程x_rot＝R*cos(t”)*cos(t’)/cos(θ)+R*sin(t”)*sin(t’)+c*cos(t’)+d*sin(t’)

                                      -ry_rot＝-R*cos(t”)*sin(t’)/cos(θ)+R*sin(t”)*cos(t’)-c*sin(t’)+d*cos(t’))然后对坐标参数处理，解方程组，得到未知数c、d，θ、φ，显示椭圆圆心偏移坐标(c，d)参数。

3.根据权利要求2所述的准直测量装置，其特征是：R＝r，每次旋转 有旋转角 ${\mathrm{\&omega;}}_2=\frac{\mathrm{\&pi;}}{2},$ ω₃＝π， ${\mathrm{\&omega;}}_4=\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2},$ 即有：t₁＝φ， $t_2=\frac{\mathrm{\&pi;}}{2}+\mathrm{\&phi;},$ t₃＝π+φ， $t_4=\frac{3\mathrm{\&pi;}}{2}+\mathrm{\&phi;},$ 分别得到四组测量数据(x₀，y₀)，(x₉₀，y₉₀)，(x₁₈₀，y₁₈₀)，(x₂₇₀，y₂₇₀)，代入方程

x_rot＝R*cos²(t)/cos(θ)+R*sin²(t)+(c*cos(t))+d*sin(t))-R

y_rot＝-R*cost(t)*sin(t)/cos(θ)+R*sin(t)*cos(t))+(-c*sin(t)+d*cos(t))

用计算机解方程组，可以间接得到参数θ、c、d，φ，且有：

$c=[(x_0-x_{180})\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}-(x_{90}-x_{270})\frac{\sqrt{4R-x_0-{2x}_{90}-{2y}_{90}-{2y}_{180}}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}]/2$

$d=[(x_0-x_{180})\frac{\sqrt{4R-x_0-{2x}_{90}-{2y}_{90}-{2y}_{180}}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}+(x_{90}-x_{270})\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}{-y}_{180})}}]/2$

θ＝arcos[R/(x₀+x₉₀+y₉₀+y₁₈₀-R)]

$\mathrm{\&phi;}=\arccos \left(\frac{\sqrt{x_{90}-x_0}}{\sqrt{2(2R-x_0-x_{90}-y_{90}-y_{180})}}\right).$

4.根据权利要求1所述的准直测量装置，其特征是：接收器的镜头(58)与成像透镜(14)之间装有一毛玻璃(30)，毛玻璃(30)上标识有坐标和刻度。

5.根据权利要求1所述的准直测量装置，其特征是：所述的接收器的镜头(58)与成像透镜(14)之间装有一具有透射部分光线的反射镜(31)，第二凸透镜(71)与发射器的镜头(72)之间装有一分光棱镜(32)，发射器的光源(33)、挡光板(40)的小孔(37)和发射器的镜头(72)的光轴垂直的方向上依次装有毛玻璃(52)、成像透镜(46)、用于角偏差测量的二维位置光学测量器件(35)，且毛玻璃(52)、成像透镜(46)、用于角偏差测量的二维位置光学测量器件(35)位于分光棱镜(32)的反射光轴上，用于角偏差测量的二维位置光学测量器件(35)与计算机(36)之间由信号线(69)连接。

6.根据权利要求1所述的准直测量装置，其特征是：所述的L形底架(1)由侧部和底座构成，侧部的外侧开有梯形燕尾槽(4)，在梯形燕尾槽(4)的底部开有圆弧状长形的开口(5)，内侧开有沉孔槽(6)，紧固螺钉(7)位于沉孔槽(6)内，第二底座(12)由紧固螺钉(7)紧固在梯形燕尾槽(4)中；L形底架(1)的侧部与底座的拐角处开有前视观察孔(20)、拐角底部的俯视观察孔(41)，前视观察孔(20)内装有透明的中心刻线窗(21)；L形底架(1)的底座上端刻有中心线(18)，L形底架(1)的底座的底座顶端(42)处开有倒V型燕尾槽(11)，倒V型燕尾槽(11)的底部开有一个弹片小槽(15)，长方矩形的弹片(16)由螺钉(53)固定在弹片小槽(15)的螺孔(54)中，弹片(16)的两端刻有刻线(45)，刻线(45)与L形底架(1)的底座上端的中心线(18)在正视的时重叠，L形底架(1)的底座尾部开有观察槽(8)。

7.根据权利要求1所述的准直测量装置，其特征是：测量孔时，在L形底架(1)的梯形燕尾槽(4)的拐角处或侧部上端梯形燕尾槽中插一个梯形截面长条(22)；挡块(23)与倒V型燕尾槽(11)、弹片小槽(15)相吻合，挡块(23)上开有第三燕尾槽(56)，第三燕尾槽(56)与梯形燕尾槽(4)大小相应，梯形截面长条(22)的上端梯形销插入第三燕尾槽(56)中，挡块(23)由螺钉(55)穿过螺母沉孔(57)和挡块螺母孔(44)固定在梯形截面长条(22)的梯形销上；梯形截面长条(22)的截面大小与梯形燕尾槽(4)大小相应，梯形截面长条(22)的中心线上开有一个矩形槽(27)，矩形长条(13)的厚度与矩形槽(27)的厚度相应；顶珠座(25)上开有梯形孔(48)，梯形孔(48)的形状大小与梯形截面长条(22)形状大小相应，顶珠座(25)由梯形孔(48)套在梯形截面长条(22)上，并由螺钉(26)固定在梯形截面长条(22)上，顶珠座(25)上装有顶珠(17)，顶珠(17)镶嵌在有弹簧(49)的孔内。

8.根据权利要求1所述的准直测量装置，其特征是：测量轴时，L形底架(1)的底座顶端的倒V型燕尾槽(11)与轴(47)相贴合，由柔性的带子(9)将紧固件(29)和长条(10)绑在轴(47)上，紧固件(29)上面是一个矩形结构，下面是一个倒V结构；带子(9)为尼龙搭扣带，尼龙搭扣带上设有绒面(50)、钩面(51)。

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