专利名称：用于对静态工件进行三维空间定位的装置及专用手持活动式光学逆反射器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对静态工件进行三维空间定位的激光跟踪测量设备以及专 用的手持活动式光学逆反射器。
背景技术：
通常情况下，较小工件的检测都是直接在检测机床上完成的，因而确定这些工件 与检测机床之间的相对位置也就完全依赖于检测机床自身所具有的工件定位功能而得以 实现。特种装备制造时经常会面临大型甚至是特大型工件的检测问题。由于这类工件的体 积庞大，往往没有与其相应规模的检测机床可用，因此就需要将这些工件直接放置在加工 现场并在其附近设置检测设备。这时，确定检测设备与工件的相对位置就成为保证检测精 度的关键。通常，要确定检测设备与工件的相对位置，需要采用诸如激光跟踪仪、室内定位 系统iGPS、光笔测量系统以及摄影测量系统等大范围空间坐标测量仪器分别对检测设备与 工件进行三维空间定位。下面以齿轮测量为例为解决特大型齿轮的在位检测问题，公开号为CN101551240A的中国发明专利申 请公开了一种基于激光跟踪技术的大型齿轮测量方法，其主要步骤为1)利用激光跟踪仪 建立被测齿轮的端平面和基准轴线；2)确定被测齿轮和三坐标测量单元的位置；3)调整三 坐标测量单元相对于被测齿轮的位置并对参数进行测量。该申请实质上采用的是一种将大 范围空间全局测量与距离前端测量相结合的组合测量体制。具体是通过激光跟踪仪作为全 局测量设备来实现大范围空间全局测量，通过三坐标测量单元作为前端测量设备来实现近 距离前端测量，由于其步骤2)可以确定被测齿轮和三坐标测量单元的位置，也就实现了将 全局测量和前端测量的结合。由于上述技术是利用激光跟踪仪分别对被测齿轮和三坐标测量单元进行三维空 间定位，所以存在如下问题激光跟踪仪采用的是角度传感和测长相结合的球坐标测量原 理(可参考公开号为CN101371160A的发明专利公开文本中记载的激光跟踪仪及其测量原 理)，在长距离测量时受到角度测量精度的影响，随着距离增加，空间坐标测量精度明显下 降。以精度最高的Leica最新型号激光跟踪仪AT901-LR为例，其测量IOm处的空间点坐标 时测距不确定度为10微米，角度不确定度士 10 μ m+5 μ m/m,则总的坐标点测量不确定度为 VlO2+(10 + 5XlO)2 = 60.83/^7。而大型风力发电、大型锻压设备、大型冶金设备以及大型船 舶传动装置所需齿轮大多是直径为3000 10000mm、最小模数为6mm、精度6级及以上的特 大型高精度齿轮。如下表所示，GB/T10095. 1-2001中规定直径3000 10000mm，模数大于 6mm的6级精度的齿轮精度要求为
项目分度圆直径3m|分度圆直径IOm
权利要求
1.用于对静态工件进行三维空间定位的装置，该装置为一多路激光干涉追踪系统，其 特征在于该多路激光干涉追踪系统由至少三台激光干涉追踪仪(1)、与所述各台激光干 涉追踪仪(1)分别连接的数据处理系统，以及与所述至少三台激光干涉追踪仪(1)配合使 用从而对被测工件(2)进行三维空间定位的手持活动式光学逆反射器(3)组成；其中，所述 的手持活动式光学逆反射器(3)包括反射镜(301)以及与所述反射镜(301)联接并用于使 该手持活动式光学逆反射器(3)在被测工件(2)的基准面上沿特定方向运动的定位结构。
2.如权利要求1所述的用于对静态工件进行三维空间定位的装置，其特征在于当被 测工件(2)的基准面为由一基准柱面(201)和一基准端面(202)相交所形成的台阶状结构 时，所述手持活动式光学逆反射器(3)的定位结构采用以下设计，即该定位结构包括用于 与所述基准柱面(201)相接触的定位本体(304)，以及设置在该定位本体(304)的上端并 安装有所述反射镜(301)的定位座(302)，使用时当所述定位本体(304)靠住该基准柱面 (201)并沿该基准柱面(201)与所述基准端面(202)的交线运动时，所述定位座(302)的下 端面与所述基准端面(202)保持紧贴状态。
3.如权利要求2所述的用于对静态工件进行三维空间定位的装置，其特征在于所述 定位本体(304)包括上端安装有所述定位座(302)的支撑杆(303)，以及设置在该支撑杆 (303)下端的旋转体(305)，该定位本体(304)通过所述的旋转体(305)与被测工件⑵的 基准柱面(201)接触，并且该旋转体(305)与所述反射镜(301)同轴设置。
4.如权利要求3所述的用于对静态工件进行三维空间定位的装置，其特征在于所述 旋转体(305)呈圆盘状。
5.专用于上述装置的手持活动式光学逆反射器，其特征在于该手持活动式光学逆反 射器包括反射镜(301)以及与所述反射镜(301)联接并用于使该手持活动式光学逆反射器 在被测工件(2)的基准面上沿特定方向运动的定位结构。
6.如权利要求5所述的手持活动式光学逆反射器，其特征在于当被测工件(2)的基 准面为由一基准柱面(201)和一基准端面(202)相交所形成的台阶状结构时，所述手持活 动式光学逆反射器(3)的定位结构采用以下设计，即该定位结构包括用于与所述基准柱 面(201)相接触的定位本体(304)，以及设置在该定位本体(304)的上端并安装有所述反射 镜(301)的定位座(302)，使用时当所述定位本体(304)靠着该基准柱面(201)并沿该基准 柱面(201)与所述基准端面(202)的交线运动时，所述定位座(302)的下端面与所述基准 端面(202)保持紧贴状态。
7.如权利要求6所述的手持活动式光学逆反射器，其特征在于所述定位本体(304) 包括上端安装有所述定位座(302)的支撑杆(303)，以及设置在该支撑杆(303)下端的旋 转体(305)，该定位本体(304)通过所述的旋转体(305)与被测工件⑵的基准柱面(201) 接触，并且该旋转体(305)与所述反射镜(301)同轴设置。
8.如权利要求7所述的手持活动式光学逆反射器，其特征在于所述旋转体(305)呈 圆盘状。
全文摘要
本发明公开了一种具有较高测量精度的用于对静态工件进行三维空间定位的装置以及专用手持活动式光学逆反射器。该装置为一多路激光干涉追踪系统，该多路激光干涉追踪系统由至少三台激光干涉追踪仪、与所述各台激光干涉追踪仪分别连接的数据处理系统，以及与所述至少三台激光干涉追踪仪配合使用从而对被测工件进行三维空间定位的手持活动式光学逆反射器组成；其中，所述的手持活动式光学逆反射器包括反射镜以及与所述反射镜联接并用于使该手持活动式光学逆反射器在被测工件的基准面上沿特定方向运动的定位结构。本装置由于不涉及角度测量，测量不确定度仅为5.5μm，测量精度要大大高于激光跟踪测量，可完全满足大型工件的高精度三维工件定位要求。
文档编号G01S17/02GK102004252SQ201010550878
公开日2011年4月6日 申请日期2010年11月19日 优先权日2010年11月19日
发明者史苏存, 曲新华, 林超, 段玲, 牛维汉, 黄勇 申请人:中国计量技术开发总公司, 二重集团(德阳)重型装备股份有限公司, 天津大学, 重庆大学