本实用新型专利技术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装置。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。本实用新型专利技术包括球形转子和光电自准直仪测量装置组，三个光电自准直仪测量装置组沿圆周均布在球形转子的赤道面外围；光电自准直仪测量装置组包括上光电自准直仪测量单元和下光电自准直仪测量单元；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；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。本实用新型专利技术基于光学自准直原理，可获得较高的分辨率和测量精度。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于测量
，具体涉及一种基于光学自准直原理的球形转子空 间二维转角检测装置。
技术介绍
传统的角度测量以单自由度运动对象为主，通常有机械式测角、电磁式测角和光 学测角等方法。其中，光学测量技术的研宄与应用得到较快发展，由于测角方法不同导致检 测仪器种类多样，如光电编码器法、圆光栅法、激光干涉法、环形激光法等，大多数应用于小 角度的精密测量中，可以获得较高的分辨率和测量精度，然而对于360°整周角度测量还需 作适当的改进。例如，哈尔滨工业大学贾倩等提出一种基于光学自准直原理和高速线阵CCD 相结合的方法实现转台转角的动态测量，采用多面棱体与被测转台同轴安装的结构形式对 其回转角度进行细分并构建光学系统，满足高精度、大范围的连续测量要求。 球形转子具有结构紧凑和运动灵活等特点，广泛应用于球形电机、球铰链、控制摇 杆等领域。在实际应用中，球形转子受到相对约束的限制，通常具有二个或三个自由度的转 动。 目前，球形转子的多维回转角度检测技术还不成熟，并且传统的单自由度角位移 检测方法难以直接应用。国内外部分学者对球形转子的多维回转角度检测技术开展了相关 研宄。例如，日本多摩川精机株式会社滨信治提出球体绝对角度的测量方法，其中球体由透 明材料或能够透射可被图像识别装置识别的电磁波材料制成，可在球体表面上喷涂图案为 QRCode?、二维或一维条形码，在编码中记录位置等信息。通过球体外部设置图像识别装 置，对于检测到的图案进行处理后获得球体角度信息，然而该测量方法在实际应用场合中 尚未发现。
技术实现思路
本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于光学自准直原理的球形 转子空间二维转角检测装置，实现球形转子相对于固定约束的偏转角和方位角的测量。 本技术包括球形转子和光电自准直仪测量装置组，三个光电自准直仪测量装 置组沿圆周均布在球形转子的赤道面外围；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；所述的透明壳体为内部中空的 球体，套置在旋转体外。 所述的光电自准直仪测量装置组包括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。 所述的旋转体采用反光材料，所述的透明壳体采用耐磨材料。 所述的光源采用高性能LED。 所述的下平行光管和上平行光管均包括聚光镜、分划板、分光棱镜和物镜；光源的 平行光经聚光镜、分划板、分光棱镜和物镜照射到球形转子的多面体上；球形转子偏转时， 平行光经过多面体的某一个面反射后经物镜和分光棱镜射到下高速线阵CCD相机或上高 速线阵C⑶相机上。 本技术的有益效果是： 1、本技术通过布置三个相同的光电自准直仪测量装置组，根据高速线阵CXD 接收的光信号位置变化转成相应的角度变化，利用检测的三个转角值，可以解算出球形转 子相对于固定约束的空间二维转角，即偏转角和方位角。 2、本技术基于光学自准直原理，实现非接触测量，可以获得较高的分辨率和 测量精度；此外，数据处理简单，可实现连续的动态角度测量。【附图说明】 图1为本技术中球形转子的多面体结构立体图； 图2为本技术中三个光电自准直仪测量装置组的分布示意图； 图3为本技术中上光电自准直仪测量单元及下光电自准直仪测量单元与球 形转子的相对位置示意图； 图4为本技术中下平行光管及上平行光管的工作原理简图； 图5为本技术测量球形转子的偏转角和方位角的原理图。【具体实施方式】 下面结合附图及实施例对本技术作进一步说明。 如图1和2所示，基于光学自准直原理的球形转子空间二维转角检测装置，包括球 形转子和光电自准直仪测量装置组2,三个光电自准直仪测量装置组2沿圆周均布在球形 转子的赤道面外围；球形转子包括旋转体和透明壳体；旋转体为正多边形绕中心转轴回转 180°形成的多面体1，旋转体采用反光材料；透明壳体为内部中空的球体，套置在旋转体 外，采用耐磨材料，使球形转子具有良好的硬度和耐磨性。图1中以正十八边形为例，每个 棱面对应的圆心角为20°。正多边形的边数越多，每个棱面对应的圆心角越小，相应地分辨 率和精度也越高。 如图3所示，光电自准直仪测量装置组2包括上光电自准直仪测量单元D2和下光 电自准直仪测量单元Dl;上光电自准直仪测量单元D2包括上平行光管3-2、光源4、上高速 线阵CCD相机5-2和图像采集卡；光源4采用高性能LED;下光电自准直仪测量单元Dl包 括下平行光管3-1、光源4、下高速线阵CCD相机5-1和图像采集卡；下平行光管3-1和下高 速线阵C⑶相机5-1的轴心线在球形转子的赤道面上，上平行光管3-2和上高速线阵CXD 相机5-2的轴心线所在平面为赤道面向上偏转10° ;下平行光管3-1和上平行光管3-2的 测量范围均为10°，两者结合可实现多面体1每一个面的全方位测角。 光源4发出的平行光经上平行光管3-2或下平行光管3-1透过透明壳体，照射到 多面体1上，反射光随球形转子的偏转而偏转，并经上平行光管3-2成像到上高速线阵CCD 相机5-2上，或经下平行光管3-1成像到下高速线阵C⑶相机5-1上。上高速线阵C⑶相 机5-2和下高速线阵CCD相机5-1将光像位置的位移信息转换成电信号，通过图像采集卡 采集当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于光学自准直原理的球形转子空间二维转角检测装置，包括球形转子和光电自准直仪测量装置组，其特征在于：三个光电自准直仪测量装置组沿圆周均布在球形转子的赤道面外围；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；所述的透明壳体为内部中空的球体，套置在旋转体外；所述的光电自准直仪测量装置组包括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。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏，王文，袁科杰，程林，赵鼎成，卢科青，时光，范宗尉，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：新型
国别省市：浙江;33
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