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1、(10)申请公布号 CN 103837079 A (43)申请公布日 2014.06.04 CN 103837079 A (21)申请号 201410053661.0 (22)申请日 2014.02.17 G01B 11/00(2006.01) (71)申请人 南京航空航天大学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29 号 申请人 上海飞机制造有限公司 (72)发明人 李泷杲 陈磊 黄翔 方伟 邓正平 邢宏文 刘思仁 戴肇鹏 沈立恒 (74)专利代理机构 江苏圣典律师事务所 32237 代理人 贺翔 (54) 发明名称 一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具 及其测量方法 (57) 。
2、摘要 本发明公开了一种基于激光跟踪仪的手持式 便携测量工具及其测量方法， 其测量工具为测量 笔， 测量笔由圆锥形笔头和包含靶球座定位孔的 笔杆组成， 将靶球座安装在笔杆上后， 笔头笔尖对 准接触测量点， 手持靶球引光至靶球座上， 慢慢 转动测量笔杆， 分别在四个位置保持稳定， 激光跟 踪仪分别测量靶球四个位置的坐标值， 即可计算 出笔头处测量点的位置坐标。本发明特点在于 ： 1） 测量点处不需加工靶球座定位孔， 仅保证测量 点所在微小平面能使测量笔转动时笔尖保持稳定 对准即可 ； 2） 测量笔无需标定， 测量笔制造误差 和形位公差对测量结果精确度无影响 ； 3） 结构简 单， 使用方便， 算法。
3、可编程至激光跟踪仪控制程序 中， 适用面广。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图1页 (10)申请公布号 CN 103837079 A CN 103837079 A 1/1 页 2 1. 一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具， 其包括测量笔及作为激光跟跟踪仪附 件的靶球座 （3） 和靶球 （4） ， 其特征在于 ： 所述测量笔包括包含有靶球座定位孔 （5） 的笔杆 （2） 和笔头 （1） 两部分， 所述靶球座 （3） 通过靶球座定位孔 （5） 安装在笔杆 （2）。
4、 上， 所述笔头 笔尖对准接触测量点， 手持靶球 （4） 引光至靶球座 （3） 上。 2. 如权利要求 1 所述的基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具， 其特征在于 ： 所述笔 头 （1） 与笔杆 （2） 采用螺纹连接。 3. 一种如权利要求 1 所述的基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的测量方法， 其特 征在于 ： 包括如下步骤 1） 安装靶球座到测量笔上， 手持测量笔使笔头笔尖与测量点保持定点接触 ； 2） 手持靶球引光至靶球座上， 手持测量笔保持稳定， 激光跟踪仪测量靶球位置 ； 3） 轻轻调整转动测量笔角度， 笔尖保持与测量点定点接触， 测量靶球其余 3 个位置的 坐标， 进而共得到靶球。
5、四个位置的坐标值 ； 4） 测量数据处理， 计算得到测量点坐标， 其中计算方法如下 ： 靶球四个测量点坐标为 Pi(xi,yi,zi)， 其中i1,2,3,4， 设激光跟踪仪测出的靶球坐标点距离测量点距离为R， 由于 测量时笔头笔尖与测量点保持定点接触， 测量笔小幅度转动， 因此测量过程中 R 为定值， 设 测量点坐标为 P(x,y,z) 则有 ： 上式中， 分别用第一式减去其余三式， 得到 ： 其中 ： Ai 2(x1-xi+1)， Bi 2(y1-yi+1)， Ci 2(z1-zi+1)， i 1,2,3， 即上式为一个线性方程组， 解方程组可求得 P(x,y,z) 坐标值。 4. 如权利。
6、要求 3 所述的基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的测量方法， 其特征在 于 ： 所述解算方法编程至激光跟踪仪控制程序中后， 在靶球四个位置坐标测量完成后可直 接解算出测量点坐标。 权 利 要 求 书 CN 103837079 A 2 1/3 页 3 一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具及其测量方法 技术领域 ： 0001 本发明涉及一种激光跟踪仪 3D 测量模式对测量点进行测量的装置及方法， 特别 涉及一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具及其测量方法， 其属于激光跟踪仪测量技 术领域。 背景技术 ： 0002 激光跟踪仪测量广泛应用于航空制造、 机械工程等领域。激光跟踪仪 3D 测量模式。
7、 下测量点的坐标时， 需要在测量点处加工靶球座定位孔， 测量时将靶球座置于定位孔上， 然 后手持靶球引光至靶球座上， 激光跟踪仪根据靶球座偏置量和靶球位置计算出测量点的位 置坐标。该方法需要在测量点加工安装靶球座的定位孔。测量点数量多或者位置随机时， 加工制造工作量大， 加工的定位孔影响零部件设计性能。 没有定位孔情况下， 要获取任意点 的位置坐标， 激光跟踪仪只能使用 T-Probe、 T-Scan 或 T-Cam 等设备进行 6D 摄像扫描测量， 这些设备昂贵。 0003 因此， 确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。 发明内容 ： 0004 本发明提供一种基于激光跟踪仪的手持式。
8、便携测量工具及其测量方法， 其能够有 效克服现有激光跟踪仪 3D 测量方法的缺点。 0005 本发明采用如下技术方案 ： 一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具， 其包括 测量笔及作为激光跟跟踪仪附件的靶球座和靶球， 所述测量笔包括包含有靶球座定位孔的 笔杆和笔头两部分， 所述靶球座通过靶球座定位孔安装在笔杆上， 所述笔头笔尖对准接触 测量点， 手持靶球引光至靶球座上。 0006 所述笔头与笔杆采用螺纹连接。 0007 本发明还采用如下技术方案 ： 一种基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的测量 方法， 其包括如下步骤 0008 1） 安装靶球座到测量笔上， 手持测量笔使笔头笔尖与测量点保持定点。
9、接触 ； 0009 2） 手持靶球引光至靶球座上， 手持测量笔保持稳定， 激光跟踪仪测量靶球位置 ； 0010 3） 轻轻调整转动测量笔角度， 笔尖保持与测量点定点接触， 测量靶球其余 3 个位 置的坐标， 进而共得到靶球四个位置的坐标值 ； 0011 4） 测量数据处理， 计算得到测量点坐标， 其中计算方法如下 ： 靶球四个测量点坐标 为 Pi(xi,yi,zi)， 其中 i 1,2,3,4， 设激光跟踪仪测出的靶球坐标点距离测量点距离为 R， 由于测量时笔头笔尖与测量点保持定点接触， 测量笔小幅度转动， 因此测量过程中 R 为定 值， 设测量点坐标为 P(x,y,z) 则有 ： 说 明 书。
10、 CN 103837079 A 3 2/3 页 4 0012 0013 上式中， 分别用第一式减去其余三式， 得到 ： 0014 0015 其中 ： A i 2 ( x1- xi + 1) ，Bi 2 ( y1- yi + 1) ，Ci 2 ( z1- zi + 1) ， i 1,2,3， 即上式为一个线性方程组， 解方程组可求得 P(x,y,z) 坐标值。 0016 所述解算方法编程至激光跟踪仪控制程序中后， 在靶球四个位置坐标测量完成后 可直接解算出测量点坐标。 0017 本发明具有如下有益效果 ： 0018 （1） . 测量点处不需加工靶球座定位孔， 仅保证测量点所在微小平面能使测量笔稳。
11、 定对准测量点即可 ； 0019 （2） . 测量笔无需标定， 测量笔制造误差和形位公差对测量结果精确度无影响 ； 0020 （3） . 结构简单， 使用方便， 算法可编程至激光跟踪仪控制程序中， 适用面广。 附图说明 ： 0021 图 1 是测量笔的二维工程图。 0022 图 2 是测量笔上安装靶球座和放置靶球后示意图。 0023 图 3 是测量笔测量示意图。 0024 其中 ： 0025 1- 笔头 ； 2- 笔杆 ； 3- 靶球座 ； 4- 靶球 ； 5- 靶球座定位孔。 具体实施方式 ： 0026 请参照图 1 所示， 本发明基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具包括测量笔及作 为激光跟跟。
12、踪仪附件的靶球座3和靶球4， 测量笔包括包含有靶球座定位孔5的笔杆2和笔 头 1 两部分， 其中笔头 1 与笔杆 2 采用螺纹连接， 可拆卸可更换， 笔头 1 有圆锥形笔尖， 在手 持测量笔小幅度转动时笔尖可与测量点保持定点接触。该笔头能适应零部件不同外形， 也 适用于一些位置不方便测量的点的引出测量。测量笔材料为铝合金。 0027 请参照图 2 所示， 测量时， 先将靶球座 3 通过靶球座定位孔 5 安装在笔杆 2 上， 笔 头笔尖对准接触测量点， 手持靶球 4 引光至靶球座 3 上， 慢慢转动笔杆， 分别在四个位置保 持稳定， 激光跟踪仪分别测量出靶球 4 四个位置的坐标值， 即可计算出笔。
13、头处测量点的位 置坐标。 0028 请参照图 3 所示， 本发明基于激光跟踪仪的手持式便携测量工具的具体的测量方 说 明 书 CN 103837079 A 4 3/3 页 5 法包括如下步骤 ： 0029 1） 安装靶球座到测量笔上， 手持测量笔使笔头笔尖与测量点保持定点接触 ； 0030 2） 手持靶球引光至靶球座上， 手持测量笔保持稳定， 激光跟踪仪测量靶球位置 ； 0031 3） 轻轻调整转动测量笔角度， 笔尖保持与测量点定点接触， 测量靶球其余 3 个位 置的坐标， 进而共得到靶球四个位置的坐标值 ； 0032 4） 测量数据处理， 计算得到测量点坐标。 0033 计算方法如下 ： 靶。
14、球四个测量点坐标为Pi(xi,yi,zi)， 其中i1,2,3,4。 设激光跟 踪仪测出的靶球坐标点距离测量点距离为 R， 由于测量时笔头笔尖与测量点保持定点接触， 测量笔小幅度转动， 因此测量过程中 R 为定值。设测量点坐标为 P(x,y,z) 则有 ： 0034 0035 上式中， 分别用第一式减去其余三式， 得到 ： 0036 0037 其中 ： A i 2 ( x1- xi + 1) ，Bi 2 ( y1- yi + 1) ，Ci 2 ( z1- zi + 1) ， i 1,2,3。即上式为一个线性方程组。解方程组可求得 P(x,y,z) 坐标值。上述解算方法可编程至激光跟踪仪控制程序中， 在靶球四个位置坐标测 量完成后可直接解算出来。 0038 以上所述仅是本发明的优选实施方式， 应当指出， 对于本技术领域的普通技术人 员来说， 在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进， 这些改进也应视为本发明的 保护范围。 说 明 书 CN 103837079 A 5 1/1 页 6 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103837079 A 6 。