[发明专利]基于光学自准直原理的球形转子空间二维转角检测方法

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，具体涉及一种基于光学自准直原理的球形转子空间二维转角检测方法。

背景技术

传统的角度测量以单自由度运动对象为主，通常有机械式测角、电磁式测角和光学测角等方法。其中，光学测量技术的研究与应用得到较快发展，由于测角方法不同导致检测仪器种类多样，如光电编码器法、圆光栅法、激光干涉法、环形激光法等，大多数应用于小角度的精密测量中，可以获得较高的分辨率和测量精度，然而对于360°整周角度测量还需作适当的改进。例如，哈尔滨工业大学贾倩等提出一种基于光学自准直原理和高速线阵CCD相结合的方法实现转台转角的动态测量，采用多面棱体与被测转台同轴安装的结构形式对其回转角度进行细分并构建光学系统，满足高精度、大范围的连续测量要求。

球形转子具有结构紧凑和运动灵活等特点，广泛应用于球形电机、球铰链、控制摇杆等领域。在实际应用中，球形转子受到相对约束的限制，通常具有二个或三个自由度的转动。

目前，球形转子的多维回转角度检测技术还不成熟，并且传统的单自由度角位移检测方法难以直接应用。国内外部分学者对球形转子的多维回转角度检测技术开展了相关研究。例如，日本多摩川精机株式会社滨信治提出球体绝对角度的测量方法，其中球体由透明材料或能够透射可被图像识别装置识别的电磁波材料制成，可在球体表面上喷涂图案为QR二维或一维条形码，在编码中记录位置等信息。通过球体外部设置图像识别装置，对于检测到的图案进行处理后获得球体角度信息，然而该测量方法在实际应用场合中尚未发现。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于光学自准直原理的球形转子空间二维转角检测方法，实现球形转子相对于固定约束的偏转角和方位角的测量。

本发明的具体步骤如下：

步骤一、构造球形转子。所述的球形转子包括旋转体和透明壳体；所述的旋转体为正n边形绕中心转轴回转180°形成的多面体；透明壳体为内部中空的球体，套置在旋转体外。

步骤二、在球形转子的赤道面外围沿圆周均布三个光电自准直仪测量装置组，其中，每个光电自准直仪测量装置组又包括两个测量单元：上光电自准直仪测量单元和下光电自准直仪测量单元；所述的上光电自准直仪测量单元包括上平行光管、光源、上高速线阵CCD相机和图像采集卡；所述的下光电自准直仪测量单元包括下平行光管、光源、下高速线阵CCD相机和图像采集卡；所述下平行光管和下高速线阵CCD相机的轴心线在球形转子的赤道面上，上平行光管和上高速线阵CCD相机的轴心线所在平面为赤道面向上偏转180°/n；下平行光管和上平行光管的测量范围均为180°/n。

步骤三、光源发出的平行光经上平行光管或下平行光管透过透明壳体，照射到多面体上，反射光随球形转子的偏转而偏转，并经上平行光管成像到上高速线阵CCD相机上，或经下平行光管成像到下高速线阵CCD相机上。上高速线阵CCD相机和下高速线阵CCD相机将光像位置的位移信息转换成电信号，通过图像采集卡采集并传输给计算机。