专利名称：特大齿轮在位姿态调整系统及方法
技术领域：
本发明涉及三维测量技术领域，特别涉及一种特大齿轮在位姿态调整系统及方法。
背景技术：
在现代制造、高精度测量、军用以及民用生产制造等各个技术领域，都需要对测量仪器进行姿态调整，从而将测量仪器调整到指定的角度和位置，以提高整个测量系统的稳定性和精度特性，满足特定的测试指标。
在现有技术中的特大型齿轮在位测量系统中，通过使用的三维测量平台对特大型齿轮进行测量，由于特大型齿轮的重量将达到两吨，不适宜频繁移动或借助垫脚等方式调整三维测量平台，因此在工业现场中，对特大型齿轮的测量手段以及特大型齿轮所在的环境因素对特大型齿轮的测量精度行很大影响，因此难以保证特大型齿轮的测量精度。

发明内容
本发明的目的在于提供一种特大齿轮在位姿态调整方法及系统，通过控制姿态调整平台控制三维测量平台，从而提高特大型齿轮的测量精度、本发明实施例提供一种特大齿轮在位姿态调整系统，包括激光跟踪仪、三维测量平台、姿态调整平台、控制设备、驱动设备；其中，所述激光跟踪仪获取所述三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和所述姿态调整平台的第二空间坐标数据；所述控制设备根据所述测头的第一空间坐标数据计算所述三维测量平台的测头的方向向量，并根据所述测头的方向向量控制所述三维测量平台的旋转轴的旋转角度；在所述三维测量平台旋转所述旋转角度后，所述控制设备根据所述第二空间坐标数据和所述旋转角度计算所述姿态调整平台旋转后的空间位置；所述控制设备根据所述姿态调整平台旋转后的空间位置和所述旋转角度控制所述驱动设备调整所述姿态调整平台的空间位置，使得所述姿态调整平台进一步调整所述三维测量平台的测量臂和测头。本发明实施例还提供一种特大齿轮在位姿态调整方法，包括通过激光跟踪仪获取三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台的第二空间坐标数据；由控制设备根据所述测头的第一空间坐标数据计算所述三维测量平台的测头的方向向量，并根据所述测头的方向向量控制所述三维测量平台的旋转轴的旋转角度；在所述三维测量平台旋转所述旋转角度后，由所述控制设备根据所述第二空间坐标数据和所述旋转角度计算所述姿态调整平台轴旋转后的空间位置；所述控制设备根据所述姿态调整平台旋转后的空间位置和所述旋转角度控制驱动设备调整所述姿态调整平台的空间位置，使得所述姿态调整平台进一步调整所述三维测量平台的测量臂和测头。本发明提供的特大齿轮在位姿态调整系统及方法，通过控制设备得到的三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台的第二空间坐标数据，从而使得驱动设备控制姿态调整平台以进一步调整三维测量平台，因此即使特大齿轮发生了小角度的变化，该位置变化也可以通过激光跟踪仪得到测头和测量臂改变后的空间位置，从而根据特大齿轮的位置实现小角度、快速的测量，提高了特大齿轮的测量精度和测量效率。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲、在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图I为本发明特大齿轮在位姿态调整系统一个实施例的结构示意图；图2为本发明特大齿轮在位姿态调整系统又一个实施例的结构示意图；图3为图2所示实施例姿态调整平台与三维测量平台的位置关系示意图；图4为本发明特大齿轮在位姿态调整方法一个实施例的流程示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施例中的特大型齿轮是指一些参数、尺寸、重量超出常规情况下的齿轮，主要是取决于齿轮的直径，其中，直径大于3000毫米(mm)的齿轮通常称为特大型齿轮。此外，需要声明的是，本发明实施例并未对姿态调整平台和三维测量平台的具体结构进行描述，这是由于本发明实施例并未对姿态调整平台和三维测量平台进行具体结构的限制。此外，本发明实施例中的控制设备可以通过激光跟踪仪获取到姿态调整平台和三维测量平台的空间坐标数据(例如第一空间坐标数据、第二空间坐标数据)，由于现有技术对激光跟踪仪如何获取到物体的空间数据坐标进行了详细描述，因此本发明实施例不再赘述。进一步地，本发明实施例中的驱动设备可以具体包括多个步进电机，该多个步进电机的具体个数与具体的姿态调整平台需要调整的支承轴和旋转轴的个数确定，优选地，步进电机的个数与支承轴和旋转轴的总数相同，从而使得步进电机可以对姿态调整平台的支承轴和旋转轴进行调整。本发明实施例中的第一空间坐标数据具体可以为三维测量平台的测头上的多个测量点的空间三维坐标，第二空间坐标数据具体可以是姿态调整平台的支承轴的固定点的空间三维坐标。图I为本发明特大齿轮在位姿态调整系统一个实施例的结构示意图；如图I所示，本发明实施例具体包括激光跟踪仪10、三维测量平台11、姿态调整平台12、控制设备13、驱动设备14。
其中，激光跟踪仪10获取三维测量平台11的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台12的第二空间坐标数据；控制设备13根据三维测量平台11的测头的第一空间坐标数据计算三维测量平台11的测头的方向向量，并根据测头的方向向量控制三维测量平台11的旋转轴的旋转角度；在三维测量平台11旋转了该旋转角度后，控制设备13根据第二空间坐标数据和该旋转角度计算姿态调整平台12旋转后的空间位置；控制设备13根据姿态调整平台12旋转后的空间位置和旋转角度控制驱动设备14调整姿态调整平台12的空间位置，使得姿态调整平台12进一步调整三维测量平台11的上测量臂和测头。本发明实施例提供的特大齿轮在位姿态调整系统，通过控制设备13得到的三维测量平台11的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台12的第二空间坐标数据，从而使得驱动设备14控制姿态调整平台12以进一步调整三维测量平台11，因此即使特大齿轮发 生了小角度的变化，该位置变化也可以通过激光跟踪仪得到测头和测量臂改变后的空间位置，从而根据特大齿轮的位置实现小角度、快速的测量，提高了特大齿轮在位姿态调整的测量精度和测量效率。图2为本发明特大齿轮在位姿态调整系统又一个实施例的结构示意图；如图2所示，本发明实施例包括激光跟踪仪20、三维测量平台21、姿态调整平台22、控制设备23、驱动设备24。其中，激光跟踪仪20获取三维测量平台21的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台22的第二空间坐标数据；控制设备23根据三维测量平台21的测头的第一空间坐标数据计算三维测量平台21的测头的方向向量，并根据测头的方向向量控制三维测量平台21的旋转轴的旋转角度；在三维测量平台21旋转了该旋转角度后，控制设备23根据第二空间坐标数据和该旋转角度计算姿态调整平台22旋转后的空间位置；控制设备23根据姿态调整平台22旋转后的空间位置和旋转角度控制驱动设备24调整姿态调整平台22的空间位置，使得姿态调整平台22进一步调整三维测量平台21的上测量臂和测头。进一步地，控制设备23还可以包括第一获取模块231、第一转换模块232、第二获取模块233、第二转换模块234 ;第一获取模块231获取所述测头的方向向量与参考测量方向所成的第一夹角的角度；第一转换模块232将所述第一夹角的角度转换为控制驱动设备23的脉冲步数，以控制旋转三维测量平台21的旋转轴的旋转齿轮；第二获取模块233根据姿态调整平台22旋转后的空间位置获取姿态调整平台22的支撑轴的升高距离；第二转换模块234将所述升降距离转换为驱动设备24对应的脉冲步数，从而使得姿态调整平台22将三维测量平台21的上端面与特大齿轮25的上端面调整到同一个平面高度。进一步地，控制设备23还可以包括第三获取模块235、判断模块236、调整模块237 ;第三获取模块235获取三维测量平台21的第一坐标轴的方向向量与特大齿轮上端面所成的第二夹角的角度；判断模块236判断所述第二夹角的角度是否在预设精度范围内；若所述第二夹角的角度不在所述预设精度范围内，则调整模块237根据所述第二夹角的角度调整姿态调整平台22的支承轴，直至所述第二夹角的角度在所述预设精度范围内。
本发明实施例提供的特大齿轮在位姿态调整系统，通过控制设备23得到的三维测量平台21的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台22的第二空间坐标数据，从而使得驱动设备24控制姿态调整平台22以进一步调整三维测量平台21，因此即使特大齿轮发生了小角度的变化，该位置变化也可以通过激光跟踪仪得到测头和测量臂改变后的空间位置，从而使得整个特大齿轮在位姿态调整系统根据特大齿轮的位置实现小角度、快速的测量，提高了特大型齿轮在位姿态调整的测量精度和测量效率。为了更清楚的理解图2所示实施例的技术方案，下面通过图3对图2所示实施例进行具体描述。·
图3为图2所示实施例姿态调整平台22与三维测量平台21的位置关系示意图；如图3所示，本发明实施例中，三维测量平台21设置于姿态调整平台22的上方，三维测量平台21的定位基准面与姿态调整平台22的上端面重合，从而使得三维测量平台21与姿态调整平台22之间没有相对位移。此外，如图3所示，三维测量平台21的第一坐标轴的方向向量具体为与测量臂和测头的方向相同，第一坐标轴与第二坐标轴垂直；姿态调整平台22有三个支承轴(图3中仅示意出两个支承轴)。本发明实施例中的参考测量方向具体可以为特大齿轮上端面的中心在姿态调整平台上端面的第一投影点与特大齿轮上的测量点在姿态调整平台上端面的第二投影点所形成的向量的方向，由于本领域普通技术人员根据本发明实施例的描述可以轻易获取到第一投影点和第二投影点，因此本发明实施例未采用图示方式举例说明。图4为本发明特大齿轮在位姿态调整方法一个实施例的流程示意图，图I和图2所示实施例的特大齿轮在位姿态调整系统可以实现本发明实施例的方法流程；如图4所示，本发明实施例包括如下步骤步骤401、通过激光跟踪仪获取三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台的第二空间坐标数据；步骤402、由控制设备根据测头的第一空间坐标数据计算三维测量平台的测头的方向向量，并根据测头的方向向量控制三维测量平台的旋转轴的旋转角度；步骤403、在三维测量平台旋转所述旋转角度后，由控制设备根据第二空间坐标数据和旋转角度计算姿态调整平台轴旋转后的空间位置；步骤404、控制设备根据姿态调整平台旋转后的空间位置和旋转角度控制驱动设备调整姿态调整平台的空间位置，使得姿态调整平台进一步调整三维测量平台的测量臂和测头。本发明实施例提供的特大齿轮在位姿态调整方法，通过控制设备得到的三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台的第二空间坐标数据，从而使得驱动设备控制姿态调整平台以进一步调整三维测量平台，因此即使特大齿轮发生了小角度的变化，该位置变化也可以通过激光跟踪仪得到测头和测量臂改变后的空间位置，从而根据特大齿轮的位置实现小角度、快速的测量，提高了特大型齿轮的测量精度和测量效率。进一步地,在上述图4所示实施例中，步骤402还可以包括控制设备获取测头的方向向量与参考测量方向所成的第一夹角的角度；控制设备将第一夹角的角度转换为控制驱动设备的脉冲步数，以控制旋转三维测量平台的旋转轴的旋转齿轮。
进一步地,在上述图4所示实施例中，步骤404还可以包括控制设备根据姿态调整平台旋转后的空间位置获取姿态调整平台的支撑轴的升闻距尚;控制设备将升降距离转换为多个步进电机对应的脉冲步数，从而使得姿态调整平台将三维测量平台的上端面与特大齿轮的上端面调整到同一个平面高度。进一步地，在上述图4所示实施例中，该特大齿轮在位姿态调整方法还可以进一步包括控制设备获取三维测量平台的第一坐标轴的方向向量与特大齿轮上端面所成的第二夹角的角度；所述控制设备判断第二夹角的角度是否在预设精度范围内；
若第二夹角的角度不在预设精度范围内，控制设备根据第二夹角的角度调整姿态调整平台的支承轴，直至第二夹角的角度在预设精度范围内进一步地,在上述图4所示实施例中，参考测量方向为特大齿轮上端面的中心在姿态调整平台上端面的第一投影点与特大齿轮上的测量点在姿态调整平台上端面的第二投影点所形成的向量的方向。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种特大齿轮的姿态调整系统，其特征在于，包括激光跟踪仪、三维测量平台、姿态调整平台、控制设备、驱动设备；其中， 所述激光跟踪仪获取所述三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和所述姿态调整平台的第二空间坐标数据； 所述控制设备根据所述测头的第一空间坐标数据计算所述三维测量平台的测头的方向向量，并根据所述测头的方向向量控制所述三维测量平台的旋转轴的旋转角度； 在所述三维测量平台旋转所述旋转角度后，所述控制设备根据所述第二空间坐标数据和所述旋转角度计算所述姿态调整平台旋转后的空间位置； 所述控制设备根据所述姿态调整平台旋转后的空间位置和所述旋转角度控制所述驱动设备调整所述姿态调整平台的空间位置，使得所述姿态调整平台进一步调整所述三维测量平台的测量臂和测头。
2.根据权利要求I所述的系统，其特征在于，所述控制设备包括 第一获取模块，用于获取所述测头的方向向量与参考测量方向所成的第一夹角的角度； 第一转换模块，用于将所述第一夹角的角度转换为控制所述驱动设备的脉冲步数，以控制旋转所述三维测量平台的旋转轴的旋转齿轮； 第二获取模块，用于根据所述姿态调整平台旋转后的空间位置获取所述姿态调整平台的支撑轴的升高距离； 第二转换模块，用于将所述升降距离转换为所述驱动设备对应的脉冲步数，从而使得所述姿态调整平台将所述三维测量平台的上端面与所述特大齿轮的上端面调整到同一个平面高度。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制设备还包括 第三获取模块，用于获取所述三维测量平台的第一坐标轴的方向向量与所述特大齿轮上端面所成的第二夹角的角度； 判断模块，用于判断所述第二夹角的角度是否在预设精度范围内； 调整模块，用于若所述第二夹角的角度不在所述预设精度范围内，则根据所述第二夹角的角度调整所述姿态调整平台的支承轴，直至所述第二夹角的角度在所述预设精度范围内。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述参考测量方向为所述特大齿轮上端面的中心在所述姿态调整平台上端面的第一投影点与所述特大齿轮上的测量点在所述姿态调整平台上端面的第二投影点所形成的向量的方向。
5.根据权利要求I 4任一所述的系统，其特征在于，所述三维测量平台设置于所述姿态调整平台的上方，所述三维测量平台的定位基准面与所述姿态调整平台的上端面重合，从而使得所述三维测量平台与所述姿态调整平台之间没有相对位移。
6.一种特大齿轮在位姿态调整方法，其特征在于，包括 通过激光跟踪仪获取三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台的第二空间坐标数据； 由控制设备根据所述测头的第一空间坐标数据计算所述三维测量平台的测头的方向向量，并根据所述测头的方向向量控制所述三维测量平台的旋转轴的旋转角度；在所述三维测量平台旋转所述旋转角度后，由所述控制设备根据所述第二空间坐标数据和所述旋转角度计算所述姿态调整平台轴旋转后的空间位置； 所述控制设备根据所述姿态调整平台旋转后的空间位置和所述旋转角度控制驱动设备调整所述姿态调整平台的空间位置，使得所述姿态调整平台进一步调整所述三维测量平台的测量臂和测头。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述由控制设备根据所述测头的第一空间坐标数据计算所述三维测量平台的测头的方向向量，并根据所述测头的方向向量控制所述三维测量平台的旋转轴的旋转角度的步骤包括 所述控制设备获取所述测头的方向向量与参考测量方向所成的第一夹角的角度； 所述控制设备将所述第一夹角的角度转换为控制所述驱动设备的脉冲步数，以控制旋转所述三维测量平台的旋转轴的旋转齿轮。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述控制设备根据所述姿态调整平台旋转后的空间位置和所述旋转角度控制所述驱动设备调整所述姿态调整平台的空间位置包括 所述控制设备根据所述姿态调整平台旋转后的空间位置获取所述姿态调整平台的支撑轴的升闻距尚; 所述控制设备将所述升降距离转换为所述多个步进电机对应的脉冲步数，从而使得所述姿态调整平台将所述三维测量平台的上端面与所述特大齿轮的上端面调整到同一个平面闻度。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括 所述控制设备获取所述三维测量平台的第一坐标轴的方向向量与所述特大齿轮上端面所成的第二夹角的角度； 所述控制设备判断所述第二夹角的角度是否在预设精度范围内； 若所述第二夹角的角度不在所述预设精度范围内，所述控制设备根据所述第二夹角的角度调整所述姿态调整平台的支承轴，直至所述第二夹角的角度在所述预设精度范围内。
10.根据权利要求6 9任一所述的方法，其特征在于，所述参考测量方向为所述特大齿轮上端面的中心在所述姿态调整平台上端面的第一投影点与所述特大齿轮上的测量点在所述姿态调整平台上端面的第二投影点所形成的向量的方向。
全文摘要
本发明涉及一种特大齿轮在位姿态调整系统及方法，其中系统包括激光跟踪仪、三维测量平台、姿态调整平台、控制设备、驱动设备；其中，激光跟踪仪获取三维测量平台的测头的第一空间坐标数据和姿态调整平台的第二空间坐标数据；控制设备根据测头的第一空间坐标数据计算三维测量平台的测头的方向向量，并根据测头的方向向量控制三维测量平台的旋转轴的旋转角度；在三维测量平台旋转该旋转角度后，控制设备根据第二空间坐标极据和旋转角度计算姿态调整平台旋转后的空间位置；控制设备根据姿态调整平台旋转后的空间位置和旋转角度控制驱动设备调整姿态调整平台的空间位置。本发明能够实现根据特大齿轮的位置实现小角度、快速的测量。
文档编号G01D11/30GK102749094SQ20121011868
公开日2012年10月24日 申请日期2012年4月23日 优先权日2012年4月23日
发明者娄小平, 潘志康, 祝连庆, 董明利, 那云琥, 郭阳宽 申请人:北京信息科技大学