[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

摘要

本发明公开了基于光学自准直原理的球形转子空间二维转角检测方法。目前球形转子的多维回转角度检测技术还不成熟，传统的单自由度角位移检测方法难以直接应用。本发明的步骤构造球形转子；球形转子的赤道面外围均布三个光电自准直仪测量装置组，每个光电自准直仪测量装置组均包括上、下光电自准直仪测量单元；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，并经上平行光管或下平行光管成像到对应的高速线阵CCD相机上；通过三个光电自准直仪测量装置组获得球形转子相对竖直轴正向偏转的角度，计算出球形转子的偏转角和方位角。本发明基于光学自准直原理，具有高分辨率和测量精度。

主权项

基于光学自准直原理的球形转子空间二维转角检测方法，其特征在于：该方法的具体步骤如下：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；步骤四、通过三个光电自准直仪测量装置组获得球形转子相对竖直轴正向偏转的角度，然后由计算机计算出球形转子相对于固定约束的偏转角和方位角，其中，竖直轴的正向竖直向上；在球形转子不发生转动的初始位置，光源发出的光线照射在多面体上能反射到下平行光管的反射点分别记为A1、B1和C1；当球形转子偏转到偏转角为θ、方位角为对应的位置时，反射点A1、B1和C1随着球形转子赤道面的偏转分别移至点A2、B2和C2；三个光电自准直仪测量装置组检测到球形转子偏转的角度分别为θ1、θ2和θ3，其中，θ1、θ2和θ3的正负号规定：球形转子偏向竖直轴正向为正，偏向竖直轴负向为负；设透明壳体的半径为r，点A2、B2和C2的坐标值可分别设为(x1，y1，rsinθ1)，(x2，y2，rsinθ2)，(x3，y3，rsinθ3)；点A2、B2和C2相互之间对应的圆心角为120°，则可得：xs2+ys2+(rsinθs)2=r2|A2B2|=|B2C2|=|A2C2|=3r,(s=1,2,3)---(1)]]>根据公式(1)，可解出x1、x2、x3、y1、y2和y3的值，即获得点A2、B2和C2的坐标；以分别表示x、y、z轴正向的单位向量，因此，球形转子的输出中心轴线法向量为：为了便于表示，记球形转子的输出中心轴线法向量其中：x0=(y2-y1)(rsinθ3-rsinθ1)-(y3-y1)(rsinθ2-rsinθ1)y0=(x1-x2)(rsinθ3-rsinθ1)+(x3-x1)(rsinθ2-rsinθ1)z0=(x2-x1)(y3-y1)-(x3-x1)(y2-y1),]]>则偏转角θ和方位角为：θ=arccos(z0x02+y02+z02)---(3)]]>