[發明專利]用于角秒級三維光學變形測量裝置的安裝裝置與方法

有效

• 申請號: 201210450714.3
• 申請日: 2012-11-12
• 公開（公告）號: CN102937415A
• 公開（公告）日: 2013-02-20
• 發明（設計）人: 胡春生;黃宗升;秦石喬;王省書;高旸
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

技術領域

本發明屬于光學變形測量技術領域，特別涉及一種角秒級三維光學變形測量裝置的安裝裝置與方法。

背景技術

光學變形測量技術可廣泛用于大型運動平臺變形測量和高精度姿態基準傳遞等方面，具有測量精度高、直接測量、穩定性好等優點。目前的光學變形測量大多采用準直光路方法實現。在實際應用時，由于環境溫度變化和載體的運動引起的受力狀態變化等因素的影響，最終的變形測量精度與具體的精密安裝裝置和方法密切相關。

國防科學技術大學的胡春生等在申請號為201210377685.2的發明專利中公布了一種基于準直光路和面陣探測器的角秒級三維光學變形測量裝置，其主要結構如圖1所示。該測量裝置由發射模塊33、接收模塊34和處理模塊35三大部分構成。發射模塊33由光源1、光闌2和發射光學系統31構成，發射模塊33的各部件采用光學固定座和調節架固定在參考基準23上。該裝置能實時測量待測物22與參考基準23的三維變形。光闌2位于光源1和發射光學系統31之間，且位于發射光學系統31的焦平面上，光源1和光闌2的中心都在發射光學系統31的光軸上，由此構成發射準直光路。光源1照射光闌2，發射光學系統31將透過光闌2的光束準直發射到接收模塊34中。接收模塊34主要由接收光學系統32和面陣探測器8構成，接收模塊34的各部件采用光學固定座和調節架固定在待測物22上。面陣探測器8位于接收光學系統4的焦平面上，而且其中心位于接收光學系統32光軸上，由此構成接收準直光路。發射模塊33發射的準直光束經過接收光學系統32會聚后成像在面陣探測器8上，面陣探測器8探測的是光闌2的光闌圖像。處理模塊35采用工控機、嵌入式計算機、臺式計算機或筆記本電腦等設備，在處理模塊35中包含變形解算軟件。處理模塊35通過千兆以太網、高速USB或1394等接口與接收模塊34中的面陣探測器8連接，實時采集面陣探測器8探測的光闌圖像，變形解算軟件計算三維變形。該裝置能夠實時測量待測物22與參考基準23之間的三維變形，方位、俯仰和橫滾方向變形的測量精度都可以達到角秒量級，而且具有結構簡單、成本低、加工難度小和占用空間小等優點。

在角秒級三維光學變形測量裝置中，精密光學零件（包含光學系統、光闌、光源和面陣探測器）的精密安裝是影響最終的變形測量精度的關鍵因素之一，在安裝精度和穩定性等方面具有很高的要求。有些零件（如光闌和面陣探測器等）還需要進行精密的位置調節且調節后能可靠固定，需要充分考慮調節的方便性和調節后的穩定性。為了達到角秒級的變形測量精度，還需要充分考慮環境溫度變化和三維光學變形測量裝置受力狀態變化引起的變形測量誤差。目前公開的三維光學變形測量裝置只提供了測量裝置的結構圖和基于光學固定座和調整架的簡易安裝方法，沒有提供各元件的專用精密安裝裝置與方法。基于光學固定座和調整架的簡易安裝方法可以實現三維光學形變測量裝置各部分的安裝和調節，但是難以達到較好的溫度穩定性和受力狀態變化時的結構穩定性，從而導致在溫度變化或外力變化條件下變形測量精度明顯下降。

如何既能將圖1所示角秒級三維光學變形測量裝置的發射模塊和接收模塊的各部分進行可靠安裝，又具有精密可調、調節方便和調節后穩定可靠等特點，而且在環境溫度變化和受力狀態變化等實際條件下具有很好的穩定性，是本領域技術人員極為關注的技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提出一種用于角秒級三維光學變形測量的精密安裝裝置與方法，使得能將圖1所示角秒級三維光學變形測量裝置的發射模塊和接收模塊的各部件按要求進行可靠安裝，能將三維光學變形測量裝置的光闌調節到發射光學系統的焦平面上，能將三維光學變形測量裝置的面陣探測器調節到接收光學系統的焦平面上，而且具有精密可調、調節方便和調節后穩定可靠等特點，在環境溫度變化和受力狀態變化等實際條件下具有很好的穩定性。

本發明提出的安裝裝置由發射模塊安裝裝置和接收模塊安裝裝置構成。三維光學變形測量裝置的光源、光闌和發射光學系統安裝在發射模塊安裝裝置內部，三維光學變形測量裝置的接收光學系統和面陣探測器安裝在接收模塊安裝裝置內部。

發射模塊安裝裝置由發射主鏡筒、發射透鏡壓圈、發射透鏡固定蓋、發射尾部調整架、光源安裝架、光源安裝板和光闌安裝板組成。發射尾部調整架、發射透鏡壓圈和發射透鏡固定蓋安裝在發射主鏡筒上，光源安裝架安裝在發射尾部調整架上，光闌安裝板和光源安裝板安裝在光源安裝架上。