[发明专利]基于跟踪技术的三轴气浮台超高精度测量装置及方法

权利要求书

1.基于跟踪技术的三轴气浮台超高精度测量装置，其特征在于包括：三轴气浮台、四面棱镜、圆形导轨、滑车、竖梁、纵向运动台、转台、光电自准直仪和控制器；其中，

三轴气浮台设置在圆形导轨的内部，三轴气浮台的仪表平台上设置两个四面棱镜，每个四面棱镜均为由四个相互正交垂直的镜面构成的四方柱结构，四面棱镜的镜面与仪表平台的上表面垂直；

圆形导轨上设置两个能够沿着圆形导轨移动的滑车，每个滑车上设置一个与圆形导轨所在平面垂直的竖梁；竖梁的一端设置在滑车上，另一端与一个纵向运动台连接，纵向运动台上设置一个转台；

纵向运动台能够沿着竖梁上下移动、转台具有俯仰角和偏航角方向的自由度；

光电自准直仪安装在转台上，用于采集四面棱镜的姿态角数据并发送给控制器；每个光电自准直仪对应一个四面棱镜，采集过程中两个光电自准直仪的光轴不在同一直线上；

控制器用于控制滑车、纵向运动台和转台的移动和转动，并根据接收的姿态角数据确定三轴气浮台的姿态角信息；

其中，三轴气浮台1的边缘与圆形导轨4的最小距离满足如下关系：

$d=6+\frac{f+1}{2tg2\×\mathrm{\ω}}$

式中，d为三轴气浮台的边缘与圆形导轨的最小距离，f为光电自准直仪的总焦距，单位为mm；ω为光电自准直仪的视场角，单位为°。

2.如权利要求1所述的三轴气浮台超高精度测量装置，其中，四面棱镜设置在仪表平台的上表面、和/或周向侧面上。

3.如权利要求2所述的三轴气浮台超高精度测量装置，其中，两个四面棱镜正交设置在仪表平台上。

4.如权利要求3所述的三轴气浮台超高精度测量装置，其中，三轴气浮台的仪表平台上表面为圆形平面，仪表平台上表面的圆心与圆形导轨的圆心重合。

5.如权利要求4所述的三轴气浮台超高精度测量装置，其中，圆形导轨上的两个滑车联动设置。

6.如权利要求5所述的三轴气浮台超高精度测量装置，其中，所述转台为二维转台。

7.采用权利要求1-6任一所述装置的三轴气浮台超高精度测量方法，其特征在于包括：

S1、调整滑车在圆形导轨上的位置、纵向运动台在竖梁上的位置，使滑车上的光电自准直仪落入滑车对应四面棱镜反射镜面的视场内，获取滑车相对初始姿态的转移角度；

S2、调整转台的俯仰角和偏航角，使转台上光电自准直仪的光轴与对应四面棱镜的反射镜面垂直，获取两个光电自准直仪相对初始姿态的第三姿态角；

S3、根据滑车相对初始位置的转移角度、以及两个光电自准直仪的第三姿态角确定三轴气浮台相对初始姿态的姿态角信息，该步骤包括：

S31、根据滑车相对初始位置的转移角度、以及两个光电自准直仪的第三姿态角确定光电自准直仪的光轴与对应四面棱镜的反射镜面的相对位置；

S32、基于预设的跟踪控制目标和所述相对位置生成偏航角补偿量、俯仰角补偿量和滚转角补偿量；

S33、依据所述补偿量、滑车相对初始位置的转移角度、以及两个光电自准直仪的第三姿态角确定三轴气浮台相对初始姿态的姿态角信息。

8.采用权利要求7所述的三轴气浮台超高精度测量方法，步骤S1之前进一步包括：

在三轴气浮台从初始姿态至中间姿态的过程中，获取三轴气浮台的偏航角变化速率、俯仰角变化速率和滚转角变化速率；

依据偏航角变化速率确定滑车在圆形导轨上的移动速度；

依据俯仰角变化速率和滚转角变化速率确定转台的转动速度；

其中，中间姿态是指三轴气浮台从初始姿态至当前姿态过程中的任意一种姿态。