[发明专利]丝线定位仪、绝对定位系统、绝对定位方法和标定方法

说明书

本申请公开了一种丝线定位仪、绝对定位系统、绝对定位方法和标定方法。本申请的丝线定位仪，包括球形壳体、电极板组和基座，球形壳体轴线上开设丝线通道；电极板组由四块大小相等的长条形电极板组成，四块电极板沿丝线通道方向安装在丝线通道内，四块电极板两两平行且镜像对称布置于球形壳体轴线的上下左右，上下两块电极板的对称面与左右两块电极板的对称面垂直，并且两个对称面的交线与球形壳体轴线重合；球形壳体活动安装于基座上，球形壳体在基座上可以沿开设丝线通道的轴线转动。本申请的丝线定位仪，利用四块电极板对加载射频信号的金属丝线进行相对定位，然后再对球形壳体进行空间坐标测量，确定球形壳体的绝对位置，实现丝线绝对定位。

技术领域

本申请涉及丝线定位设备领域，特别是涉及一种丝线定位仪、绝对定位系统、绝对定位方法和标定方法。

背景技术

目前丝线在超高精度测量中的应用越来越广泛，但是丝线定位精度却没有提高。因为丝线细小柔软，即使微小的作用力也会影响测量精度，所以使用接触式测量方法不可能得到很高的测量精度；光学测量仪器如经纬仪、全站仪测量时需要瞄准同一测量点，才能计算得到空间三维位置，对于长度方向无差别的丝线来说很难测到同一点，所以也无法得到很高的测量精度。

现有的几种丝线定位设备包括，光电式定位仪、图像式丝线定位仪、电容式丝线定位仪和丝线位移监测器。

其中，光电式定位仪是美国著名的斯坦福直线加速器中心(简称SLAC)的直线加速器相干光源(简称LCLS)项目中，在利用振动线技术测量磁中心位置时，为了确定丝线和磁铁外部基准之间的关系而设计的。该定位仪利用激光二极管作为光源，四象限PSD作为传感器；因为激光二极管的光源尺寸远大于丝线直径，设计者巧妙的利用了尺寸约为1/5丝线直径的狭缝作为光闸来细分信号,从而提高精度。利用三坐标测量机精确标定获取狭缝相对定位仪外部基准之间的位置关系，丝线绝对定位精度可达到30微米。当丝线移动时，狭缝必须对准丝线才能测量，所以测量费时、无法进行动态观测。

图像式丝线定位仪，主要以开源公司的oWPS产品为代表，是应CLIC的应用需求开发的。它采用两只微型CCD/CMOS相机作为传感器建立双目视觉测量模型，相机的内部参数以及模型中的结构参数经过精确标定。测量时，利用相机内部参数校正丝线图像坐标之后，通过结构参数准确计算视野内丝线的三维位置。测量准确度可达10微米，精度可达5微米。但因为镜头景深限制，其测量范围仅为10mm×10mm。只能使用特殊丝线：vectran，测量其它材料丝线尤其是金属丝时，由于反光无法实现丝线高精度提取，大大限制了它的精度，也无法进行绝对位置测量。

电容式丝线定位仪，以Fogale公司的WPS为代表。其原理是变介质型电容传感器，丝线穿过平行电极时，会引起极间介质介电常数变化，从而将丝线位置转换为电容量的变化。可将测量精度提高到10微米。但是没有绝对定位基准，只能进行相对位置测量。

丝线位移监测器，是Zhuhongyan等在文献“Design and simulation of a wireposition monitor for cryogenicsystems in an ADS linac”Chinese PhysicsC.Vol.38,No.8(2014)中报道的一种丝线定位设备，该定位仪用于测量低温恒温器中设备位置收缩量，主要针对设备温度变化过程中设备位置的相对变化，相对位置测量精度可达到30微米，但无精确外部基准，无法对绝对位置进行测量。

发明内容

本申请的目的是提供一种改进的丝线定位仪，基于该丝线定位仪的丝线绝对定位系统，采用该丝线定位仪进行丝线绝对定位的方法，以及丝线绝对定位的误差标定方法。

本申请采用了以下技术方案：