[发明专利]一种三轴光电自准直仪

说明书

本发明请求保护一种三轴光电自准直仪，该光电自准直仪使用满足特定几何结构的隅角镜作为反射镜，从而使得回路的反射光在光电传感器二维平面上的位移，拥有感应隅角镜自身旋转的信息。该隅角镜三个侧面的角度满足以下关系：δ₂＝δ₁＝90°±δ，δ₃＝90°。该隅角镜的d面(垂直于入射光的表面)将等同于平面镜，用于测量隅角镜沿着OX，OY轴的偏转量；通过d面进入隅角镜内部的光束，将被隅角镜三个侧面切割成六束，根据光束沿隅角镜的三个侧面a、b、c的反射顺序可以标记为a‑b‑c、a‑c‑b、b‑a‑c、b‑c‑a、c‑b‑a、c‑a‑b。其中a‑b‑c和c‑b‑a两束准直反射光在光电传感器二维平面上的位移，将只和隅角镜沿OZ轴的转动量相关。通过该隅角镜的使用，使得光电自准直仪能够实现单机，实时地对被测物体的三维空间完整姿态进行测量。

技术领域

本发明属于光学测量仪器领域，具体是一种基于二轴光电自准直仪的工作原理上研究的三轴光电自准直仪。

背景技术

自准直仪是利用光学自准直原理，用于小角度测量的重要测量仪器。由于它具有较高的准确度和测量分辨力，因而被广泛应用于精密的测量工作中，如：在角度测量、平板的平面度测量、轴系的角晃动测量、导轨的直线度测量等方面自准直仪发挥着重要的作用。在70年代末，由北京计量仪器厂与天津大学精密仪器系联手推出702型一维光电自准直仪，在此基础上1995年天津大学与航天部成功研制出二轴光电自准直仪TJDX-93，但至今为止我国还没有研发成功成熟的三轴光电自准直仪技术。

已知的二轴光电自准直仪，在对被检测物体测量三维角度的空间姿态变化时，需要两台二轴光电自准直仪器同时对被检测物体做不同方位上的二维角度测量。这种测量方法存在着明显的不足，1.由于是两台独立的仪器对被测物体同时进行测量，导致两台仪器各自的误差相互叠加，于此同时还会使得随机误差明显的放大。2.由于需要两台独立的二轴自准直仪器对被测物体的三维空间姿态变化角进行测量，所以在对测量狭窄暗道里物体的三维空间姿态角度的变化时，使用变得非常困难。3.由于两台二轴直准仪器必须成90度角摆放，所以对机器的装配精度要求很高。4.两台二轴自直准仪所需要的空间要求比本申请仪器要大得多。

根据Д.В.ЖУКОВ(文献Д.В.ЖУКОВ,И.А.КОНЯХИН,А.А.УСИК. итерационный алгоритм определения координат изображений точечных излучателей.Оптический журнал,2009,Коды(这里是俄语) 110.2960,100,2000.6Tom76,NO1,2009)提出的对点光源的空间坐标向量分析，可以推导出每束光在隅角镜内的坐标变化，从而根据欧拉公式可以求出只包含隅角镜绕自身OZ轴转动，而在光电传感器上沿OY、OX轴移动的光束信息。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种克服了现有自准直仪不能实现单机测量空间被测物体的三维姿态角变化的方法。本发明的技术方案如下：