本发明属于坐标测量,尤其涉及一种激光扫描角度测量装置和方法。
背景技术:
1、对于角度的测量是几何量计量技术的重要组成部分,随着技术的进步,对于角度的测量精度的需求也越来越高。角度测量技术可以分为静态测量和动态测量两种。随着工业的发展,对回转量的测量要求也越来越多,因此研究人员在静态测角的基础上,对旋转物体的转角测量问题进行了大量的研究。
2、目前,对于的主流测量方法主要有激光跟踪仪、wmps(workshop measurementpositioning system,室内空间定位系统)等。例如,由发射站,接收器和电脑端组成的wmps,该系统发射站发射旋转激光平面,接收器将光平面产生的光脉冲转化为对应时间信号,并通过一定方式发送给电脑端。电脑端接收到多个测站时间信息后便可进行坐标解算,通过接收器接收到激光的时间差与转台的转速进行求解得到对角度量的获取。
3、然而,现有的基于激光转台的激光扫描角度测量系统易于受到复杂测量环境的因素影响。例如,不同空间环境中具有温度差异、湿度差异,且不同位置的大气密度或大颗粒物分布不均。这些环境条件影响转台所发出的激光的传播,使得从转台处均匀射出的激光脉冲在被测物体处不再均匀,进而影响对于扫描角度的测量精度。
4、因此可知,现有的基于激光转台的激光扫描角度测量系统对于不同气象环境的抗性较低,在复杂气象环境下其测量精度受到的干扰较大,测量准确度有待提高。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种激光扫描角度测量装置,旨在解决现有的基于激光转台的激光扫描角度测量系统对于不同气象环境的抗性较低,在复杂气象环境下其测量精度受到的干扰较大,测量准确度有待提高的问题。
2、本申请实施例是这样实现的,提供一种激光扫描角度测量装置,所述装置包括:旋转光源,所述旋转光源以预设转速自转,并以固定时间间隔向周边空间发射脉冲激光;多个激光接收器,用于接收由所述旋转光源发射的脉冲激光,并生成脉冲信号;反馈控制器,用于基于任意两个所述激光接收器所传入的脉冲信号,和这两个激光接收器相较于所述旋转光源的相对位置,得到所述旋转光源扫描经过这两个所述激光接收器之间的扫描角度;所述反馈控制器还用于基于任意单个所述激光接收器接收到的脉冲信号得到环境扰动量,并基于所述环境扰动量对所述旋转光源的自转速度进行修正。
3、优选地,所述旋转光源包括:脉冲光源、棱镜组和转台;所述脉冲光源用于产生脉冲激光;所述棱镜组用于将所述脉冲光源产生的所述脉冲激光照射至所述转台的转动轴的中心;所述转台的转动轴的中心设置有反射镜,用于将由所述棱镜组传入的脉冲激光向周边均匀发射。
4、优选地,所述反射镜还用于将由所述棱镜组传入的脉冲激光以扇形向空间中发射。
5、优选地,所述脉冲光源为光学频率梳,其谱线或梳齿与基于射频信号的原子钟锁定。
6、优选地,所述多个激光接收器的感光区域距离所述旋转光源的距离相同;所述多个激光接收器的感光区域的感光长度相同。
7、优选地,所述反馈控制器包括:上位机以及转速控制器;所述上位机用于接收所述激光接收器输入的脉冲信号并计算得到所述旋转光源相较于所述激光接收器的相对转速和所述环境扰动量;所述转速控制器用于控制所述旋转光源的自转速度,并基于所述环境扰动量对所述旋转光源的自转速度进行修正。
8、优选地,所述旋转光源所发射的脉冲激光其脉冲序列在时域上为时间间隔相同的脉冲链,在频域上为离散且具有相同频率间隔的谱线。
9、本申请实施例的另一目的在于,提供一种激光扫描角度测量方法,所述方法基于如上所述的激光扫描角度测量装置进行角度测量,所述方法包括以下步骤:选取任意两个所述激光接收器,并将其记为第一接收器和第二接收器;获取所述第一接收器与所述旋转光源的中心点之间的连线,与所述第二接收器与所述旋转光源的中心点之间的连线之间的夹角;获取所述旋转光源旋转经过该角内所发射的脉冲激光的发射数量,基于所述夹角和所述发射数量,得到所述旋转光源相较于所述第一接收器和/或所述第二接收器的平均转速:
10、;
11、其中,为所述旋转光源发射脉冲激光的频率;将所述平均转速作为基准转速,基于以下公式实现对于激光扫描角度的测量:
12、;
13、其中,为待测扫描角度,为所述旋转光源扫描经过两个待测点之间发射的脉冲数量。
14、本申请实施例提供的一种激光扫描角度测量装置,通过设置的若干激光接收器以及反馈控制器,能够对受环境影响下的真实激光速度的扰动进行测量和修正,实现了对光线传播过程中受复杂环境条件影响下所产的的偏移量进行反馈修正,提高了光学角度码盘的测量精度。
15、优选地,所述方法还包括基于所述环境扰动量对所述旋转光源的自转速度进行修正,修正方法为:获取任意单个所述激光接收器所接收到的脉冲激光的数量,以及该激光接收器距离所述旋转光源的中心线的距离和感光区域的长度,得到所述旋转光源相较于该激光接收器的瞬时转速:
16、;
17、其中,为所述旋转光源发射脉冲激光的频率;基于所述瞬时转速与所述预设转速的差值得到所述环境扰动量,基于所述环境扰动量对所述旋转光源的自转速度进行闭环反馈调节,实现对所述旋转光源的自转速度进行的修正。
18、优选地,获取所述旋转光源旋转经过角内所发射的脉冲激光的发射数量的方法为:基于对所述脉冲激光的峰值检测,得到所述第一接收器的感光区域的中心位置所接收到的第一脉冲信号,以及所述第二接收器的感光区域的中心位置所接收到的第二脉冲信号;对所述第一脉冲信号和所述第二脉冲信号之间间隔的脉冲数进行计数,得到所述发射数量。
1.一种激光扫描角度测量装置,其特征在于,所述装置包括:
2.根据权利要求1所述的激光扫描角度测量装置,其特征在于,所述旋转光源包括:
3.根据权利要求2所述的激光扫描角度测量装置,其特征在于,所述反射镜还用于将由所述棱镜组传入的脉冲激光以扇形向空间中发射。
4.根据权利要求2所述的激光扫描角度测量装置,其特征在于,所述脉冲光源为光学频率梳,其谱线或梳齿与基于射频信号的原子钟锁定。
5.根据权利要求1所述的激光扫描角度测量装置,其特征在于,所述多个激光接收器的感光区域距离所述旋转光源的距离相同;所述多个激光接收器的感光区域的感光长度相同。
6.根据权利要求1所述的激光扫描角度测量装置,其特征在于,所述反馈控制器包括:上位机以及转速控制器;
7.根据权利要求1所述的激光扫描角度测量装置,其特征在于,所述旋转光源所发射的脉冲激光其脉冲序列在时域上为时间间隔相同的脉冲链,在频域上为离散且具有相同频率间隔的谱线。
8.一种激光扫描角度测量方法,其特征在于,所述方法基于如权利要求1~7中任意一项所述的激光扫描角度测量装置进行激光扫描角度测量,所述方法包括以下步骤:
9.根据权利要求8所述的一种激光扫描角度测量方法,其特征在于,所述方法还包括基于所述环境扰动量对所述旋转光源的自转速度进行修正,修正方法为:
10.根据权利要求8所述的一种激光扫描角度测量方法,其特征在于,获取所述旋转光源旋转经过角内所发射的脉冲激光的发射数量的方法为:
