[发明专利]一种用于空间物体位置关系的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于自动化测量技术领域。涉及一种用于测量空间位置点坐标的方法，尤其涉及一种用于空间物体相对位置关系的测量方法，更具体是涉及精确测量空间物体相对位置的球面坐标系测量方案。 

背景技术

测量技术在工业生产和科研各环节中，为产品的设计、模拟、测量、放样、仿制、仿真、产品质量控制、产品运动状态提供技术支撑。在某些需要三维测量的技术领域，为了获得空间物体的相对位置关系，可以选择的工业测量手段和仪器设备名目繁多，除三维的测量设备之外，一些一维和二维的测量手段通过一定的测量方案也可以达到相同的目的。 

三维测量技术主要是借助于长度、角度、光学、影像、磁场等技术的相互结合来实现，常见的三坐标测量机和三坐标测量臂的测量原理就是利用长度和角度的结合来实现测量。三坐标测量机设备结构复杂，体积较大，不便于现场测量；三坐标测量臂具有体积小、携带方便测量精度高等优点，但是其测量范围却受测量臂臂长的限制，测量范围有限。因此测量范围大、测量精度高的空间测量方法也是工业应用中比较期待的。 

发明内容

针对目前三维测量设备测量范围有限、不便于现场测量的问题， 本发明基于基于球面坐标系原理用于空间物体位置关系的测量方法。借助两个轴线相互垂直的角度传感器Ⅰ和角度传感器Ⅱ，一个长度传感器，长度传感器中有一拉绳，角度传感器Ⅰ围绕垂直的角度传感器Ⅰ轴旋转，角度传感器Ⅱ围绕水平的角度传感器Ⅱ轴旋转，长度传感器和角度传感器Ⅱ轴相连，拉绳通过拉绳头和长度传感器相连。 

一种用于空间物体位置关系的测量方法，拉动长度传感器上的拉绳，调整角度传感器Ⅰ轴和角度传感器Ⅱ轴的旋转角度，使拉绳处于直线状态，分别读取角度传感器Ⅰ轴和角度传感器Ⅱ轴的旋转角度以及拉绳的长度，根据计算原理可以直接计算出拉绳末端点的坐标，重复以上步骤测量不同空间物体上的不同点的坐标，则可以根据点构造线、点构造面、面面相交构造线的方法计算出被测物体的空间位置特征。 

具体实施方式

 下面详细说明，首先球面坐标系原理：球坐标是一种三维坐标，分别有原点、方位角、仰角、距离构成。设P（x，y，z）为空间内一点，则点P也可用这样三个有次序的数r，φ，θ来确定，其中r为原点O与点P间的距离，θ为有向线段与z轴正向所夹的角，φ为从正z轴来看自x轴按逆时针方向转到有向线段的角，这里M为点P在xOy面上的投影。这样的三个数r，φ，θ叫做点P的球面坐标，这里r，φ，θ的变化范围为r∈[0,+∞),φ∈[0,2π],θ∈[0,π].r=常数，即以原点为心的球面；θ=常数，即以原点为顶点、z轴为轴的圆锥面；φ=常数，即过z轴的半平面。其中x=rsinθcosφ、y=rsinθsinφ、z=rcosθ。 

根据此原理，将角度传感器Ⅰ轴和角度传感器Ⅱ轴和长度传感器出绳头的轴心线相互垂直且相交点点A定义为原点，角度传感器Ⅰ绕其轴旋转的角度定义为φ，将角度传感器Ⅱ绕其轴旋转的角度定义为θ，将拉绳传感器的长度定义为r，则角度传感器Ⅰ、角度传感器Ⅱ和长度传感器可以构成一个标准的球面坐标系。测量是只要测量出角度传感器Ⅰ、角度传感器Ⅱ的旋转角度和长度传感器的长度，通过上述的简单三角变换即可以确定拉绳传感器拉绳末端点的空间坐标。若测量不同空间物体上的不同点的坐标，则可以根据点构造线、点构造面、面面相交构造线的方法计算出被测物体的空间位置特征。 

由此可以得到一种用于空间物体位置关系的测量方法，包括以下步骤 

（1）  拉动长度传感器上的拉绳，调整角度传感器Ⅰ轴和角度传感器Ⅱ轴的旋转角度，使拉绳处于直线状态，

（2）  分别读取角度传感器Ⅰ轴和角度传感器Ⅱ轴的旋转角度以及拉绳传感器拉绳的长度，

（3）  根据计算原理可以直接计算出拉绳末端点的坐标，

（4）  重复（1）-（3）的步骤，测量出不同空间物体上的不同点的坐标，

（5）  根据点构造线、点构造面、面面相交构造线的方法计算出被测物体的空间位置特征。