一種跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系，其包括零級基準、一級基準和二級基準，其中零級基準包括零級基準面、零級基準線和區(qū)域坐標體系，區(qū)域坐標體系包括區(qū)域體系、坐標體系，其中所述區(qū)域體系包括均呈立方體輪廓的激光實驗區(qū)、編組站區(qū)和物理實驗區(qū)，其中所述物理實驗區(qū)中心設有一球形的靶室；所述坐標體系包括整體坐標系，以及通過該整體坐標系建立的物理區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系和編組站坐標系。本發(fā)明通過相互關聯(lián)的空間坐標系組來搭建基準體系，為實現(xiàn)“跨區(qū)域并行作業(yè)”和“離線-在線”精確復位等高效率、高精度的集成安裝技術提供了可靠的保障，極大的提高了大型裝置的建設效率。
【專利說明】一種跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及空間坐標測量領域涉及，尤其涉及一種跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系及其建立方法。
【背景技術】
[0002]隨著國內外對ICF研究的不斷深入，大型高功率固體激光器建設的競爭日益激烈。國外典型的大型高功率固體激光器有美國的NIF (國家點火計劃)和法國的LMJ (兆焦耳激光器)。與單程放大、圓形通光口徑、單光束的一代固體激光裝置相比，這些以多程放大、方口徑光束、甚多束集成為代表的二代固體激光裝置的規(guī)模更大，集成度、技術復雜性、精度要求也更高。外加集成建設周期的限制，集成建設階段要求實現(xiàn)“跨區(qū)并行作業(yè)”以及LRUs模塊的“離線-在線”精確復位等技術。這些技術的實現(xiàn)都依賴于高精度空間基準體系的建立以及對個光機模塊空間坐標的精確定位，即建立集成安裝的“標尺”。該方法針對現(xiàn)有集成安裝技術中安裝效率低，調試時間長，整體安裝精度難以保證以及無法實現(xiàn)LRUs模塊的“離線-在線”精確復位等問題，建立大跨度高精度空間坐標基準體系，為實現(xiàn)“跨區(qū)并行作業(yè)”以及LRUs模塊的“離線-在線”精確復位等技術提供可靠的基準保障。
[0003]國內已有的大型高功率固體激光器的安裝集成均采用基于準直光源的方法，該方法首先根據(jù)設計的光軸，在待調整的光機系統(tǒng)兩端各放置一個小孔，并用激光跟蹤儀測量兩個小孔，對兩個小孔的位置進行調整，使得由兩個小孔確定的直線與設計的光軸重合。準直光源置于五維精密調整臺上，調整五維精密調整臺，使得準直光源的出射光通過待調整光機系統(tǒng)前后兩端的小孔，即使得準直光源的光軸與設計光軸重合。根據(jù)光路上光學元件的排序，將第一個光機模塊放入到待調整的光機系統(tǒng)中，并調整使得準直光源的出射光仍能通過小孔。調整完之后放入下一個光學元件進行調整，直至完成光路上所有光學元件的裝調。該方法的優(yōu)點是結構簡單，能夠快速搭建單束光的基準。首先由于準直光源不可避免地存在較大的漂移等誤差，該方式建立的基準需要經常調整。如果應用在甚多束的二代固體激光裝置中，每一束組都需要一個準直光源，結構顯得復雜，而且準直光源的調試時間也會因此變得很長，嚴重影響安裝效率。其次是這種集成方式一般情況下只能沿著光路順次安裝，很難實現(xiàn)跨區(qū)域并行作業(yè)。最后是以準直光源為基準的集成方式無法實現(xiàn)LRUs模塊的離線-在線精確復位，也就無法使用LRUs離線-在線這種高效模塊化的集成方式。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決針對現(xiàn)有集成安裝技術存在安裝效率低，調試時間長，整體安裝精度難以保證以及無法實現(xiàn)LRUs模塊的“離線-在線”精確復位等問題的問題，克服現(xiàn)有技術的上述缺陷，提供一種跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系及其建立方法。
[0005]為解決上述技術問題，本跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系包括零級基準、一級基準和二級基準，其中零級基準包括零級基準面、零級基準線和區(qū)域坐標體系，區(qū)域坐標體系包括區(qū)域體系、坐標體系，其中所述區(qū)域體系包括均呈長方體輪廓的激光實驗區(qū)、編組站區(qū)和物理實驗區(qū)，其中所述物理實驗區(qū)中心設有一球形的靶室；所述坐標體系包括整體坐標系，以及通過該整體坐標系建立的物理區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系和編組站坐標系。
[0006]所述零級基準面包括六個基準平面一Plane (_2)、Plane (_l)、Plane (0)、Plane
(1)、Plane(2)、Plane (3),其中 Plane (-2)、Plane (-1)、Plane (0)、Plane (I)、Plane
(2)為物理實驗區(qū)(3)和編組站區(qū)(2)所組成五層建筑中每層內的安裝基準水平面，每個基準平面間距4m，Plane (3)為激光實驗區(qū)的安裝基準面，距離地面7m，所述零級基準線包括 Line (Al)>Line (A2)>Line (A3)>Line (A4)>Line (A5)>Line (A6)>Line (BI)>Line(BI)，其中Line (Al)至Line (A6)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且相互平行，間距
3.5m，分別為6個束組，每束組含8束平行光箱體的安裝基準，安裝基準線Line (BI),Line(B2)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且與Line (Al)垂直，間距65m，其中Line (BI)到激光實驗區(qū)原點距離為20m，是束組上關鍵系統(tǒng)在X軸方向上的安裝基準。
[0007]所述一級基準包括一級控制點和一級水準點，由零級基準細化，得到每一束組內每束光線的光軸。
[0008]所述二級基準由一級基準細化，以光束的光軸和軸向的安裝基準建立每束光上每一個模塊的安裝基準。
[0009]本跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系的建立方法包括以下步驟，
[0010]步驟1:首先將激光跟蹤儀架設在理論靶室球心附近，對靶室進行測量，擬合得到實際的靶室球心位置，并將激光跟蹤儀架設到實際的靶室球心位置，對靶室進行再次測量，重新擬合靶室球心位置，直到靶室球心位置與跟蹤儀原點位置重合，將此重合點定為原點，以所述原點為坐標原點建立笛卡爾坐標系，該笛卡爾坐標系即為所述整體坐標系；
[0011]步驟2:以所述整體坐標系為基礎，即以整體坐標系原點為原點、以整體坐標系X軸為極軸、Y軸為方位角方向、Z軸為方位角方向建立球面坐標系，該球面坐標系即為物理區(qū)坐標系；
[0012]步驟3:用跟蹤儀完成對激光實驗區(qū)和編組站區(qū)的原點的定位，并通過整體坐標系分別平移至激光實驗區(qū)原點和編組站區(qū)原點，形成兩個笛卡爾坐標系，即激光實驗區(qū)坐標系和編組站區(qū)坐標系；
[0013]各區(qū)域坐標系建立完成之后可以得到整體坐標系與物理實驗區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系、編組站區(qū)坐標系之間的轉換關系，并形成區(qū)域體系；
[0014]步驟4:在區(qū)域體系內依靠坐標體系建立零級基準面Plane (_2)、Plane (_1)、Plane (0)> Plane (I)> Plane (2)、Plane (3),其中 Plane (~2)> Plane (-1 )> Plane (0)、Plane (l)、Plane (2)為物理實驗區(qū)和編組站區(qū)所組成五層建筑中每層內的安裝基準水平面，每個基準平面間距4m，Plane (3)為激光實驗區(qū)的安裝基準面，距離地面7m ；
[0015]步驟5:在零級基準面內設置零級基準線Line (Al)、Line (A2)、Line (A3)、Line(A4)>Line (A5)>Line (A6)>Line (BI)>Line (BI),其中 Line (Al)至 Line (A6)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且相互平行，間距3.5m,分別為6個束組，每束組含8束平行光箱體的安裝基準，安裝基準線Line (BI),Line (B2)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且與Line (Al)垂直，間距65m，其中Line (BI)到激光實驗區(qū)原點距離為20m，是束組上關鍵系統(tǒng)在X軸方向上的安裝基準；
[0016]整體坐標系、物理區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系和編組站坐標系構成區(qū)域坐標體系，區(qū)域坐標體系與零級基準面、零級基準線構成零級基準；
[0017]步驟6:將零級基準細化，建立一級控制點和一級水準點得到每一束組內每束光線的光軸，建立一級基準；
[0018]步驟7:將一級基準細化，以光束的光軸和軸向的安裝基準建立每束光上每一個模塊的安裝基準，建立二級基準；
[0019]零級基準、一級基準和二級基準構成本跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系體系。
[0020]作為優(yōu)化，為了減小零級基準建立過程中的誤差，工程中還采用了一系列的控制措施:
[0021]1、在通視條件好、測量范圍大的位置設置站點，減少移站次數(shù)。并采用光束平差法進行處理，減少測量過程中激光跟蹤儀(或者全站儀等)的移站誤差；
[0022]2、移站時使用的參考點(激光跟蹤儀或者全站儀等)移站后的位姿與移站前的位姿之間的關系可以通過移站前后對某些移站前后均可觀察到的參考點的測量確定)空間分布均勻，參考點通常為一個正四面體(根據(jù)移站前后均可觀察到的區(qū)域的大小和放置參考點的空間大小選擇合適的尺寸)的四個頂點，從而避免參考點出現(xiàn)三點共線，四點共面的情況；
[0023]3、整體測量中盡量減少誤差來源，用盡量大的區(qū)域建立坐標系。例如在激光實驗區(qū)建立坐標軸時選用長度最長(約125m)的方向，選取距離較遠(約120m)的兩個點建立X軸，而不是選用寬度方向(約20m)建立Y軸。
[0024]對于基準體系精度校驗方法:
[0025]由于基準體系的精度是整臺裝置安裝調試的唯一參考，而大跨度的精密測量易受到環(huán)境的影響，儀器的測量精度受限，因此需要采取各種措施對基準體系的精度進行校驗。
[0026]1、區(qū)域連接點多區(qū)域多路徑重復測量，減小誤差:由于該基準體系是建立在各個不直接相通的區(qū)域之間的，在各個區(qū)域相連接點要求從不同區(qū)域、不同的路徑對同一點進行多次測量，擬合球心的方法得到該點在區(qū)域整體坐標系中的坐標，從而避免各區(qū)域連接點的坐標存在較大誤差。
[0027]2、多種精密儀器指標分解復核:基準建立后，用不同的儀器針對不同的控制變量進行復核。例如用可見光源建立可視化光路復核關鍵的水平線基準，用精密水準儀復核關鍵的水平面復核。
[0028]3、激光準直光軸校核:根據(jù)基準體系安裝器件后在需要較高精度的位置搭建準直光源，直觀地分析器件的相對位置是否安裝到位，從而實現(xiàn)基準的精度進行復核。
[0029]4、區(qū)域性重復測量:器件安裝后，通過對一些局部尺寸進行測量并與設計值進行比較，分析基準的建立是否滿足精度要求。例如根據(jù)各系統(tǒng)安裝基準建立剪力墻后，可以對剪力墻之間的距離，剪力墻的尺寸等測量，分析剪力墻的空間位置精度，從而分析與其相關的基準線/面的精度。
[0030]本發(fā)明一種跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系通過建立一可以充分滿足需要的相互關聯(lián)的空間坐標系組作為基礎來搭建的精細準確的基準體系，為實現(xiàn)“跨區(qū)域并行作業(yè)”和“尚線_在線”精確復位等聞效率、聞精度的集成安裝技術提供了可罪的保障，極大的提高了大型裝置的建設效率?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0031]下面結合附圖對本發(fā)明一種跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系作進一步說明:
[0032]圖1是本跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系的區(qū)域坐標體系不意圖；
[0033]圖2是本跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系的零級基準組成示意圖；
[0034]圖3是本跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系的零級基準細化示意圖。
[0035]圖中:1-激光實驗區(qū)、2-編組站區(qū)、3-物理實驗區(qū)、4-靶室。
【具體實施方式】
[0036]本跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系包括零級基準、一級基準和二級基準，其中零級基準包括零級基準面、零級基準線和區(qū)域坐標體系，區(qū)域坐標體系包括區(qū)域體系、坐標體系，其中所述區(qū)域體系包括均呈長方體輪廓的激光實驗區(qū)1、編組站區(qū)2和物理實驗區(qū)3，其中所述物理實驗區(qū)3中心設有一球形的靶室(4);所述坐標體系包括整體坐標系，以及通過該整體坐標系建立的物理區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系和編組站坐標系。所述零級基準面包括六個基準平面一Plane (_2)、Plane (_1)、Plane (O)、Plane (I)、Plane (2)、Plane
(3)，其中 Plane (-2)、Plane (-1)、Plane (0)、Plane (I)、Plane (2)為物理實驗區(qū)(3)和編組站區(qū)(2)所組成五層建筑中每層內的安裝基準水平面，每個基準平面間距4m，Plane
(3)為激光實驗區(qū)(I)的安裝基準面，距離地面7m，所述零級基準線包括Line (Al)、Line(A2)、Line (A3)、Line ( A4)、Line (A5)、Line (A6)、Line (BI)>Line (BI),其中 Line (Al)至Line (A6)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且相互平行，間距3.5m，分貝為6個束組，每束組含8束平行光箱體的安裝基準，安裝基準線Line (BI)、Line (B2)位于安裝基準水平面Plane (3)上,且與Line (Al)垂直，間距65m,其中Line (BI)到激光實驗區(qū)原點距離為20m，是束組上關鍵系統(tǒng)在X軸方向上的安裝基準。所述一級基準包括一級控制點和一級水準點，由零級基準細化，得到每一束組內每束光線的光軸。所述二級基準由一級基準細化，以光束的光軸和軸向的安裝基準建立每束光上每一個模塊的安裝基準。
[0037]本跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系的建立方法包括以下步驟，
[0038]步驟1:首先將激光跟蹤儀架設在理論靶室4球心附近，對靶室4進行測量，擬合得到實際的靶室4球心位置，并將激光跟蹤儀架設到實際的靶室4球心位置，對靶室4進行再次測量，重新擬合靶室4球心位置，直到靶室4球心位置與跟蹤儀原點位置重合，將此重合點定為原點，以所述原點為坐標原點建立笛卡爾坐標系，該笛卡爾坐標系即為所述整體坐標系；
[0039]步驟2:以所述整體坐標系為基礎，即以整體坐標系原點為原點、以整體坐標系X軸為極軸、Y軸為方位角方向、Z軸為方位角方向建立球面坐標系，該球面坐標系即為物理區(qū)坐標系；
[0040]步驟3:用跟蹤儀完成對激光實驗區(qū)I和編組站區(qū)2的原點的定位，并通過整體坐標系分別平移至激光實驗區(qū)原點和編組站區(qū)原點，形成兩個笛卡爾坐標系，即激光實驗區(qū)坐標系和編組站區(qū)坐標系；
[0041]各區(qū)域坐標系建立完成之后可以得到整體坐標系與物理實驗區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系、編組站區(qū)坐標系之間的轉換關系，并形成區(qū)域體系；
[0042]步驟4:在區(qū)域體系內依靠坐標體系建立零級基準面Plane (_2)、Plane (_1)、Plane (0)> Plane (I)> Plane (2)> Plane (3),其中 Plane (~2)> Plane (-1 )> Plane (0)、Plane (l)、Plane (2)為物理實驗區(qū)3和編組站區(qū)2所組成五層建筑中每層內的安裝基準水平面，每個基準平面間距4m，Plane (3)為激光實驗區(qū)I的安裝基準面，距離地面7m ；
[0043]步驟5:在零級基準面內設置零級基準線Line (Al)、Line (A2)、Line (A3)、Line(A4)>Line (A5)>Line (A6)>Line (BI)>Line (BI),其中 Line (Al)至 Line (A6)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且相互平行，間距3.5m，分貝為6個束組，每束組含8束平行光箱體的安裝基準，安裝基準線Line (BI),Line (B2)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且與Line (Al)垂直，間距65m，其中Line (BI)到激光實驗區(qū)原點距離為20m，是束組上關鍵系統(tǒng)在X軸方向上的安裝基準；
[0044]整體坐標系、物理區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系和編組站坐標系構成區(qū)域坐標體系，區(qū)域坐標體系與零級基準面、零級基準線構成零級基準；
[0045]步驟6:將零級基準細化，建立一級控制點和一級水準點得到每一束組內每束光線的光軸，建立一級基準；
[0046]步驟7:將一級基準細化，以光束的光軸和軸向的安裝基準建立每束光上每一個模塊的安裝基準，建立二級基準；
[0047]零級基準、一級基準和二級基準構成本跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系體系。
[0048]上述實施方式旨在舉例說明本發(fā)明可為本領域專業(yè)技術人員實現(xiàn)或使用，對上述實施方式進行修改對本領域的專業(yè)技術人員來說將是顯而易見的，故本發(fā)明包括但不限于上述實施方式，任何符合本權利要求書或說明書描述，符合與本文所公開的原理和新穎性、創(chuàng)造性特點的方法、工藝、產品，均落入本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系，其特征是:所述跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系體系包括零級基準、一級基準和二級基準，其中零級基準包括零級基準面、零級基準線和區(qū)域坐標體系，區(qū)域坐標體系包括區(qū)域體系、坐標體系，其中所述區(qū)域體系包括均呈長方體輪廓的激光實驗區(qū)(I)、編組站區(qū)(2)和物理實驗區(qū)(3)，其中所述物理實驗區(qū)(3)中心設有一球形的靶室(4);所述坐標體系包括整體坐標系，以及通過該整體坐標系建立的物理區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系和編組站坐標系。
2.根據(jù)權利要求1所述的跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系，其特征是:所述零級基準面包括六個基準平面一Plane (_2)、Plane (_l)、Plane (0)、Plane (l)、Plane (2)、Plane(3)，其中 Plane (-2)、Plane (-1)、Plane (0)、Plane (I)、Plane (2)為物理實驗區(qū)(3)和編組站區(qū)(2)所組成五層建筑中每層內的安裝基準水平面，每個基準平面間距4m，Plane(3)為激光實驗區(qū)(I)的安裝基準面，距離地面7m，所述零級基準線包括Line (Al)、Line(A2)、Line (A3)、Line (A4)、Line (A5)、Line (A6)、Line (BI)>Line (BI),其中 Line (Al)至Line (A6)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且相互平行，間距3.5m，分別為6個束組，每束組含8束平行光箱體的安裝基準，安裝基準線Line (BI)、Line (B2)位于安裝基準水平面Plane (3)上,且與Line (Al)垂直，間距65m,其中Line (BI)到激光實驗區(qū)原點距離為20m，是束組上關鍵系統(tǒng)在X軸方向上的安裝基準。
3.根據(jù)權利要求1所述的跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系，其特征是:所述一級基準包括一級控制點和一級水準點，由零級基準細化，得到每一束組內每束光線的光軸。
4.根據(jù)權利要求1所述的跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系，其特征是:所述二級基準由一級基準細化，以光束的光軸和軸向的安裝基準建立每束光上每一個模塊的安裝基準。
5.根據(jù)權利要求1所述的跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系，其特征是:所述跨區(qū)域高精度空間坐標基準體系的建立方法包括以下步驟， 步驟1:首先將激光跟蹤儀架設在理論靶室(4)球心附近，對靶室(4)進行測量，擬合得到實際的靶室(4)球心位置，并將激光跟蹤儀架設到實際的靶室(4)球心位置，對靶室(4)進行再次測量，重新擬合靶室(4)球心位置，直到靶室(4)球心位置與跟蹤儀原點位置重合，將此重合點定為原點，以所述原點為坐標原點建立笛卡爾坐標系，該笛卡爾坐標系即為所述整體坐標系； 步驟2:以所述整體坐標系為基礎，即以整體坐標系原點為原點、以整體坐標系X軸為極軸、Y軸為方位角方向、Z軸為方位角方向建立球面坐標系，該球面坐標系即為物理區(qū)坐標系; 步驟3:用跟蹤儀完成對激光實驗區(qū)(I)和編組站區(qū)(2)的原點的定位，并通過整體坐標系分別平移至激光實驗區(qū)原點和編組站區(qū)原點，形成兩個笛卡爾坐標系，即激光實驗區(qū)坐標系和編組站區(qū)坐標系； 各區(qū)域坐標系建立完成之后可以得到整體坐標系與物理實驗區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系、編組站區(qū)坐標系之間的轉換關系，并形成區(qū)域體系； 步驟4:在區(qū)域體系內依靠坐標體系建立零級基準面Plane (_2)、Plane (_1)、Plane(0)、Plane(I)、Plane (2)、Plane (3),其中 Plane (-2)、Plane (-1)、Plane (0)、Plane(1)、Plane(2)為物理實驗區(qū)(3)和編組站區(qū)(2)所組成五層建筑中每層內的安裝基準水平面，每個基準平面間距4m，Plane (3)為激光實驗區(qū)(I)的安裝基準面，距離地面7m ；步驟5:在零級基準面內設置零級基準線Line (Al),Line (A2)、Line (A3),Line (A4)、Line (A5)、Line (A6)、Line (B1)、Line (B1),其中 Line (Al)至 Line (A6)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且相互平行，間距3.5m,分別為6個束組，每束組含8束平行光箱體的安裝基準，安裝基準線Line (B1),Line (B2)位于安裝基準水平面Plane (3)上，且與Line (Al)垂直，間距65m，其中Line (B1)到激光實驗區(qū)原點距離為20m，是束組上關鍵系統(tǒng)在X軸方向上的安裝基準； 整體坐標系、物理區(qū)坐標系、激光實驗區(qū)坐標系和編組站坐標系構成區(qū)域坐標體系，區(qū)域坐標體系與零級基準面、零級基準線構成零級基準； 步驟6:將零級基準細化，建立一級控制點和一級水準點得到每一束組內每束光線的光軸，建立一級基； 步驟7:將一級基準細化，以光束的光軸和軸向的安裝基準建立每束光上每一個模塊的安裝基準，建立二級基準； 零級基準、一級基準和二級基準構成本跨區(qū)域聞精度空間坐標基準體系體系。
【文檔編號】G01B11/00GK103791837SQ201410053662
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權日:2014年2月17日
【發(fā)明者】周海, 熊召, 鄭萬國, 魏曉峰, 袁曉東, 陳海平, 張軍偉, 劉長春, 羅歡, 曹庭分, 葉海仙, 易聰之 申請人:中國工程物理研究院激光聚變研究中心