[发明专利]一种三维位姿探测装置及其测量方法

权利要求书

1.一种三维位姿探测装置，其特征在于：包括二维位置敏感探测器（1）、凸透镜（2）、发射板（3），所述发射板（3）上的点光源（4）发出光线通过所述凸透镜（2）在所述二维位置敏感探测器（1）的光敏面（5）上成像为清晰点，所述发射板（3）在中心和四角共设置五个所述点光源（4），且相邻两个角落的所述点光源（4）的距离为20mm。

2.根据权利要求1所述的一种三维位姿探测装置，其特征在于：所述点光源（4）采用发光二极管。

3.根据权利要求1所述的一种三维位姿探测装置，其特征在于：所述光敏面（5）为正方形。

4.根据权利要求1所述的一种三维位姿探测装置，其特征在于：所述二维位置敏感探测器（1）的视角为30°。

5.一种权利要求1所述的三维位姿探测装置的测量方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤（1）：测量空间距离：将所述二维位置敏感探测器（1）的所述光敏面（5）放置于所述凸透镜（2）的焦平面上，且所述光敏面（5）的中心与所述凸透镜（2）的焦点重合，所述凸透镜（2）的位置为F，所述凸透镜（2）和所述二维位置敏感探测器（1）构成接收板；所述发射板（3）四角的所述点光源（4）A'、B'、C'、D'和中心的所述点光源（4）O'，使O'A'＝O'B'＝O'C'＝O'D'，且A'、B'、C'、D'中相对的两个分别与所述发射板（3）的X'轴、Y'轴重合；A、B、C、D为A'、B'、C'、D'在所述光敏面（5）上对应的成像点；经调整使所述发射板（3）的Z'轴与所述接收板的Z轴对正时，得到所述接收板与所述发射板（3）之间的距离O'F；

步骤（2）：对齐接收板与发射板：

信号捕捉：所述发射板（3）沿其X轴、Y轴、Z轴分别移动、转动，直到接收到所述发射板（3）的所述点光源（4）的成像；

接收板与发射板的对齐：按给定的步长和运动次序移动所述接收板至其与所述发射板（3）正好对齐，此时所述接收板与所述发射板（3）姿态一致，由所述接收板姿态得知所述发射板（3）姿态；对齐判据为：AC⊥BD，0.5（x_A＋x_C）≤0.1mm、0.5（y_A＋y_C）≤0.1mm，0.5（x_B＋x_D）≤0.1mm、0.5（y_B＋y_D）≤0.1mm，其中0.1mm为要求的误差精度。

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于：所述发射板（3）上的五个所述点光源（4）通过单片机控制发光顺序、发光持续时间、发光间隔时间。