[發(fā)明專利]一種單探頭射線方程的標(biāo)定系統(tǒng)及標(biāo)定方法

有效

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• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113137934B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李成軍;陶天炯;翁繼東;吳建;陳龍;馬鶴立;王翔;賈興;劉盛剛;唐隆煌;陳書楊;康強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國工程物理研究院流體物理研究所
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 馮玲玲

本發(fā)明公開了一種單探頭射線方程的標(biāo)定系統(tǒng)及標(biāo)定方法，所述標(biāo)定系統(tǒng)包括光源、標(biāo)定件、鏡頭、CCD和計算機(jī)，其中光源位于待標(biāo)定探頭正前方，標(biāo)定件尖部經(jīng)過探頭出射的探測光線，鏡頭、CCD和計算機(jī)在光線傳播方向上依次放置；本發(fā)明公開的標(biāo)定方法基于本發(fā)明的標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行，先通過光斑成像的方法計算出探測光射線所在的直線方程參數(shù)，之后再利于探頭與已知曲面之間的距離關(guān)系計算出探頭的位置參數(shù)，即射線起點坐標(biāo)。本發(fā)明公開的標(biāo)定方法能夠獲得已安裝探頭的射線方程參數(shù)，利用該參數(shù)計算探頭檢測物體的輪廓數(shù)據(jù)，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理或者修正，實現(xiàn)了光學(xué)檢測及沖擊波物理和爆轟物理界面檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光學(xué)測量領(lǐng)域，尤其涉及一種單探頭射線方程的標(biāo)定系統(tǒng)及標(biāo)定方法。

背景技術(shù)

在非接觸式物體三維輪廓光學(xué)檢測以及沖擊波物理和爆轟物理實驗界面檢測或距離診斷中，通常利用激光干涉測距技術(shù)，其中光纖探頭是激光干涉測距技術(shù)中探測信號光的出射點及反射信號光的接收器件，當(dāng)探頭作為探測光的出射點時，探頭與從探頭出射的光線，組成了幾何上的一條射線。所謂射線方程標(biāo)定就是計算探頭出射光線的射線方程參數(shù)，即計算探測光起點坐標(biāo)(光纖探頭坐標(biāo))和探測光線的方向參數(shù)，若射線方程參數(shù)已知，那么就可以根據(jù)物體上某一點與探頭之間的位置關(guān)系，計算該物體上點的三維空間坐標(biāo)值，從而實現(xiàn)物體輪廓的測量，因此探測光的射線方程標(biāo)定是實現(xiàn)物體輪廓檢測以及界面檢測的關(guān)鍵，也有利于探頭的定位、對準(zhǔn)及探頭檢測實驗結(jié)果的修正，因此在基于頻域干涉技術(shù)的檢測過程中，對已經(jīng)安裝好的探頭進(jìn)行射線方程標(biāo)定對于激光干涉測距技術(shù)的實際應(yīng)用而言具有重要意義，它是輪廓、界面等檢測過程中最重要、最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，也是能否實現(xiàn)檢測結(jié)果高精度坐標(biāo)化的關(guān)鍵。

目前主要是通過機(jī)械裝配的方式來獲取探測光射線方程參數(shù)，即通過機(jī)械裝配的方式保證探頭機(jī)械軸垂直于待測界面，從而獲得探測光射線方程，但這種方法還是存在以下幾個問題：1)從光纖探頭出射的探測光的光軸與探頭機(jī)械軸并不能保證完全重合；2)在實際裝配中無法嚴(yán)格保證光纖探頭機(jī)械軸與參考基準(zhǔn)面之間的垂直關(guān)系；3)光學(xué)測試過程中，測試的最佳位置是探頭對經(jīng)測試面反射后的信號光的收集效率最高的探頭測試面，這有可能會導(dǎo)致探頭的實際裝配狀態(tài)既取法保證機(jī)械軸垂直于測試面，又無法保證探測光光軸垂直與測試面。因此，需要對實際裝配條件下的探頭的射線方程進(jìn)行標(biāo)定，從而獲得實際安裝中探頭射線方程參數(shù)，以便進(jìn)行檢測數(shù)據(jù)的處理或者修正。

因此，亟需一種對光纖探頭及其出射的探測光組成射線的方程參數(shù)的標(biāo)定方法，該方法基于簡單的標(biāo)定系統(tǒng)實現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的探頭射線方程參數(shù)的標(biāo)定。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種單探頭射線方程的標(biāo)定系統(tǒng)及標(biāo)定方法，所述方法基于簡單的標(biāo)定系統(tǒng)進(jìn)行，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的探頭射線方程參數(shù)的標(biāo)定。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：一種單探頭射線方程的標(biāo)定系統(tǒng)，所述標(biāo)定系統(tǒng)包括：光源、標(biāo)定件、鏡頭、CCD和計算機(jī)；所述光源通過探頭出射，所述標(biāo)定件具有尖部，標(biāo)定件尖部頂點位于所述探頭出射的探測光線上，所述鏡頭、CCD和計算機(jī)在探測光線傳播方向上依次放置。

優(yōu)選地，所述標(biāo)定件為錐體或者其他具有尖部的物體。

一種單探頭射線方程的標(biāo)定方法，所述標(biāo)定方法包括：

S1.將光源、標(biāo)定件、鏡頭、CCD和計算機(jī)按從左到右的順序依次放置，其中光源位于探頭正前方，光源經(jīng)過探頭出射探測光，在探測光傳播方向上依次放置鏡頭、CCD和計算機(jī)，標(biāo)定件位于探頭與鏡頭之間；

S2：調(diào)整標(biāo)定件的位置，使標(biāo)定件尖部頂點在垂直于探測光傳播方向的平面上的投影與探測光該平面上的投影光斑的中心重合；

S3：利用三坐標(biāo)測量機(jī)采集標(biāo)定件上一系列點的坐標(biāo)值，并通過擬合方程給出標(biāo)定件尖部頂點坐標(biāo)；

S4：使標(biāo)定件位于不同的位置，重復(fù)步驟S2和S3，依次獲取多個不同位置處標(biāo)定件尖部頂點坐標(biāo)值；