CN114136237B

CN114136237B - 电极笼电极角度测量装置及其测量方法

Info

Publication number: CN114136237B
Application number: CN202111374857.6A
Authority: CN
Inventors: 王智; 朱俊青; 方超; 李华东; 王上; 王永宪
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-11-19
Also published as: CN114136237A

Abstract

本发明提供一种电极笼电极角度测量装置及其测量方法，其中电极笼电极角度测量装置包括：自准直仪、运动支架、测量组件、气浮平台、总控计算单元和遮光单元；本发明利用四棱台镜置入电极笼内部进行分光，实现了在自准直仪不移动的情况下，仅通过遮光单元改变测量光路，达到同时测量五个面的目的；本发明解决自准直仪无法直接应用在电极笼内表面测量的难题，测量方式为非接触的方式，不影响电极的表面质量，同时不需要引出电极表面基准来进行测量，实现了电极笼内部电极间角度的原位高精度测量。

Description

电极笼电极角度测量装置及其测量方法

技术领域

本发明涉及几何量计量测试领域，特别涉及一种电极笼电极角度测量装置及其测量方法。

背景技术

高精度时变重力场测量、高精度惯性制导和自主导航、惯性拖曳效应精密测量和空间引力波探测等方面的空间科学和空间应用，都要求航天器的残余扰动加速度小于10^- ¹⁰m/s²甚至更低。航天器由于受到大气阻尼、太阳光压、地球辐射、宇宙射线等外部环境扰动和航天器颤振、姿态调整、内部机构运动等航天器自身扰动，导致航天器加速度变化约为10^-3～10^-5ms^-2，超出了精密空间科学实验对外部扰动的要求。在20世纪60年代，Lange等(1964)等分别提出了无拖曳卫星(Drag Free Satellite)的解决方案，其基本原理是利用推进器主动消除太空环境扰动，以位于航天器内部的测试质量TM(Test Mass)为惯性参考基准，采用高精度电容传感技术测量测试质量相对于航天器的运动，其位移信号作为控制器的输入信号控制微推进器产生适当推力和力矩，使航天器跟随测试质量运动。测试质量位于航天器内部，受到的外部扰动远远小于航天器本身，具有更高的微重力水平。因此，可通过跟踪测试质量的方法，使航天器达到科学实验要求的低扰动力水平。

无拖曳控制的其核心测量设备是惯性传感器，惯性传感器的核心部件是电极笼，其内部包含多组对称布置的电极，通过测量电极笼电极与测试质量间的电容值得到电极笼电极与测试质量的距离，进而得到卫星相对测试质量的位姿。

为了实现超高精度的电容传感位移测量，电极笼内部电极的表面粗糙度约10nmrms，面形达到了镜面水平。电极间的角度误差要求极高：电极相邻面垂直误差优于1″，相对面平行误差优于1″。而电极笼内部电极露出电极表面在内部，无法像棱镜一样，直接通过角位移测量设备直接测量。

欧洲LISA项目采用三坐标接触方法对电极笼进行测量，然后拆装各组件，进行镀金，但该方法缺乏最终检定手段。通过将电极笼内部电极表面基准引出电极笼的方法，其过程较为复杂，误差累积的环节较多，很难实现高精度的相对角度测量。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种电极笼电极角度测量装置及其测量方法。

为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

本发明提出的电极笼电极角度测量装置，用于测量电极笼内部任意两个电极之间的相对角度；

电极笼为中空四棱柱结构，内部包含前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面；前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面上分别安装有前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列和底电极阵列；

前电极阵列的位置与后电极阵列的位置相对；左电极阵列的位置和右电极阵列的位置相对；顶电极阵列的位置和底电极阵列的位置相对；

电极笼电极角度测量装置包括：自准直仪、运动支架、测量组件、气浮平台和总控计算单元；

自准直仪固定安装在运动支架上，用于发出测量光束，并用于测量测量光束经电极笼反射后的反射光与自身光轴之间的光轴角；

测量组件固定安装在运动支架上；测量组件包括四棱台镜；四棱台镜进入电极笼内部进行分光；四棱台镜用于将测量光束分光，并将分光后的测量光束分别照射到前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列上；前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列分别将测量光束反射回自准直仪；

运动支架带动自准直仪和测量组件运动；运动支架安装在气浮平台上；

电极笼固定安装在气浮平台上；

气浮平台用于保持自准直仪、运动支架、测量组件以及电极笼的水平；

总控计算单元用于控制自准直仪、运动支架、测量组件以及气浮平台工作，并根据光轴角计算出前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列以及底电极阵列任意两个电极之间的相对角度。

优选地，电极笼电极角度测量装置还包括遮光单元；

遮光单元用于同时遮挡前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列中任意四个电极的反射光束，得到未遮挡的电极的反射光与自准直仪的光轴之间的光轴角。

优选地，四棱台镜的整体尺寸小于电极笼内部空间的整体尺寸；

四棱台镜的上底面和下底面均为平面，且分别平行于电极笼的底面；四棱台镜的任意相对的两个侧面垂直。

优选地，四棱台镜的中轴线处设有贯穿四棱台镜的中心孔；测量光束中的部分光束穿过中心孔直接照射到电极笼的底面上；

四棱台镜的中轴线、中心孔的中轴线均与自准直仪的光轴共线。

优选地，测量组件还包括分光镜支架和出光孔选择盘；

四棱台镜安装在分光镜支架上；

出光孔选择盘用于选择测量光束。

本发明提出的电极笼电极角度测量方法，其利用本发明提出的电极笼电极角度测量装置对电极笼进行测量，包括如下步骤：

S1、将电极笼的顶面卸下，形成顶部开口，总控计算单元通过控制气浮平台，调整自准直仪、运动支架、测量组件以及电极笼保持水平；

S2、总控计算单元控制运动支架运动，运动支架带动测量组件中的四棱台镜通过顶部开口，进入电极笼的内部；同时总控计算单元控制自准直仪开始工作，自准直仪发出测量光束；

S3、测量光束射入四棱台镜，调整四棱台镜相对电极笼的位姿，保证测量光束的一部分光束通过中心孔直接照射到电极笼的底面上；测量光束的另一部分光束通过四棱台镜进行分光，并分别照射到前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列以及右电极阵列上；

S4、基于入射的测量光束，前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列分别反射出前反射光束、后反射光束、左反射光束、右反射光束和底反射光束并同时射入自准直仪内，在自准直仪上观察上述五组反射光束的像；

S5、遮光单元同时遮挡前反射光束、后反射光束、左反射光束、右反射光束和底反射光束中任意四个反射光束，分别得到未遮挡的反射光束与自准直仪的光轴之间的光轴角，即得到前光轴角、后光轴角、左光轴角、右光轴角以及底光轴角；

S6、总控计算单元根据前光轴角、后光轴角、左光轴角、右光轴角以及底光轴角，分别计算出前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及底电极阵列任意两个电极之间的相对角度；

S7、将电极笼的顶面安装好，卸下电极笼的底面，形成底部开口，翻转电极笼，使底部开口朝上，保持其他面的方向不变，重复步骤S2至S6，总控计算单元分别计算出前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及顶电极阵列任意两个电极之间的相对角度，综合步骤S6中前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及底电极阵列任意两个电极之间的相对角度，完成电极笼的电极角度测量。

优选地，在步骤S6中，总控计算单元计算电极笼的电极角度的具体步骤如下：

S601、以自准直仪的焦点为原点，光轴方向为Z轴，建立自准直仪坐标系；

S602、计算四棱台镜四个侧面及下底面在自准直仪坐标系内的空间法向量；

S603、根据前光轴角、后光轴角、左光轴角、右光轴角以及底光轴角，通过反射定律，分别计算出前表面、后表面、左表面、右表面以及底表面在自准直仪坐标系内的空间法向量；

S604、根据步骤S603计算得到的五个空间法向量，两两计算得到前表面、后表面、左表面、右表面以及底表面任意两个表面之间的平行度和垂直度，根据平行度和垂直度计算得到前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及底电极阵列任意两个电极之间的相对角度。

优选地，在步骤S601中，准直仪坐标系为空间直角坐标系。

本发明能够取得以下技术效果：

1、本发明利用四棱台镜进行分光，通过合理设计四棱台镜的尺寸，使其能够置入电极笼内部，从而实现在自准直仪不移动的情况下，仅通过遮光片改变选择测量光路，达到同时测量五个面的目的；

2、本发明根据电极笼高精度镜面级电极两两相对置的特点，使小光束局部成像能够代表整个电极的位姿，从而通过处理多个测量工位的多组数据，得到电极笼内部高精度相对角度信息；

3、本发明解决自准直仪无法直接应用在电极笼内表面测量的难题，测量方式为非接触的方式，不影响电极的表面质量，不需要引出电极表面基准来进行测量，实现了电极笼内部电极间角度的原位高精度测量。

附图说明

图1是根据本发明实施例的电极笼电极角度测量装置的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的电极笼内部电极分布示意图；

图3是根据本发明实施例的四棱台镜的三视图；

图4是根据本发明实施例的计算电极笼内表面上的电极间相对角度的示意图；

图5是根据本发明实施例的电极笼电极角度测量方法的流程图；

图6是根据本发明实施例的整体测量光路的示意图。

其中的附图标记包括：自准直仪1、运动支架2、测量组件3、电极笼4、气浮平台5、测量光束6、四棱台镜7、待测平面8、电极9。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

下面结合图1到图6对本发明的具体工作方式进行详细说明：

本发明提出一种电极笼电极角度测量装置，用于测量电极笼4内部多个电极两两之间的相对角度；

电极笼4为中空四棱柱结构，内部包含前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面；前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面上分别安装有前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列和底电极阵列；

值得说明的是：

1、现有电极笼4的内表面安装电极处通常设有定位销，来保持重复拆卸精度，因此可以认为在安装的前与后，电极笼4内部电极间的相对角度均相同；

2、本发明中前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列和底电极阵列的命名代表本发明不限定电极笼4的前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面上分别安装的电极的数量，且本发明提出的方法适用各种数量的电极的角度测量。

图1示出了电极笼电极角度测量装置的具体结构。

如图1所示，本发明提出的电极笼电极角度测量装置，包括：自准直仪1、运动支架2、测量组件3、气浮平台5、总控计算单元和遮光单元。

自准直仪1固定安装在运动支架2上，用于发出测量光束6，并测量出测量光束6的反射光与自身光轴之间的光轴角。

测量组件3固定安装在运动支架2上；测量组件3包括四棱台镜7；当电极笼电极角度测量装置工作时，将顶面卸下，四棱台镜7进入电极笼4内部进行分光；四棱台镜7用于将测量光束6分光，并将分光后的测量光束6分别照射到前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列上。

前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列分别将测量光束6反射回自准直仪1。

四棱台镜7的整体尺寸小于电极笼4内部空间的整体尺寸。

四棱台镜7的上底面和下底面均为平面，且分别平行于电极笼4的底面；四棱台镜7的任意相对的两个侧面垂直。

四棱台镜7的中轴线处设有贯穿四棱台镜7的中心孔；测量光束6中的部分光束穿过中心孔直接照射到电极笼4的底面上。

四棱台镜7的中轴线、中心孔的中轴线均与自准直仪1的光轴共线。

本发明在实际应用时，可以根据不同尺寸的电极笼4和使用需求来设计不同尺寸的四棱台镜7来匹配测量。

需要说明的是：测量组件3在伸入电极笼4内部进行测量的过程中，四棱台镜7不与电极笼4发生干涉和接触；

四棱台镜7的尺寸设计比较简单，占用空间小，且分出测量光束6小即可；在本发明中，四棱台镜7是实现非接触测量立方体电极笼4的基本元件；

在本发明中，理论上任何尺寸的测量光束6都能实现测量。

测量组件3还包括分光镜支架和出光孔选择盘；四棱台镜7安装在分光镜支架上；出光孔选择盘用于选择测量光束6。

运动支架2带动自准直仪1和测量组件3运动；运动支架2安装在气浮平台5上。

电极笼4固定安装在气浮平台5上；气浮平台5用于保持自准直仪1、运动支架2、测量组件3以及电极笼4的水平。

总控计算单元控制自准直仪1、运动支架2、测量组件3以及气浮平台5工作，并根据光轴角计算出前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列以及底电极阵列两两之间的相对角度。

遮光单元用于同时遮挡前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列中任意四个电极的反射光束，得到未遮挡的电极的反射光与自准直仪1的光轴之间的光轴角。

值得说明的是：如果没有遮光单元，则由于有五路测量光束6，在自准直仪1的仪器内部，会出现五个亮点或十字线，无法判断每个亮点对应的是哪一路，因此需要通过遮光单元每次遮蔽其他四路，从而判断是由四棱台镜7的哪一个面反射的光路相对自准直仪1光轴的光轴角。

在本发明的一个具体实施例中，通过人工遮挡的方式实现遮光单元的功用。

图5示出了电极笼电极角度测量方法的具体流程。

如图5所示，本发明提出一种电极笼电极角度测量方法，包括如下步骤：

S1、将电极笼4的顶面卸下，形成顶部开口，总控计算单元通过控制气浮平台5，调整自准直仪1、运动支架2、测量组件3以及电极笼4保持水平。

S2、总控计算单元控制运动支架2运动，运动支架2带动测量组件3中的四棱台镜7通过顶部开口，进入电极笼4的内部；同时总控计算单元控制自准直仪1开始工作，自准直仪1发出测量光束6。

图6是示出了本发明的整体测量光路；其中附图标记9代表前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列和底电极阵列中任意一个电极。

S3、测量光束6射入四棱台镜7，调整四棱台镜7相对电极笼4的位姿，保证测量光束6的一部分光束通过中心孔直接照射到电极笼4的底面上；如图6所示，测量光束6的另一部分光束通过四棱台镜7进行分光，并分别照射到前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列以及右电极阵列上。

S4、基于入射的测量光束6，前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列和底电极阵列分别反射出前反射光束、后反射光束、左反射光束、右反射光束和底反射光束并同时射入自准直仪1内，在自准直仪1上观察上述五组反射光束的像。

S5、遮光单元同时遮挡前反射光束、后反射光束、左反射光束、右反射光束和底反射光束中任意四个反射光束，分别得到未遮挡的反射光束与自准直仪1的光轴之间的光轴角，即得到前光轴角、后光轴角、左光轴角、右光轴角以及底光轴角。

S6、总控计算单元根据前光轴角、后光轴角、左光轴角、右光轴角以及底光轴角，分别计算出前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及底电极阵列两两之间的相对角度。

图4示出了计算电极笼4内表面上的电极间相对角度的原理。

图4中自准直仪坐标系以O₀为原点，光轴方向为Z₀轴，建立空间直角坐标系X₀Y₀Z₀；R₁为四棱台镜7其中一个侧面在自准直仪坐标系内的空间法向量；T₁为待测平面8在自准直仪坐标系内的空间法向量。

如图4所示，在步骤S6中，总控计算单元计算电极笼4的电极角度的具体步骤如下：

S601、以自准直仪1的焦点为原点，光轴方向为Z轴，建立自准直仪坐标系；准直仪坐标系为空间直角坐标系。

S602、计算四棱台镜7四个侧面及下底面在自准直仪坐标系内的空间法向量。

S603、根据前光轴角、后光轴角、左光轴角、右光轴角以及底光轴角，通过反射定律，分别计算出前表面、后表面、左表面、右表面以及底表面在自准直仪坐标系内的空间法向量。

S604、根据步骤S603计算得到的五个空间法向量，两两计算得到前表面、后表面、左表面、右表面以及底表面两两之间的平行度和垂直度，进而得到前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及底电极阵列两两之间的相对角度。

S7、将电极笼4的顶面安装好，卸下电极笼4的底面，形成底部开口，翻转电极笼4，使底部开口朝上，保持其他面的方向不变，重复步骤S2至S6，总控计算单元分别计算出前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及顶电极阵列两两之间的相对角度，综合步骤S6中前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列以及底电极阵列两两之间的相对角度，完成电极笼4的电极角度测量，从而得到五个表面间的相对角度偏差。

值得说明的是：本发明方法在实际应用时，为保证测量精度，可以进行多次测量，根据测量得到的多组数据，通过现有的科学的实验数据处理方法来计算，能有效提高电极笼4电极角度测量的准确性。

图2示出了在本发明的一个实施例中电极笼4内部电极的具体分布。

值得说明的是：图2中的各个电极因电极笼4在实际测量时的固定位置不同，各个电极阵列的命名也不同，说法不同，但只要每一个电极阵列命名固定且对应即可。

图3示出了在本发明的一个实施例中四棱台镜7的具体结构。

在本发明的一个实施例中：需要测试的电极笼4的内部尺寸约50mm×50mm×50mm，测试质量尺寸为46mm×46mm×46mm，电极笼4内部电极分布如图2所示，包括了9对电极，图中没有显示对称的电极，电极尺寸最小为6mm；

根据电极笼电极的配对情况，设计四棱台镜7，设计的四棱台镜7的尺寸如图3所示，四棱台镜7的上底面和下底面均为平面，且分别平行于电极笼4的底面；四棱台镜7的下底面为半径为10mm的圆面；四棱台镜7的四个侧面两两垂直；四棱台镜7的中轴线处设有贯穿四棱台镜7的中心孔，中心孔直径为8mm；测量光束6中的部分光束穿过中心孔直接照射到电极笼4的底面上；采用的自准直仪1发出的测量光束6直径为6mm；

四棱台镜7的整体尺寸小于电极笼4内部空间的整体尺寸，保证了其能够置入电极笼4的内部；

经过实验标定，电极笼4各面的相对角度优于1″。自准直仪1口径为φ37mm，满足检测口径需要。

综上所述，本发明提出了一种电极笼电极角度测量装置及其测量方法。本发明利用四棱台镜7进行分光，通过合理设计四棱台镜7的尺寸，使其能够置入电极笼4内部，从而实现在自准直仪1不移动的情况下，仅通过遮光片改变选择测量光路，达到同时测量五个面的目的；本发明根据电极笼高精度镜面级电极两两相对置的特点，使小光束局部成像能够代表整个电极的位姿，从而通过处理多个测量工位的多组数据，得到电极笼4内部高精度相对角度信息；本发明解决自准直仪1无法直接应用在电极笼4内表面测量的难题，测量方式为非接触的方式，不影响电极的表面质量，不需要引出电极表面基准来进行测量，实现了电极笼4内部电极间角度的原位高精度测量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种电极笼电极角度测量装置，用于测量电极笼内部任意两个电极之间的相对角度；

所述电极笼为中空四棱柱结构，内部包含前平面、后平面、左平面、右平面、顶面和底面；所述前平面、所述后平面、所述左平面、所述右平面、所述顶面和所述底面上分别安装有前电极阵列、后电极阵列、左电极阵列、右电极阵列、顶电极阵列和底电极阵列；

所述前电极阵列的位置与所述后电极阵列的位置相对；所述左电极阵列的位置和所述右电极阵列的位置相对；所述顶电极阵列的位置和所述底电极阵列的位置相对；

其特征在于，所述电极笼电极角度测量装置包括：自准直仪、运动支架、测量组件、气浮平台和总控计算单元；

所述自准直仪固定安装在所述运动支架上，用于发出测量光束，并用于测量所述测量光束经所述电极笼反射后的反射光与自身光轴之间的光轴角；

所述测量组件固定安装在所述运动支架上；所述测量组件包括四棱台镜；所述四棱台镜进入所述电极笼内部进行分光；所述四棱台镜用于将所述测量光束分光，并将分光后的所述测量光束分别照射到所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列和所述底电极阵列上；所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列和所述底电极阵列分别将所述测量光束反射回所述自准直仪；

所述运动支架带动所述自准直仪和所述测量组件运动；所述运动支架安装在所述气浮平台上；

所述电极笼固定安装在所述气浮平台上；

所述气浮平台用于保持所述自准直仪、所述运动支架、所述测量组件以及所述电极笼的水平；

所述总控计算单元用于控制所述自准直仪、所述运动支架、所述测量组件以及所述气浮平台工作，并根据所述光轴角计算出所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列、所述顶电极阵列以及所述底电极阵列任意两个电极之间的相对角度。

2.如权利要求1所述的电极笼电极角度测量装置，其特征在于，所述电极笼电极角度测量装置还包括遮光单元；

所述遮光单元用于同时遮挡所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列和所述底电极阵列中任意四个电极的反射光束，得到未遮挡的电极的反射光与所述自准直仪的光轴之间的光轴角。

3.如权利要求1所述的电极笼电极角度测量装置，其特征在于，所述四棱台镜的整体尺寸小于所述电极笼内部空间的整体尺寸；

所述四棱台镜的上底面和下底面均为平面，且分别平行于所述电极笼的底面；所述四棱台镜的任意相对的两个侧面垂直。

4.如权利要求3所述的电极笼电极角度测量装置，其特征在于，所述四棱台镜的中轴线处设有贯穿所述四棱台镜的中心孔；所述测量光束中的部分光束穿过所述中心孔直接照射到所述电极笼的底面上；

所述四棱台镜的中轴线、所述中心孔的中轴线均与所述自准直仪的光轴共线。

5.如权利要求1所述的电极笼电极角度测量装置，其特征在于，所述测量组件还包括分光镜支架和出光孔选择盘；

所述四棱台镜安装在所述分光镜支架上；

所述出光孔选择盘用于选择所述测量光束。

6.一种电极笼电极角度测量方法，其利用如权利要求1-5中任一项所述的电极笼电极角度测量装置对所述电极笼进行测量，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将所述电极笼的顶面卸下，形成顶部开口，所述总控计算单元通过控制所述气浮平台，调整所述自准直仪、所述运动支架、所述测量组件以及所述电极笼保持水平；

S2、所述总控计算单元控制所述运动支架运动，所述运动支架带动所述测量组件中的所述四棱台镜通过所述顶部开口，进入所述电极笼的内部；同时所述总控计算单元控制所述自准直仪开始工作，所述自准直仪发出测量光束；

S3、所述测量光束射入所述四棱台镜，调整所述四棱台镜相对所述电极笼的位姿，保证所述测量光束的一部分光束通过所述中心孔直接照射到所述电极笼的底面上；所述测量光束的另一部分光束通过所述四棱台镜进行分光，并分别照射到所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列以及所述右电极阵列上；

S4、基于入射的所述测量光束，所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列和所述底电极阵列分别反射出前反射光束、后反射光束、左反射光束、右反射光束和底反射光束并同时射入所述自准直仪内，在所述自准直仪上观察上述五组反射光束的像；

S5、遮光单元同时遮挡所述前反射光束、所述后反射光束、所述左反射光束、所述右反射光束和所述底反射光束中任意四个反射光束，分别得到未遮挡的反射光束与所述自准直仪的光轴之间的光轴角，即得到前光轴角、后光轴角、左光轴角、右光轴角以及底光轴角；

S6、所述总控计算单元根据所述前光轴角、所述后光轴角、所述左光轴角、所述右光轴角以及所述底光轴角，分别计算出所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列以及所述底电极阵列任意两个电极之间的相对角度；

S7、将所述电极笼的顶面安装好，卸下所述电极笼的底面，形成底部开口，翻转所述电极笼，使所述底部开口朝上，保持其他面的方向不变，重复步骤S2至S6，所述总控计算单元分别计算出所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列以及所述顶电极阵列任意两个电极之间的相对角度，综合步骤S6中所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列以及所述底电极阵列任意两个电极之间的相对角度，完成所述电极笼的电极角度测量。

7.如权利要求6所述的电极笼电极角度测量方法，其特征在于，在步骤S6中，所述总控计算单元计算所述电极笼的电极角度的具体步骤如下：

S601、以所述自准直仪的焦点为原点，光轴方向为Z轴，建立自准直仪坐标系；

S602、计算所述四棱台镜四个侧面及下底面在所述自准直仪坐标系内的空间法向量；

S603、根据所述前光轴角、所述后光轴角、所述左光轴角、所述右光轴角以及所述底光轴角，通过反射定律，分别计算出前表面、后表面、左表面、右表面以及底表面在所述自准直仪坐标系内的空间法向量；

S604、根据步骤S603计算得到的五个空间法向量，两两计算得到所述前表面、所述后表面、所述左表面、所述右表面以及所述底表面任意两个表面之间的平行度和垂直度，根据所述平行度和所述垂直度计算得到所述前电极阵列、所述后电极阵列、所述左电极阵列、所述右电极阵列以及所述底电极阵列任意两个电极之间的相对角度。

8.如权利要求7所述的电极笼电极角度测量方法，其特征在于，在步骤S601中，所述准直仪坐标系为空间直角坐标系。