[發(fā)明專利]一種基于準(zhǔn)直光路的角秒級(jí)三維變形測(cè)量裝置與方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210377685.2
• 申請(qǐng)日: 2012-10-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102901459A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡春生;王省書;秦石喬;周金鵬;高旸
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 國(guó)防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)變形測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于準(zhǔn)直光路的角秒級(jí)三維變形測(cè)量裝置與方法。

背景技術(shù)

光學(xué)變形測(cè)量技術(shù)可廣泛用于大型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)變形測(cè)量和高精度姿態(tài)基準(zhǔn)傳遞等方面，具有測(cè)量精度高、直接測(cè)量、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。目前的光學(xué)變形測(cè)量大多采用準(zhǔn)直光路方法實(shí)現(xiàn)。

中國(guó)專利CN97251378.7、美國(guó)專利US7227627、《中國(guó)慣性技術(shù)學(xué)報(bào)》雜志2006年第3期中“一種艦船變形測(cè)量方法的研究與應(yīng)用”和《長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)》雜志2006年第3期中“車載平臺(tái)變形的激光自準(zhǔn)直測(cè)量方法研究”論文公開(kāi)了一類基于自準(zhǔn)直光路、平面反射鏡和面陣CCD（Charge?Coupled?Device，電荷耦合器件）的二維變形測(cè)量裝置，該裝置如圖1所示，主要由光源1、光闌2、分光鏡3、面陣CCD探測(cè)器4、光學(xué)系統(tǒng)5和平面反射鏡6構(gòu)成。該裝置可以實(shí)時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)載體之間的相對(duì)變形，為了方便起見(jiàn)將其中一個(gè)載體稱為待測(cè)物，另外一個(gè)載體稱為參考基準(zhǔn)。可將該測(cè)量裝置的平面反射鏡6與待測(cè)物固連，其余部分與參考基準(zhǔn)固連，反之亦然。這種測(cè)量裝置的測(cè)量光學(xué)變形的方法是利用光源1照射光闌2，透過(guò)光闌2的光部分透過(guò)分光鏡3，然后通過(guò)光學(xué)系統(tǒng)5對(duì)光闌2進(jìn)行成像，所成的光闌像經(jīng)過(guò)平面反射鏡6、分光鏡3和光學(xué)系統(tǒng)5后成像在面陣CCD探測(cè)器4上，根據(jù)面陣CCD探測(cè)器的光闌圖像位置解算變形。該裝置可以測(cè)量與光軸垂直方向的二維變形，不能測(cè)量繞光軸方向的旋轉(zhuǎn)角變形。該裝置的二維變形測(cè)量精度可以達(dá)到角秒量級(jí)。

美國(guó)專利US7697127公開(kāi)了一種測(cè)量繞光軸旋轉(zhuǎn)角的裝置，該裝置如圖2所示，主要由光源1、光闌2和面陣探測(cè)器8構(gòu)成。該裝置的光闌2采用周期結(jié)構(gòu)的光闌，由光闌2和面陣探測(cè)器8實(shí)現(xiàn)繞光軸7旋轉(zhuǎn)角測(cè)量，具體測(cè)量方法：在光源1照射下光闌2直接投影到面陣探測(cè)器8上，利用圖像處理方法處理面陣探測(cè)器8探測(cè)光闌圖像得到旋轉(zhuǎn)角變化。該裝置可以測(cè)量繞光軸7的旋轉(zhuǎn)角，但不能測(cè)量與光軸垂直方向的角度變化。由于沒(méi)有準(zhǔn)直光路和直接投影的圖像質(zhì)量限制，該裝置的旋轉(zhuǎn)角測(cè)量精度難以達(dá)到角秒量級(jí)。

中國(guó)專利CN200410010856.3、《計(jì)量技術(shù)》雜志2005年第4期中“干涉法在船體角度變形測(cè)量中的應(yīng)用”、《光學(xué)技術(shù)》雜志2005年第5期中“船體三維角度變形的自準(zhǔn)直干涉測(cè)量方法”和《飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)》2009年第3期中“基于莫爾條紋測(cè)量法設(shè)計(jì)的船體變形測(cè)量系統(tǒng)”論文公開(kāi)了一類干涉類型的三維變形測(cè)量裝置，該裝置組成與圖1所示裝置類似，如圖3所示，由第一光源1、光闌2、第一分光棱鏡3、第二分光棱鏡12、第三分光棱鏡7、光學(xué)系統(tǒng)5、反射鏡6、第一面陣CCD探測(cè)器41、第二光源9、自準(zhǔn)直光柵10、瞄準(zhǔn)光柵11和第二面陣CCD探測(cè)器42構(gòu)成。該裝置的測(cè)量方法是：利用第一光源1、光闌2、第一分光棱鏡3、第二分光棱鏡12、第三分光棱鏡7、光學(xué)系統(tǒng)5、反射鏡6、第一面陣CCD探測(cè)器41構(gòu)成一套自準(zhǔn)直光路，采用與圖1類似的方法測(cè)量與光軸垂直方向的二維變形角；利用第二光源9、自準(zhǔn)直光柵10、第二分光棱鏡12、第三分光棱鏡7、光學(xué)系統(tǒng)5、反射鏡6、瞄準(zhǔn)光柵11和第二面陣CCD探測(cè)器42構(gòu)成一套光柵干涉光路，采用莫爾條紋方法測(cè)量繞光軸方向的旋轉(zhuǎn)角變形。該方法測(cè)量的與光軸垂直方向的二維變形（方位和俯仰方向變形）精度較高，能達(dá)到角秒量級(jí)；繞光軸方向的變形（橫滾方向變形）測(cè)量精度相對(duì)較低，難以達(dá)到角秒量級(jí)。該裝置采用部件較多且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，具有制作難度大、穩(wěn)定性相對(duì)較低和成本高等特點(diǎn)。