專利名稱：大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)量方法，特別是一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)大型平臺(tái)變形量的測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所述的平臺(tái)是指對(duì)于變形量有特別關(guān)注的平臺(tái)，特別是指變形量對(duì)其使用 性能具有較大影響的較為復(fù)雜的光學(xué)測(cè)試平臺(tái)。
當(dāng)前對(duì)于各類平臺(tái)變形量自動(dòng)監(jiān)測(cè)方法種類很多，有機(jī)械式、磁電式、光學(xué)式、 光電式等。機(jī)械式測(cè)量方法以各類卡尺的卡量方法為典型方法，磁電式測(cè)量方法是通 過磁電方法將位移量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行記錄測(cè)量。用于線性測(cè)量中的光學(xué)方法主要有 兩類(1)采用光波干涉或成像放大對(duì)小尺寸或小位移進(jìn)行非常精密測(cè)量的全成像放 大方法；(2)使用帶附件的對(duì)準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡和投影系統(tǒng)對(duì)大尺寸進(jìn)行測(cè)量的局部放大方法。 而當(dāng)前的光電式測(cè)量方法則主要是將待測(cè)對(duì)象進(jìn)行圖像采集后進(jìn)行圖像判讀，得到待 測(cè)參數(shù)。
機(jī)械式測(cè)量方法對(duì)于大尺度(數(shù)米以上尺度)以及某些不便接觸或難以接觸的對(duì) 象的測(cè)量將變得十分困難；磁電式測(cè)量方法對(duì)于大尺度測(cè)量對(duì)象由于難以找到測(cè)量基 準(zhǔn)，致使平臺(tái)變形量測(cè)量無法實(shí)現(xiàn)。光電式測(cè)量方法具有諸多優(yōu)越之處，但是以往的 光電式測(cè)量方法主要是將CCD傳感器作為圖像傳感器使用(至今業(yè)內(nèi)仍習(xí)慣將CCD 傳感器稱之為CCD線陣圖像傳感器)，如申請(qǐng)?zhí)枮?00510017064. 3的專利申請(qǐng)"基于 視頻圖像的實(shí)時(shí)變形量測(cè)量裝置"，由CCD傳感器采集到平臺(tái)圖像后進(jìn)行分析處理。由 于圖像傳感器對(duì)于大尺度測(cè)量對(duì)象精度較低以及視角原因造成的平臺(tái)面變形測(cè)量困難 等因素的影響，致使光電式測(cè)量方法在大尺度平面變形量自動(dòng)測(cè)量與監(jiān)測(cè)中無法推廣 應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)在大尺度平面變形量自動(dòng)測(cè)量與監(jiān)測(cè)中無法推廣應(yīng)用的不足， 本發(fā)明提供一種適合大型平臺(tái)變形量實(shí)時(shí)檢測(cè)的測(cè)量方法，能夠?qū)CD線陣圖像傳感 器作為高度標(biāo)尺用于大型平臺(tái)變形量測(cè)量，解決以往大型平臺(tái)變形量測(cè)量效率低、無 法進(jìn)行整體實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等不足。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟
(1) 將若干個(gè)CCD線陣圖像傳感器作為測(cè)量標(biāo)尺面向光源豎直布置于平臺(tái)待測(cè) 位置，將一字線激光器的水平一字激光束同時(shí)照射到各個(gè)CCD線陣圖像傳感器的像元 陣列區(qū)域內(nèi)，將各個(gè)CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對(duì)高程信息 輸出到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。
所述的一字線激光器是一種將普通激光器的點(diǎn)狀激光線束通過棱鏡調(diào)制為一字片 狀激光線束的激光器。
(2) 將平臺(tái)上某兩個(gè)CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息位置點(diǎn)的連線作為 基線，所有CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息均采用線性坐標(biāo)代換法，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c 基線重合坐標(biāo)的標(biāo)高輸出值。
本步驟也可以將平臺(tái)上某三點(diǎn)的CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息位置點(diǎn) 確定的平面作為基準(zhǔn)面，所有CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息均采用線性坐標(biāo) 代換法，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c基準(zhǔn)面重合坐標(biāo)的標(biāo)高輸出值。
(3) 將各種不同載荷條件、不同時(shí)刻的標(biāo)高輸出值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而得到平臺(tái) 在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對(duì)變形量數(shù)據(jù)。
為了更加方便地得到平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中不同地面條件下的變形量數(shù)據(jù)，本發(fā)明可 以將各CCD線陣圖像傳感器測(cè)得的高度位置信息集成后無線輸出，在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍的 上方設(shè)置無線接收裝置，信號(hào)接收后傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
本發(fā)明可以將一字線激光器置于平臺(tái)一端，將多個(gè)CCD線陣圖像傳感器作為測(cè)量 標(biāo)尺沿某一軸線豎直布置于平臺(tái)待測(cè)位置，近似直線分布，略有錯(cuò)開，錯(cuò)開距離以避 讓后面的CCD線陣圖像傳感器測(cè)量標(biāo)尺接受的視場(chǎng)光束為準(zhǔn)。以任意兩個(gè)CCD線陣 圖像傳感器的高程信息位置點(diǎn)的連線為基線，比較其余各點(diǎn)相對(duì)于該基線的高程差值， 得到平臺(tái)某一軸線上的變形量參數(shù)。
本發(fā)明也可以將一字線激光器置于平臺(tái)一端，將多個(gè)CCD線陣圖像傳感器作為測(cè) 量標(biāo)尺豎直布置于平臺(tái)待測(cè)位置，根據(jù)需要呈不等距扇形分布。以任意三個(gè)CCD線陣 圖像傳感器的高程信息位置點(diǎn)確定的平面為基準(zhǔn)面，比較其余各點(diǎn)相對(duì)于該基準(zhǔn)面的 高程差值，得到平臺(tái)的變形量參數(shù)。
本發(fā)明的有益效果是由于采用CCD線陣圖像傳感器作為高度標(biāo)尺用于大型平臺(tái) 變形量測(cè)量，利用CCD線陣圖像傳感器像元位置信息強(qiáng)的特點(diǎn)，將測(cè)得的高度信息直
接輸出；采用一字線激光器讓多個(gè)CCD線陣圖像傳感器同時(shí)接收同一直線光束信號(hào)， 利用光的直線傳播原理，特別是利用激光的精確直線傳播原理，形成了穩(wěn)定和較高精 度的直線光束；因而本發(fā)明能夠大大提高大型平臺(tái)變形量的測(cè)量精度，并且測(cè)量速度 快，自動(dòng)化程度高。在某大型光學(xué)測(cè)試平臺(tái)的變形量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中取得了良好的實(shí)施效 果，測(cè)試平臺(tái)長(zhǎng)20m，寬6m，測(cè)量了四路軸線共36個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)變形量，采用機(jī)械法 對(duì)比標(biāo)定，測(cè)量精度誤差90.1 mm，采樣周期^ls。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。


圖1是本發(fā)明的示意圖。
圖中，l-CCD線陣圖像傳感器；2-平臺(tái)；3-—字線激光器；4-無線接收裝置；5-計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式
方法實(shí)施例1:
某可移動(dòng)式大型光學(xué)測(cè)試平臺(tái)，長(zhǎng)約20m，寬約6m。該測(cè)試平臺(tái)的任何微小變形 均可能對(duì)平臺(tái)上布置的光學(xué)設(shè)備的測(cè)量精度產(chǎn)生影響，平臺(tái)的變形主要來源于①平 臺(tái)在移動(dòng)過程中不同地面條件下地面平整度的變化使平臺(tái)產(chǎn)生的變形；②由于更換測(cè) 量設(shè)備等原因所造成的平臺(tái)載荷變化導(dǎo)致的平臺(tái)變形。
為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)變形對(duì)光學(xué)設(shè)備的測(cè)量精度產(chǎn)生的影響，在沿某四條主要光學(xué) 測(cè)量軸線的側(cè)翼盡量靠近光學(xué)測(cè)量軸線的位置上，布置了本發(fā)明方法中的監(jiān)測(cè)裝置。
每條監(jiān)測(cè)線上各自布置8個(gè)CCD線陣圖像傳感器測(cè)點(diǎn)，1個(gè)一字線激光器測(cè)點(diǎn)， 所有測(cè)點(diǎn)均采用磁性底座固定在光學(xué)測(cè)試平臺(tái)體上。將一字線激光器測(cè)點(diǎn)置于監(jiān)測(cè)軸 線一端，其余各CCD線陣圖像傳感器測(cè)點(diǎn)置于監(jiān)測(cè)軸線上其它位置上，具體布放位置 根據(jù)實(shí)際光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)本身所關(guān)注的位置確定。'各測(cè)點(diǎn)近似直線分布，注意應(yīng)略有錯(cuò) 開，以避免CCD線陣圖像傳感器本身可能阻擋后續(xù)測(cè)量標(biāo)尺接收視場(chǎng)光束的情況。
精確測(cè)量各監(jiān)測(cè)軸線上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)沿監(jiān)測(cè)光軸的間距，代入線性坐標(biāo)變換系統(tǒng)備用。 將各個(gè)CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對(duì)高程信息輸出到計(jì)算 機(jī)中進(jìn)行處理，從而得到每一路監(jiān)測(cè)光軸9個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)。 一字線激光器測(cè) 點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)可以通過這種線性坐標(biāo)變換得到。
為了更加方便地得到平臺(tái)在運(yùn)動(dòng)過程中不同地面條件下的變形量數(shù)據(jù)，將各CCD 線陣圖像傳感器測(cè)得的高度信號(hào)通過信號(hào)電纜傳輸至無線發(fā)射終端，集成后無線輸出。 在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)范圍的上方適當(dāng)位置設(shè)置無線接收裝置，信號(hào)接收后傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
以某兩個(gè)CCD線陣圖像傳感器的高程信息位置點(diǎn)的連線為基線，比較其余各點(diǎn)相 對(duì)于該基線的高程差值，得到平臺(tái)某一軸線上的變形量參數(shù)。根據(jù)實(shí)際需要比較其余 各點(diǎn)在不同載荷條件、不同時(shí)刻的高程數(shù)據(jù)相對(duì)于該基線的高程差值，從而得到平臺(tái) 某一軸線上的各點(diǎn)在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對(duì)變形量數(shù)據(jù)。
在本實(shí)施例中選用的CCD線陣圖像傳感器的像元間距為14nm，將一字線激光器 在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)線寬2-4mm。在測(cè)量的四路軸線共36個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)變形量中，通過與 機(jī)械法對(duì)比標(biāo)定，測(cè)量精度誤差90.1 mm，采樣周期S1 s。在可移動(dòng)式大型光學(xué)測(cè)試 平臺(tái)的變形量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中取得了良好的實(shí)施效果。
方法實(shí)施例2:
某大型工作平臺(tái)，長(zhǎng)約30m，寬約25m，其上布置有精密控制系統(tǒng)。平臺(tái)在工作 中由于工作系統(tǒng)的動(dòng)作有可能造成平臺(tái)平面產(chǎn)生變形量，從而影響控制系統(tǒng)的控制精 度。
為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)平臺(tái)變形量對(duì)控制系統(tǒng)的影響，在平臺(tái)上選定若干測(cè)點(diǎn)布置了本發(fā) 明方法中的監(jiān)測(cè)裝置，用于監(jiān)測(cè)平臺(tái)的變形量。在本實(shí)施例中共布點(diǎn)23個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中 1個(gè)一字線激光器測(cè)點(diǎn)，22個(gè)CCD線陣圖像傳感器測(cè)點(diǎn)。1個(gè)一字線激光器測(cè)點(diǎn)置于 平臺(tái)一端，22個(gè)CCD線陣圖像傳感器測(cè)點(diǎn)采用扇形不等距分布布置在平臺(tái)上需要檢 測(cè)變形量的感興趣的位置點(diǎn)上。所有測(cè)點(diǎn)均采用磁性底座固定在光學(xué)測(cè)試平臺(tái)體上。 各測(cè)點(diǎn)布置時(shí)應(yīng)注意避免CCD線陣圖像傳感器本身可能阻擋后續(xù)測(cè)量標(biāo)尺接收視場(chǎng) 光束的情況。
精確測(cè)量各監(jiān)測(cè)點(diǎn)在平臺(tái)上的平面位置坐標(biāo)，以代入線性坐標(biāo)變換系統(tǒng)備用。將 各個(gè)CCD線陣圖像傳感器接收到的高程位置信息作為該點(diǎn)的相對(duì)高程信息輸出到計(jì) 算機(jī)中進(jìn)行處理，從而得到各個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)高程數(shù)據(jù)。
以任意三個(gè)CCD線陣圖像傳感器的高程信息位置點(diǎn)確定的平面為基準(zhǔn)面，比較其 余各點(diǎn)在不同載荷條件、不同時(shí)刻的高程數(shù)據(jù)相對(duì)于該基準(zhǔn)面的高程差值，從而得到 平臺(tái)在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對(duì)變形量數(shù)據(jù)。 一字線激光器測(cè)點(diǎn)的相
對(duì)高程數(shù)據(jù)可以通過這種線性坐標(biāo)變換得到。
在本實(shí)施例中選用的CCD線陣圖像傳感器的像元間距為14Mm，將一字線激光器 在檢測(cè)區(qū)域內(nèi)線寬2-4mm。在測(cè)量的23個(gè)測(cè)點(diǎn)的相對(duì)變形量中，通過與機(jī)械法對(duì)比 標(biāo)定，測(cè)量精度誤差SiO.l mm,采樣周期S1 s。在大型精密控制工作平臺(tái)的變形量實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè)中取得了良好的實(shí)施效果。
權(quán)利要求
1.大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法，其特征在于包括下述步驟(a)將若干個(gè)CCD線陣圖像傳感器作為測(cè)量標(biāo)尺面向光源豎直布置于平臺(tái)待測(cè)位置，將一字線激光器的水平一字激光束同時(shí)照射到各個(gè)CCD線陣圖像傳感器的像元陣列區(qū)域內(nèi)，將各個(gè)CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對(duì)高程信息輸出到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理；(b)將平臺(tái)上某兩個(gè)CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息位置點(diǎn)的連線作為基線，所有CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息均采用線性坐標(biāo)代換法，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c基線重合坐標(biāo)的標(biāo)高輸出值；(c)將各種不同載荷條件、不同時(shí)刻的標(biāo)高輸出值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而得到平臺(tái)在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對(duì)變形量數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法，其特征在于所述的一字線激光器是一種將普通激光器的點(diǎn)狀激光線束通過棱鏡調(diào)制為一字 片狀激光線束的激光器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求r所述的大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法，其特征在于所 述的步驟(b)將平臺(tái)上某三點(diǎn)的CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息位置 點(diǎn)確定的平面作為基準(zhǔn)面，所有CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息均采 用線性坐標(biāo)代換法，轉(zhuǎn)變?yōu)榕c基準(zhǔn)面重合坐標(biāo)的標(biāo)高輸出值。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法，其特征在于所 述的各CCD線陣圖像傳感器測(cè)得的高度位置信息集成后無線輸出，在平臺(tái)運(yùn) 動(dòng)范圍的上方設(shè)置無線接收裝置，信號(hào)接收后傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法，其特征在于所述的步驟(a)將一字線激光器置于平臺(tái)一端，將多個(gè)CCD線陣圖像傳感器作 為測(cè)量標(biāo)尺沿某一軸線豎直布置于平臺(tái)待測(cè)位置，近似直線分布，略有錯(cuò)開， 錯(cuò)開距離以避讓后面的CCD線陣圖像傳感器測(cè)量標(biāo)尺接受的視場(chǎng)光束為準(zhǔn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法，其特征在于所 述的步驟(a)將一字線激光器置于平臺(tái)一端，將多個(gè)CCD線陣圖像傳感器作 為測(cè)量標(biāo)尺豎直布置于平臺(tái)待測(cè)位置，根據(jù)需要呈不等距扇形分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型平臺(tái)變形量的光電測(cè)量方法，將若干個(gè)豎直布置于平臺(tái)待測(cè)位置的CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對(duì)高程信息輸出到計(jì)算機(jī)；將某兩個(gè)或三個(gè)CCD線陣圖像傳感器接收到的高程信息位置點(diǎn)作為基線或基準(zhǔn)面，所有高程信息轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)高輸出值；將各種不同載荷條件、不同時(shí)刻的標(biāo)高輸出值數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，從而得到平臺(tái)在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對(duì)變形量數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠大大提高大型平臺(tái)變形量的測(cè)量精度，并且測(cè)量速度快，自動(dòng)化程度高。
文檔編號(hào)G01B11/16GK101368819SQ20081015119
公開日2009年2月18日 申請(qǐng)日期2008年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月28日
發(fā)明者明 李, 陽 蔣, 霍宏發(fā) 申請(qǐng)人:西北核技術(shù)研究所