[發明專利]一種基于曲面基準件的二維位移測量方法

在審

• 申請號: 201710398101.2
• 申請日: 2017-05-31
• 公開（公告）號: CN107289865A
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 李杏華;邢艷蕾;房豐洲;黃銀國
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01B11/02
• 分類號: G01B11/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 張金亭

1.一種基于曲面基準件的二維位移測量方法，其特征在于，在沿Z軸設置的運動部件上安裝光學測頭，在與Z軸垂直的平臺上卡固曲面基準件，在所述曲面基準件上設有曲面陣列，運動部件位于所述曲面基準件的上方；

所述光學測頭包括激光器、孔徑光闌、反射鏡、分光棱鏡、成像透鏡、CCD相機以及數據處理模塊，所述激光器發出的準直光束經所述孔徑光闌縮成細直光束，細直光束經所述反射鏡后入射到所述分光棱鏡中，1/2能量的反射光束投射到曲面陣列上的任意一點，該點反射的光束經所述分光棱鏡透射后，通過所述成像透鏡成像在所述CCD相機上；

采用所述光學測頭和所述曲面基準件測量運動部件在X、Y兩個方向上的位移，具體步驟如下：

1)通過標定得出光學測頭的光軸在CCD相機中的位置坐標O(x₀，y₀)，調整所述光學測頭的光束和所述曲面基準件上的曲面中心線平行；

2)運動部件帶動光學測頭沿左右方向平移到第一位置A_I處，此時曲面陣列上對應的測量點為A₁(x₁，y₁，z₁)，所述數據處理模塊按照以下步驟進行數據處理：

2.1)獲取CCD相機中成像光斑中心位置坐標A₁′(x₁′，y₁′)；

2.2)將步驟2.1)中的光斑中心位置坐標A₁′(x₁′，y₁′)轉換為光斑中心距離光軸的距離S_1x、S_1y；

2.3)計算測量點A₁斜率對應的角度：

ξ_x＝arctan(s_1x/f)/2

ξ_y＝arctan(s_1y/f)/2

其中：ξ_x代表測量點A₁在XOZ平面內的切線與X軸方向的夾角；

ξ_y代表測量點A₁在YOZ平面內的切線與Y軸方向的夾角；

f代表成像透鏡的焦距；

2.4)計算測量點A₁(x₁，y₁，z₁)的坐標：

x₁＝g(ξ_x)

y₁＝g(ξ_y)

其中：g(x)代表一元函數；

3)運動部件帶動光學測頭沿左右方向平移到第二位置A_II處，此時曲面陣列上對應的測量點為A₂(x₂，y₂，z₂)，數據處理過程同步驟2)，測量點A₂(x₂，y₂，z₂)的坐標為：

x₂＝g(φ_x)

y₂＝g(φ_y)

其中：Φ_x代表測量點A₂在XOZ平面內的切線與X軸方向的夾角；

Φ_y代表測量點A₂在YOZ平面內的切線與Y軸方向的夾角；

4)數據處理模塊計算運動部件在X、Y兩個方向上的位移：

M＝g(φ_x)-g(ξ_x)+P

N＝g(φ_y)-g(ξ_y)+Q

其中：M代表運動部件在X方向的位移；

N代表運動部件在Y方向的位移；

P代表第i個曲面和第j個曲面的中心線在X方向的距離；

Q代表第i個曲面和第j個曲面的中心線在Y方向的距離。