[發明專利]超長框架變形與姿態的多點實時測量系統與方法

有效

• 申請號: 201410049234.5
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103822580A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 陶衛;趙輝;雷華明;易力;魏佳斯
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/16
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

1.一種超長框架變形與姿態的多點實時測量系統，其特征在于：所述的測量系統包括測量底座、上變形測量系統、姿態測量系統和下變形測量系統，所述測量底座位于被測框架近端附近的某一固定位置處，與被測框架并不接觸，且具有足夠的剛性和穩定性；上下兩個變形測量系統結構完全相同，分別測量框架上下邊緣多個測量點的變形量；姿態測量系統負責測量框架遠端的空間位置；

所述的上下兩個變形測量系統分別包括1個激光器、1個準直鏡組、多個探測鏡組和多個光電單元，激光器和準直鏡組安置于測量底座之上，探測鏡組和光電單元分別安置于被測框架的相應測量點位置處；所述的探測鏡組接收準直激光束，并將其中一小部分準直激光束反射到光電單元并產生一個定位光斑，用以測量該位置的變形量；其余大部分準直激光束透過探測鏡組，然后投射后面的探測鏡組，從而實現整個框架的多點變形量實時測量；

所述的姿態測量系統包括攝像機、鏡頭、光源和反射標志組，所述攝像機、鏡頭和光源安置于測量底座之上，反射標志組安置于被測框架的遠端位置處；由光源發出的光束照亮反射標志組，并通過鏡頭成像到攝像機之中，通過圖像處理和數據處理得到框架遠端的空間位置信息；

上下變形測量系統與姿態測量系統相互獨立，兩者同時工作實現整個超長框架的測量。

2.根據權利要求1所述的超長框架變形與姿態的多點實時測量系統，其特征在于：所述的探測鏡組是由兩個正交的半反半透鏡組成，入射激光束穿過該鏡組并且保持原有的方向不變，與此同時在激光束的垂直方向產生兩束橫向激光束，分別投向兩個光電探測器，這兩個光電探測器是位置敏感器件，可以感受照射在其表面的光束的位置；當探測鏡組和光電單元隨框架變形而產生上下方向的平移，相當于入射激光束產生上下方向的平移，從而導致兩束橫向激光束在兩個位置敏感器件上的位置產生大小相等但方向相反的變化，由此通過將兩個位置敏感器件的輸出信號相減就得到該測量點處上下方向的變形量。

3.根據權利要求1或2所述的超長框架變形與姿態的多點實時測量系統，其特征在于：由激光器發出的激光束經過準直鏡組之后形成一束準直激光束，作為所有測量點處變形測量的物理基準；探測鏡組接收準直激光束，將一小部分準直激光束反射到光電單元并產生一個定位光斑，其余大部分透過探測鏡組后投射后面的探測鏡組；當框架各個測量點產生變形時，反射到光電單元的定位光斑位置也將隨之變化；因此，通過檢測該定位光斑在光電單元的位置就能實現該處變形量的實時測量。

4.一種采用權利要求1-3任一項所述測量系統的超長框架變形與姿態測量方法，其特征在于：包括以下步驟：

1)首先，將測量底座靠近框架近端，并且保持姿態基本一致，此時認為框架近端沒有變形，即所有變形量均為零；

2)當被測框架發生變形之后，上下兩個變形測量系統測量框架上下邊緣各個測量點處的變形量，該測量結果即為框架上下邊緣各個測量點相對于兩個激光束的變形量；

3)此后，姿態測量系統測量框架遠端的空間位置坐標，該測量結果是框架遠端相對于測量底座的空間位置坐標；

4)根據姿態測量系統得到的遠端空間位置坐標測量結果，對框架上下邊緣變形測量結果進行修正，使得被測框架上下邊緣的近端測量點變形量為零，而遠端測量點變形量與姿態測量結果相同；

5)計算最終變形與姿態數據，包括上下邊緣的絕對變形量、每對測量點處的空間扭轉角度、框架的最大變形量。