[发明专利]基于光电扫描与绝对测距的单站多目标空间坐标测量方法

说明书

本发明公开了一种基于光电扫描与绝对测距的单站多目标空间坐标测量方法，包括：构建一体式测量基站和合作靶标，标定测量基站上光电扫描模块与绝对测距模块的相对位置，标定光电接收单元与光学反射单元在合作靶标上的位置；获取扫描光平面的旋转角度及法向量，以光学反射单元的中心位置为目标测量点，计算目标测量点的粗测坐标；绝对测距模块依据粗测坐标引导测距光束对准光学反射单元的中心位置，测量光学反射单元与绝对测距模块之间的距离；建立坐标测量模型，计算目标测量点的精确空间坐标。本发明实现了单站测量设备对空间多目标的自动坐标测量。

技术领域

本发明涉及工业现场大尺寸空间坐标精密测量技术领域，尤其涉及基于光电扫描与绝对测距的单站多目标空间坐标测量方法。

背景技术

大尺寸空间坐标精密测量是航空、航天、船舶、汽车等先进制造业的基础支撑技术，在产品零部件装配、工业机器人定位、最终质量检测等领域中发挥着重要作用。以室内GPS为代表的分布式测量系统基于空间交会原理，可在保证高精度的前提下灵活拓展量程，实现多目标并行测量，但存在设备数量较多、全局定向操作复杂，组网后不方便移动，复杂环境下交会条件差等问题。

激光跟踪仪、激光雷达等全站式设备可独立工作，便于更换工作空间，但受到跟踪机构、测角原理限制，只能进行单点测量且需人工引导或标记，测量效率低下，测量自动化程度较低。

发明内容

本发明提供了基于光电扫描与绝对测距的单站多目标空间坐标测量方法，本发明实现了单站测量设备对空间多目标的自动坐标测量，详见下文描述：

一种基于光电扫描与绝对测距的单站多目标空间坐标测量方法，所述方法包括：

构建一体式测量基站和合作靶标，标定测量基站上光电扫描模块与绝对测距模块的相对位置，标定光电接收单元与光学反射单元在合作靶标上的位置；

获取扫描光平面的旋转角度及法向量，以光学反射单元的中心位置为目标测量点，计算目标测量点的粗测坐标；

绝对测距模块依据粗测坐标引导测距光束对准光学反射单元的中心位置，测量光学反射单元与绝对测距模块之间的距离；

建立坐标测量模型，计算目标测量点的精确空间坐标。

其中，所述绝对测距模块包括：绝对式激光测距仪，光束引导机构，光束对心反馈控制机构；

绝对测距模块位于光电扫描模块下方，绝对式激光测距仪采用飞秒激光测距原理或调频连续波测距原理实现绝对距离的测量，光束引导机构基于快速反射镜偏转绝对式激光测距仪发射的测距光束并在多目标单元之间进行切换，光束对心反馈控制机构通过四象限光电探测器获得经反射镜和光学反射单元返回光束的偏移量，经由控制单元调整光束引导机构，组成光束调整闭环系统，以使测距光束对准目标测量点。

其中，所述合作靶标上设置光电接收单元，光学反射单元和信号处理单元；

光电接收单元呈等边三角形固定于所述合作靶标上，用于接收扫描光信号和同步光信号并转换为逻辑脉冲；所述光学反射单元与3个所述光电接收单元共面固定于所述合作靶标上，反射测距光束使其沿原路返回；所述信号处理单元位于合作靶标内部，将光电接收单元的输出信号转换为扫描光平面的旋转角度。

其中，所述标定测量基站上光电扫描模块与绝对测距模块的相对位置为：

利用激光跟踪仪构建高精度控制场，光电扫描模块测量各个控制点，根据空间后方交会原理，建立跟踪仪坐标系与光电扫描模块坐标系的定向参数；