校正水平状态的激光跟踪仪的制作方法

1.本实用新型涉及一种智能制造装备产业，具体涉及一种校正水平状态的激光跟踪仪。


背景技术：

2.在精密工业以及测量领域，人们在对大型机器进行装配的时候，经常需要通过精密仪器对组装的目标物进行测试以提高装配精度，同时在对完成机器的组装后，也需要对机器进行校准，且在装配过程中，除了对目标物或者目标物上的某个目标点进行三维坐标测量时，还需要对目标物品或目标点的运动情况进行测量，也即，对它们的姿态进行测量，因此需要一种可以在三维坐标基础上，还能完成六个自由度测量的仪器。由此，出现了通过激光跟踪仪对目标物或者目标点进行姿态测量的测量方式。
3.激光跟踪仪进行测量时的要求比较高，在使用激光跟踪仪进行测量时，一些微小的不当的测量，都容易给测量结果带来较大的误差。在使用激光跟踪仪时，常常因为一些原因例如场地的局限性(不平整的场地、倾斜面)、或者激光跟踪仪在测量时本身旋转有偏差，这些都容易使得激光跟踪仪在跟踪辅助测量装置时难以保持测量的水平状态，且不在水平状态进行测量时，很容易给测量结果带来较大的测量误差，且这种水平状态的偏差通过手动难以调整。
4.现有技术中，在激光跟踪仪的主体内部设置有调平装置，然而这种将调平装置安装在激光跟踪仪内的设计，调平装置进行实施调平时容易产生共振进而会给激光跟踪仪的测量带来较大的偏差。


技术实现要素：

5.本实用新型是有鉴于上述现有技术的状况而提出的，其目的在于提供一种能够自动校正以减少测量误差的激光跟踪仪。
6.为此，本实用新型提供了一种能够校正水平状态的激光跟踪仪，一种通过发射激光束并接收被辅助测量装置反射的激光束跟踪所述辅助测量装置的激光跟踪仪，其特征在于，所述激光跟踪仪包括光学机构，用于承载所述光学机构的基座、以及用于承载所述基座的支架，所述光学机构包括安装于所述基座并且可相对于所述基座以第一轴线旋转的第一旋转装置、设置在所述第一旋转装置的具有第二轴线的第二旋转装置、以及安装于所述第二旋转装置并相对于所述第一旋转装置可围绕所述第二轴线旋转的光学主体，所述第一轴线与所述第二轴线正交；所述光学主体具有发射激光束的激光源、用于捕获被所述辅助测量装置反射的激光束以跟踪激光束的光束跟踪器、以及测量与所述辅助测量装置的距离的光学距离测量器；所述支架配置有包括倾斜传感器和调节机构的校正装置，所述倾斜传感器配置为测量所述激光跟踪仪的所述第一轴线与重力方向之间的夹角，并基于所述夹角发送反馈信息至所述调节机构，所述调节机构配置为根据所述反馈信息调节所述激光跟踪仪以使所述第一轴线与重力方向之间的夹角小于预设夹角。
7.在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，在支架上配置有倾斜传感器和调节机构，通过倾斜传感器能够检测激光跟踪仪的水平状态，通过调节机构能够校正激光跟踪仪的测量的水平状态。在这种情况下，通过保持激光跟踪仪的实时校正，能够提高激光跟踪仪测量的精确性。
8.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述支架包括多个倾斜传感器，所述多个倾斜传感器包括第一倾斜传感器和第二倾斜传感器，所述第一倾斜传感器和所述第二倾斜传感器为重力倾斜传感器。由此，能够测量激光跟踪仪的水平状态。
9.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述支架包括多个调节机构，所述调节机构的数量与所述倾斜传感器的数量相同。由此，调节机构能够对应倾斜传感器进行相应调节。
10.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述多个倾斜传感器与所述多个调节机构一一匹配，所述多个倾斜传感器中的各个倾斜传感器将测量的夹角发送至与所述各个倾斜传感器相匹配的调节机构。在这种情况下，多个调节机构可以接收各自匹配的倾斜传感器的夹角信息。由此，能够通过多个调节机构互相配合以校正激光跟踪仪的水平状态。
11.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述支架包括具有承载面的承载平台和至少一个支脚，所述倾斜传感器和所述调节机构设置于所述承载平台。由此，能够使得倾斜传感器具有较高的稳定性。
12.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述第一倾斜传感器与所述承载面的几何中心之间的连线和所述第二倾斜传感器与所述承载面的几何中心之间的连线垂直。在这种情况下，激光跟踪仪能够在不同方向检测测量的水平状态。
13.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述第一旋转装置具有凹槽，所述第一旋转装置具有能够沿着所述第一轴线旋转的第一旋转轴以及通过所述第一旋转轴安装于所述基座的旋转主体，所述第一轴线沿着竖直方向布置。由此，能够基于旋转主体使得激光跟踪仪整体进行旋转测量。
14.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述第二旋转装置包括设置在所述第一支承部的第一轴承和设置在所述第二支承部的第二轴承，所述第二旋转轴通过所述第一轴承和所述第二轴承安装于所述第二旋转装置，在所述第一轴承靠近所述第一支承部的一侧或在所述第二轴承靠近所述第二支承部的一侧设置有呈圆环状的角度编码器。由此，能够测量辅助测量装置的变化角度，进而能够测量辅助装置的姿态。
15.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，可选地，所述第二旋转装置包括第一支承部、第二支承部、可旋转地设置在所述第一支承部与所述第二支承部之间的第二旋转轴、以及握持部。在这种情况下，能够通过握持部提携激光跟踪仪以适应需要搬运激光跟踪仪的场景。另外，激光跟踪仪能够具有较好的刚性。
16.另外，在本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪中，还包括姿态相机、外壳和控制机构，所述姿态相机配置为获取所述辅助测量装置的姿态；所述外壳包括第
一壳体、第二壳体、以及设置在所述第一壳体和所述第二壳体之间的功能壳体，所述第一壳体和所述功能壳体、以及所述第二壳体和所述功能壳体通过连接柱连接，所述外壳为密封结构；所述控制机构配置成根据所述光束跟踪器控制驱动所述光学主体运动以使所述姿态相机与所述光学距离测量器跟踪所述辅助测量装置。由此，能够测量辅助测量装置的坐标。
17.根据本实用新型的能够校正水平状态的激光跟踪仪，能够减少激光跟踪仪的测量误差，提高激光跟踪仪的测量精度。
附图说明
18.现在将仅通过参考附图的例子进一步详细地解释本实用新型，其中：
19.图1是示出了本实施方式所涉及的校正水平状态的激光跟踪仪的场景示意图。
20.图2是示出了本实施方式示例所涉及的校正水平状态的激光跟踪仪的结构示意图。
21.图3是示出了本实施方式示例所涉及的校正装置的示意图。
22.图4是示出了本实施方式示例所涉及的校正水平状态之前的激光跟踪仪的示意图。
23.图5是示出了本实施方式示例所涉及的校正水平状态之后的激光跟踪仪的示意图。
具体实施方式
24.以下，参考附图，详细地说明本实用新型的优选实施方式。在下面的说明中，对于相同的部件赋予相同的符号，省略重复的说明。另外，附图只是示意性的图，部件相互之间的尺寸的比例或者部件的形状等可以与实际的不同。
25.需要说明的是，本实用新型中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，例如所包括或所具有的一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可以包括或具有没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.另外，在本实用新型的下面描述中涉及的小标题等并不是为了限制本实用新型的内容或范围，其仅仅是作为阅读的提示作用。这样的小标题既不能理解为用于分割文章的内容，也不应将小标题下的内容仅仅限制在小标题的范围内。
27.本实用新型涉及一种校正水平状态的激光跟踪仪，是通过发射激光束并接收被辅助测量装置反射的激光束以跟踪所述辅助测量装置的激光跟踪仪。“校正水平状态的激光跟踪仪”可以简称为“激光跟踪仪”、或“跟踪仪”，“辅助测量装置”也可以称为“姿态靶球”、“姿态靶标”、“靶标”或者“靶球”。通过本实用新型所涉及的能够校正水平状态的激光跟踪仪，能够提高激光跟踪仪的测量精度，降低测量误差。
28.图1是示出了本实施方式所涉及的激光跟踪仪1的应用示意图。
29.如图1所示，在本实施方式中，能够通过激光跟踪仪1对靶球2 进行跟踪，当靶球2移动的时候，激光跟踪仪1旋转转动跟随靶球2，从而捕捉靶球2的空间坐标和姿态。
30.图2是示出了本实施方式示例所涉及的校正水平状态的激光跟踪仪1的结构示意图。如图2所示，在本实施方式中，激光跟踪仪1可以包括基座11、光学机构12、以及支架13。
31.在一些示例中，基座11用于承载光学机构12。在一些示例中，基座11可以呈圆柱体型。在这种情况下，基座11能够具有较好的稳定性。但本实施方式的示例不限于此，基座11也可以呈圆台形、长方体形或者其他形状。
32.在一些示例中，支架13可以用于承载基座11。在一些示例中，支架13可以为便携式固定底座。在一些示例中，支架13可以为重型三脚架以稳定激光跟踪仪1。但本实施方式不限于此，在另外一些示例中，支架13可以为轻型三脚架。由此，能够比较轻便的提携。
33.在一些示例中，支架13之下可以安装有滑轮或者滚轮。具体地，滑轮的个数可以不小于三个。在一些示例中，滑轮或滚轮可以通过螺栓固定连接在支架13。在这种情况下，通过滑轮可以在一定范围内推动激光跟踪仪1进行测量，能够减少搬动或者拆卸激光跟踪仪1时带来的不便。另外，能够提高基座11的稳定性。
34.在一些示例中，光学机构12可以包括第一旋转装置121、第二旋转装置(未图示)、以及光学主体123。
35.在一些示例中，第一旋转装置121可以具有第一旋转轴(未图示)。在一些示例中，第一旋转装置121可以围绕第一轴线a进行旋转。在一些示例中，第一轴线a沿着竖直方向布置。也即，当光学主体123 水平放置时，第一轴线a的延伸方向可以为放置面与光学主体123所垂直的竖直方向。具体的，当激光跟踪仪1放置于水平面时，第一轴线a的延伸方向可以激光跟踪仪1的重力方向或重力的相反方向相同。
36.另外，在一些示例中，第一旋转装置121可以具有旋转主体，旋转主体可以通过第一旋转轴安装于基座11。在这种情况下，通过第一旋转装置121旋转可以带动光学主体123运动，能够使得光学主体123 在水平方向跟踪靶球2。
37.在一些示例中，第二旋转装置还可以包括第二旋转轴(未图示)。在一些示例中，第二旋转轴可旋转地设置在第一支承部1221与第二支承部1222之间，另外，第二旋转轴可以围绕第二轴线b进行旋转。在一些示例中，光学主体123可以安装于第二旋转轴。由此，光学主体 123可以基于第二旋转轴围绕第二轴线b进行旋转。
38.在一些示例中，第一轴线a和第二轴线b正交。
39.在一些示例中，光学主体123可以包括发射激光光束的激光源。在一些示例中，光学主体123还可以包括光束跟踪器和光学距离测量器(未图示)。由此，通过光束跟踪器和光学距离测量器能够实现对激光的实时跟踪。
40.在一些示例中，光束跟踪器可以捕获被靶球2反射的激光束以跟踪激光束。在一些示例中，具体而言，光束跟踪器可以为位置敏感探测器(psd)。在这种情况下，通过位置敏感探测器可以接收目标反射的光束，进而能够判断光束偏离目标靶心的位置。
41.在一些示例中，光学距离测量器可以测量与靶球2的距离。在一些示例中，光学距离测量器可以包含绝对测距单元和干涉测距单元。在这种情况下，当使用光学距离测量器测量时，通过绝对测距单元和干涉测距单元测距能够得到高精度的测量数据。
42.在一些示例中，激光跟踪仪1可拆卸的放置于支架13上。由此，能够便于搬运激光跟踪仪1。
43.如图2所示，支架13还包括具有承载面的承载平台和至少一个支脚。
44.在一些示例中，校正装置可以安装于支架13。在一些示例中，校正装置可以包括倾斜传感器和调节机构。在一些示例中，校正装置可以安装于承载平台的承载面。换而言之，
倾斜传感器和调节机构可以安装于承载平台的承载面。由此，能够使得倾斜传感器具有较高的稳定性。
45.在一些示例中，倾斜传感器的数量可以为多个。例如，倾斜传感器的数量可以为2个、3个、4个、5个等。在一些示例中，当多个倾斜传感器的数量为2个时，则多个倾斜传感器可以包括第一倾斜传感器133和第二倾斜传感器134。
46.在一些示例中，调节机构的数量可以为多个。在一些示例中，调节机构的数量可以和倾斜传感器的数量相同。如上所述，在一些示例中，当倾斜传感器的数量为2个时，调节机构的数量也为2个。在一些示例中，多个调节机构可以包括第一调节机构131和第二调节机构 132。
47.在一些示例中，多个倾斜传感器的各个倾斜传感器可以和多个调节机构的各个调节机构一一匹配。具体而言，第一倾斜传感器133可以和第一调节机构131相匹配，第二倾斜传感器134可以和第二调节机构132相匹配。
48.在一些示例中，倾斜传感器可以为重力倾斜传感器。重力倾斜传感器可以感受其装置所在的平面位置。具体而言，重力倾斜传感器可以感应所在平面和重力方向之间的夹角。
49.图3是示出了本实施方式示例所涉及的校正装置的俯视示意图。
50.在一些示例中，第一倾斜传感器133与承载面的几何中心之间的连线可以和第二倾斜传感器134与承载面的几何中心之间的连线垂直。
51.(参见图3)
52.在一些示例中，可以以承载面的几何中心做为原点建立平面直角坐标系，第一倾斜传感器133可以为设置在x方向的倾斜传感器，第二倾斜传感器134可以为设置在y方向的倾斜传感器。在这种情况下，第一倾斜传感器133和第二倾斜传感器134可以同时检测激光跟踪仪1 的水平状态。
53.在一些示例中，第一倾斜传感器133可以和第一调节机构131相匹配，第二倾斜传感器134可以和第二调节机构132相匹配。如上所述，当在承载面的几何中心位置建立平面直角坐标系时，第一调节机构131可以设置于直角坐标的x方向上，第二调节机构132可以设置于直角坐标的y方向上。(参见图3)
54.在一些示例中，自动校正装置可以通过倾斜传感器检测承载平台与重力方向之间的夹角。在一些示例中，倾斜传感器配置为测量激光跟踪仪1的第一轴线a与重力方向之间的夹角。在一些示例中，倾斜传感器还可以基于夹角发送反馈信息至调节机构。
55.在一些示例中，调节机构可以根据从倾斜传感器收到的反馈信息调节激光跟踪仪1的第一轴线a与重力方向之间的夹角，调节机构调节激光跟踪仪1以使第一轴线a与重力方向之间的夹角小于预设夹角。
56.在一些示例中，倾斜传感器可以实时测量激光跟踪仪1的第一轴线a与重力方向之间的夹角并将夹角对应的反馈信息实时发送至调节机构。在这种情况下，通过接收倾斜传感器的反馈信息，调节机构能够实时调节激光跟踪仪1的水平状态并使第一轴线a与重力方向之间的夹角小于预设夹角。在一些示例中，预设夹角可以小于1
°
，例如，预设夹角可以为50
′
、25
′
、5
′
、50
″
、25
″
或5
″
。
57.图4是示出了本实施方式示例所涉及的校正水平状态之前的激光跟踪仪的示意
图。
58.在一些示例中，在搬运激光跟踪仪1之后重新将激光跟踪仪1放置于支架13上时，由于震动等原因容易使得激光跟踪仪1的测量不在水平状态。在另外一些示例中，激光跟踪仪1测量时的偏转也会使得激光跟踪仪1的测量不在水平状态。也即，支架13的承载平台的承载面和水平面不平行。(参见图4)
59.图5是示出了本实施方式示例所涉及的校正水平状态之后的激光跟踪仪的示意图。
60.在一些示例中，当第一倾斜传感器133检测到第一轴线a方向与重力方向之间的夹角不在预设角度内时，第一倾斜传感器133可以将此时的夹角实时传送至第一调节机构131，然后第一调节机构131可以实时调节支架13直到第一轴线a与重力方向之间的夹角小于预设夹角。
61.在一些示例中，当第二倾斜传感器134检测到第一轴线a方向与重力方向之间的夹角不在预设角度内时，第二倾斜传感器134可以将此时的夹角实时传送至第二调节机构132，然后第二调节机构132可以实时调节支架13直到第一轴线a与重力方向之间的夹角小于预设夹角。
62.在一些示例中，可以通过自动校正装置检测并调节支架13。在一些示例中，第一调节机构131和第二调节机构132可以相互配合以调节承载平台，使激光跟踪仪1回到水平状态继续测量。
63.在另外一些示例中，支架13可以为倾斜台底座。在这种情况下，可以通过在倾斜台放置关节球以进行二维调节水平偏摆。在一些示例中，当倾斜传感器检测倾斜台底座不在水平状态时，x方向上的第一调节机构131和y方向上的第二调节机构132对倾斜台底座进行调节驱动。在一些示例中，在对倾斜台底座进行调节的时候可以利用关节球的结构产生角度倾斜。在这种情况下，当激光跟踪仪1不在水平状态进行测量时，可以通过调节机构调节倾斜台底座进而控制关节球进行对应的角度倾斜以使倾斜台底座回到水平状态。由此。能够校正激光跟踪仪1的测量的水平状态。
64.在一些示例中，第一调节机构131可以包括导向圆板。在一些示例中，可以通过导向圆板限制承载面的倾斜运动。在这种情况下，当第一调节机构131调节承载平台在x方向上上下倾斜时，导向圆板可以限制激光跟踪仪1的水平旋转。
65.在一些示例中，第二调节机构132可以包括导向圆板。如上所述，当第二调节机构132调节承载平台在y方向上上下倾斜时，导向圆板可以限制激光跟踪仪1的水平旋转。
66.在一些示例中，第一旋转装置121可以具有凹槽。在一些示例中，第一旋转装置121可以具有第一旋转轴。在一些示例中，第一旋转装置121可以围绕第一轴线a进行旋转。在一些示例中，第一轴线a沿着竖直方向布置。另外，在一些示例中，第一旋转装置121可以具有旋转主体，旋转主体可以通过第一旋转轴安装于基座11。
67.在一些示例中，第一支承部可以具有第一轴承，第二支承部可以具有第二轴承。在一些示例中，可以通过第一轴承和第二轴承将第二旋转轴安装于第一旋转装置121。
68.在一些示例中，在第一轴承靠近第一支承部的一侧或在第二轴承靠近第二支承部的一侧还可以设置有角度编码器。在一些示例中，角度编码器可以呈圆环状。由此，能够通过角度编码器测量光束的偏转角度。
69.在一些示例中，第二旋转装置还可以包括握持部。
70.在一些示例中，激光跟踪仪1还可以包括姿态相机和外壳。在一些示例中，姿态相机可以获取靶球2的姿态。
71.在一些示例中，激光跟踪仪1还可以包括控制机构。在一些示例中，控制机构可以根据光束跟踪器控制驱动光学主体123运动以使姿态相机与光学距离测量器跟踪靶球2。
72.虽然以上结合附图和示例对本实用新型进行了具体说明，但是可以理解，上述说明不以任何形式限制本实用新型。本领域技术人员在不偏离本实用新型的实质精神和范围的情况下可以根据需要对本实用新型进行变形和变化，这些变形和变化均落入本实用新型的范围内。