專利名稱：大型平臺變形量的光電測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量方法，特別是一種實(shí)時(shí)監(jiān)測大型平臺變形量的測量方法。
背景技術(shù)：
本發(fā)明所述的平臺是指對于變形量有特別關(guān)注的平臺，特別是指變形量對其使用 性能具有較大影響的較為復(fù)雜的光學(xué)測試平臺。
當(dāng)前對于各類平臺變形量自動監(jiān)測方法種類很多，有機(jī)械式、磁電式、光學(xué)式、 光電式等。機(jī)械式測量方法以各類卡尺的卡量方法為典型方法，磁電式測量方法是通 過磁電方法將位移量轉(zhuǎn)換為電信號進(jìn)行記錄測量。用于線性測量中的光學(xué)方法主要有 兩類(1)采用光波干涉或成像放大對小尺寸或小位移進(jìn)行非常精密測量的全成像放 大方法；(2)使用帶附件的對準(zhǔn)望遠(yuǎn)鏡和投影系統(tǒng)對大尺寸進(jìn)行測量的局部放大方法。 而當(dāng)前的光電式測量方法則主要是將待測對象進(jìn)行圖像采集后進(jìn)行圖像判讀，得到待 測參數(shù)。
機(jī)械式測量方法對于大尺度(數(shù)米以上尺度)以及某些不便接觸或難以接觸的對 象的測量將變得十分困難；磁電式測量方法對于大尺度測量對象由于難以找到測量基 準(zhǔn)，致使平臺變形量測量無法實(shí)現(xiàn)。光電式測量方法具有諸多優(yōu)越之處，但是以往的 光電式測量方法主要是將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?zhí)枮?00510017064. 3的專利申請"基于 視頻圖像的實(shí)時(shí)變形量測量裝置"，由CCD傳感器采集到平臺圖像后進(jìn)行分析處理。由 于圖像傳感器對于大尺度測量對象精度較低以及視角原因造成的平臺面變形測量困難 等因素的影響，致使光電式測量方法在大尺度平面變形量自動測量與監(jiān)測中無法推廣 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測量與監(jiān)測中無法推廣應(yīng)用的不足， 本發(fā)明提供一種適合大型平臺變形量實(shí)時(shí)檢測的測量方法，能夠?qū)CD線陣圖像傳感 器作為高度標(biāo)尺用于大型平臺變形量測量，解決以往大型平臺變形量測量效率低、無 法進(jìn)行整體實(shí)時(shí)監(jiān)測等不足。
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CCD線陣圖像傳感器作為測量標(biāo)尺面向光源豎直布置于平臺待測 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CCD線陣圖像傳感器的像元 陣列區(qū)域內(nèi)，將各個CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對高程信息 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) 將平臺上某兩個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 在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對變形量數(shù)據(jù)。
為了更加方便地得到平臺在運(yùn)動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線陣圖像傳感器測得的高度位置信息集成后無線輸出，在平臺運(yùn)動范圍的 上方設(shè)置無線接收裝置，信號接收后傳至計(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一端，將多個CCD線陣圖像傳感器作為測量 標(biāo)尺沿某一軸線豎直布置于平臺待測位置，近似直線分布，略有錯開，錯開距離以避 讓后面的CCD線陣圖像傳感器測量標(biāo)尺接受的視場光束為準(zhǔn)。以任意兩個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)相對于該基線的高程差值， 得到平臺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一端，將多個CCD線陣圖像傳感器作為測 量標(biāo)尺豎直布置于平臺待測位置，根據(jù)需要呈不等距扇形分布。以任意三個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)相對于該基準(zhǔn)面的 高程差值，得到平臺的變形量參數(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 變形量測量，利用CCD線陣圖像傳感器像元位置信息強(qiáng)的特點(diǎn)，將測得的高度信息直
接輸出；采用一字線激光器讓多個CCD線陣圖像傳感器同時(shí)接收同一直線光束信號， 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變形量的測量精度，并且測量速度 快，自動化程度高。在某大型光學(xué)測試平臺的變形量實(shí)時(shí)監(jiān)測中取得了良好的實(shí)施效 果，測試平臺長20m，寬6m，測量了四路軸線共36個測點(diǎn)的相對變形量，采用機(jī)械法 對比標(biāo)定，測量精度誤差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；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:
某可移動式大型光學(xué)測試平臺，長約20m，寬約6m。該測試平臺的任何微小變形 均可能對平臺上布置的光學(xué)設(shè)備的測量精度產(chǎn)生影響，平臺的變形主要來源于①平 臺在移動過程中不同地面條件下地面平整度的變化使平臺產(chǎn)生的變形；②由于更換測 量設(shè)備等原因所造成的平臺載荷變化導(dǎo)致的平臺變形。
為了實(shí)時(shí)監(jiān)測平臺變形對光學(xué)設(shè)備的測量精度產(chǎn)生的影響，在沿某四條主要光學(xué) 測量軸線的側(cè)翼盡量靠近光學(xué)測量軸線的位置上，布置了本發(fā)明方法中的監(jiān)測裝置。
每條監(jiān)測線上各自布置8個CCD線陣圖像傳感器測點(diǎn)，1個一字線激光器測點(diǎn)， 所有測點(diǎn)均采用磁性底座固定在光學(xué)測試平臺體上。將一字線激光器測點(diǎn)置于監(jiān)測軸 線一端，其余各CCD線陣圖像傳感器測點(diǎn)置于監(jiān)測軸線上其它位置上，具體布放位置 根據(jù)實(shí)際光學(xué)測試系統(tǒng)本身所關(guān)注的位置確定。'各測點(diǎn)近似直線分布，注意應(yīng)略有錯 開，以避免CCD線陣圖像傳感器本身可能阻擋后續(xù)測量標(biāo)尺接收視場光束的情況。
精確測量各監(jiān)測軸線上各監(jiān)測點(diǎn)沿監(jiān)測光軸的間距，代入線性坐標(biāo)變換系統(tǒng)備用。 將各個CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對高程信息輸出到計(jì)算 機(jī)中進(jìn)行處理，從而得到每一路監(jiān)測光軸9個測點(diǎn)的相對高程數(shù)據(jù)。 一字線激光器測 點(diǎn)的相對高程數(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在運(yùn)動過程中不同地面條件下的變形量數(shù)據(jù)，將各CCD 線陣圖像傳感器測得的高度信號通過信號電纜傳輸至無線發(fā)射終端，集成后無線輸出。 在平臺運(yùn)動范圍的上方適當(dāng)位置設(shè)置無線接收裝置，信號接收后傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
以某兩個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 對于該基線的高程差值，得到平臺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)相對于該基線的高程差值，從而得到平臺 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 在檢測區(qū)域內(nèi)線寬2-4mm。在測量的四路軸線共36個測點(diǎn)的相對變形量中，通過與 機(jī)械法對比標(biāo)定，測量精度誤差90.1 mm，采樣周期S1 s。在可移動式大型光學(xué)測試 平臺的變形量實(shí)時(shí)監(jiān)測中取得了良好的實(shí)施效果。
方法實(shí)施例2:
某大型工作平臺，長約30m，寬約25m，其上布置有精密控制系統(tǒng)。平臺在工作 中由于工作系統(tǒng)的動作有可能造成平臺平面產(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)測平臺變形量對控制系統(tǒng)的影響，在平臺上選定若干測點(diǎn)布置了本發(fā) 明方法中的監(jiān)測裝置，用于監(jiān)測平臺的變形量。在本實(shí)施例中共布點(diǎn)23個測點(diǎn)，其中 1個一字線激光器測點(diǎn)，22個CCD線陣圖像傳感器測點(diǎn)。1個一字線激光器測點(diǎn)置于 平臺一端，22個CCD線陣圖像傳感器測點(diǎn)采用扇形不等距分布布置在平臺上需要檢 測變形量的感興趣的位置點(diǎn)上。所有測點(diǎn)均采用磁性底座固定在光學(xué)測試平臺體上。 各測點(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)測量標(biāo)尺接收視場 光束的情況。
精確測量各監(jiān)測點(diǎn)在平臺上的平面位置坐標(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)的相對高程信息輸出到計(jì) 算機(jī)中進(jìn)行處理，從而得到各個測點(diǎn)的相對高程數(shù)據(jù)。
以任意三個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)相對于該基準(zhǔn)面的高程差值，從而得到 平臺在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對變形量數(shù)據(jù)。 一字線激光器測點(diǎn)的相
對高程數(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 在檢測區(qū)域內(nèi)線寬2-4mm。在測量的23個測點(diǎn)的相對變形量中，通過與機(jī)械法對比 標(biāo)定，測量精度誤差SiO.l mm,采樣周期S1 s。在大型精密控制工作平臺的變形量實(shí) 時(shí)監(jiān)測中取得了良好的實(shí)施效果。
權(quán)利要求
1.大型平臺變形量的光電測量方法，其特征在于包括下述步驟(a)將若干個CCD線陣圖像傳感器作為測量標(biāo)尺面向光源豎直布置于平臺待測位置，將一字線激光器的水平一字激光束同時(shí)照射到各個CCD線陣圖像傳感器的像元陣列區(qū)域內(nèi)，將各個CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對高程信息輸出到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理；(b)將平臺上某兩個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，從而得到平臺在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對變形量數(shù)據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型平臺變形量的光電測量方法，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所述的大型平臺變形量的光電測量方法，其特征在于所 述的步驟(b)將平臺上某三點(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所述的大型平臺變形量的光電測量方法，其特征在于所 述的各CCD線陣圖像傳感器測得的高度位置信息集成后無線輸出，在平臺運(yùn) 動范圍的上方設(shè)置無線接收裝置，信號接收后傳至計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型平臺變形量的光電測量方法，其特征在于所述的步驟(a)將一字線激光器置于平臺一端，將多個CCD線陣圖像傳感器作 為測量標(biāo)尺沿某一軸線豎直布置于平臺待測位置，近似直線分布，略有錯開， 錯開距離以避讓后面的CCD線陣圖像傳感器測量標(biāo)尺接受的視場光束為準(zhǔn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型平臺變形量的光電測量方法，其特征在于所 述的步驟(a)將一字線激光器置于平臺一端，將多個CCD線陣圖像傳感器作 為測量標(biāo)尺豎直布置于平臺待測位置，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變形量的光電測量方法，將若干個豎直布置于平臺待測位置的CCD線陣圖像傳感器接收到的位置信息作為該點(diǎn)的相對高程信息輸出到計(jì)算機(jī)；將某兩個或三個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，從而得到平臺在各種不同載荷條件、不同時(shí)刻之間的相對變形量數(shù)據(jù)。本發(fā)明能夠大大提高大型平臺變形量的測量精度，并且測量速度快，自動化程度高。
文檔編號G01B11/16GK101368819SQ20081015119
公開日2009年2月18日 申請日期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) 申請人:西北核技術(shù)研究所