大型平台变形量的光电测量方法

摘要

本发明公开了一种大型平台变形量的光电测量方法，将若干个竖直布置于平台待测位置的CCD线阵图像传感器接收到的位置信息作为该点的相对高程信息输出到计算机；将某两个或三个CCD线阵图像传感器接收到的高程信息位置点作为基线或基准面，所有高程信息转变为标高输出值；将各种不同载荷条件、不同时刻的标高输出值数据进行比较，从而得到平台在各种不同载荷条件、不同时刻之间的相对变形量数据。本发明能够大大提高大型平台变形量的测量精度，并且测量速度快，自动化程度高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量方法，特别是一种实时监测大型平台变形量的测量方法。

背景技术

本发明所述的平台是指对于变形量有特别关注的平台，特别是指变形量对其使用性能具有较大影响的较为复杂的光学测试平台。

当前对于各类平台变形量自动监测方法种类很多，有机械式、磁电式、光学式、光电式等。机械式测量方法以各类卡尺的卡量方法为典型方法，磁电式测量方法是通过磁电方法将位移量转换为电信号进行记录测量。用于线性测量中的光学方法主要有两类：(1)采用光波干涉或成像放大对小尺寸或小位移进行非常精密测量的全成像放大方法；(2)使用带附件的对准望远镜和投影系统对大尺寸进行测量的局部放大方法。而当前的光电式测量方法则主要是将待测对象进行图像采集后进行图像判读，得到待测参数。

机械式测量方法对于大尺度(数米以上尺度)以及某些不便接触或难以接触的对象的测量将变得十分困难；磁电式测量方法对于大尺度测量对象由于难以找到测量基准，致使平台变形量测量无法实现。光电式测量方法具有诸多优越之处，但是以往的光电式测量方法主要是将CCD传感器作为图像传感器使用(至今业内仍习惯将CCD传感器称之为CCD线阵图像传感器)，如申请号为200510017064.3的专利申请“基于视频图像的实时变形量测量装置”，由CCD传感器采集到平台图像后进行分析处理。由于图像传感器对于大尺度测量对象精度较低以及视角原因造成的平台面变形测量困难等因素的影响，致使光电式测量方法在大尺度平面变形量自动测量与监测中无法推广应用。

发明内容

为了克服现有技术在大尺度平面变形量自动测量与监测中无法推广应用的不足，本发明提供一种适合大型平台变形量实时检测的测量方法，能够将CCD线阵图像传感器作为高度标尺用于大型平台变形量测量，解决以往大型平台变形量测量效率低、无法进行整体实时监测等不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)将若干个CCD线阵图像传感器作为测量标尺面向光源竖直布置于平台待测位置，将一字线激光器的水平一字激光束同时照射到各个CCD线阵图像传感器的像元阵列区域内，将各个CCD线阵图像传感器接收到的位置信息作为该点的相对高程信息输出到计算机中进行处理。

所述的一字线激光器是一种将普通激光器的点状激光线束通过棱镜调制为一字片状激光线束的激光器。

(2)将平台上某两个CCD线阵图像传感器接收到的高程信息位置点的连线作为基线，所有CCD线阵图像传感器接收到的高程信息均采用线性坐标代换法，转变为与基线重合坐标的标高输出值。

本步骤也可以将平台上某三点的CCD线阵图像传感器接收到的高程信息位置点确定的平面作为基准面，所有CCD线阵图像传感器接收到的高程信息均采用线性坐标代换法，转变为与基准面重合坐标的标高输出值。

(3)将各种不同载荷条件、不同时刻的标高输出值数据进行比较，从而得到平台在各种不同载荷条件、不同时刻之间的相对变形量数据。

为了更加方便地得到平台在运动过程中不同地面条件下的变形量数据，本发明可以将各CCD线阵图像传感器测得的高度位置信息集成后无线输出，在平台运动范围的上方设置无线接收装置，信号接收后传至计算机进行处理。

本发明可以将一字线激光器置于平台一端，将多个CCD线阵图像传感器作为测量标尺沿某一轴线竖直布置于平台待测位置，近似直线分布，略有错开，错开距离以避让后面的CCD线阵图像传感器测量标尺接受的视场光束为准。以任意两个CCD线阵图像传感器的高程信息位置点的连线为基线，比较其余各点相对于该基线的高程差值，得到平台某一轴线上的变形量参数。

本发明也可以将一字线激光器置于平台一端，将多个CCD线阵图像传感器作为测量标尺竖直布置于平台待测位置，根据需要呈不等距扇形分布。以任意三个CCD线阵图像传感器的高程信息位置点确定的平面为基准面，比较其余各点相对于该基准面的高程差值，得到平台的变形量参数。

本发明的有益效果是：由于采用CCD线阵图像传感器作为高度标尺用于大型平台变形量测量，利用CCD线阵图像传感器像元位置信息强的特点，将测得的高度信息直接输出；采用一字线激光器让多个CCD线阵图像传感器同时接收同一直线光束信号，利用光的直线传播原理，特别是利用激光的精确直线传播原理，形成了稳定和较高精度的直线光束；因而本发明能够大大提高大型平台变形量的测量精度，并且测量速度快，自动化程度高。在某大型光学测试平台的变形量实时监测中取得了良好的实施效果，测试平台长20m，宽6m，测量了四路轴线共36个测点的相对变形量，采用机械法对比标定，测量精度误差≤±0.1mm，采样周期≤1s。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图中，1-CCD线阵图像传感器；2-平台；3-一字线激光器；4-无线接收装置；5-计算机。

具体实施方式

方法实施例1：

某可移动式大型光学测试平台，长约20m，宽约6m。该测试平台的任何微小变形均可能对平台上布置的光学设备的测量精度产生影响，平台的变形主要来源于：①平台在移动过程中不同地面条件下地面平整度的变化使平台产生的变形；②由于更换测量设备等原因所造成的平台载荷变化导致的平台变形。

为了实时监测平台变形对光学设备的测量精度产生的影响，在沿某四条主要光学测量轴线的侧翼尽量靠近光学测量轴线的位置上，布置了本发明方法中的监测装置。

每条监测线上各自布置8个CCD线阵图像传感器测点，1个一字线激光器测点，所有测点均采用磁性底座固定在光学测试平台体上。将一字线激光器测点置于监测轴线一端，其余各CCD线阵图像传感器测点置于监测轴线上其它位置上，具体布放位置根据实际光学测试系统本身所关注的位置确定。各测点近似直线分布，注意应略有错开，以避免CCD线阵图像传感器本身可能阻挡后续测量标尺接收视场光束的情况。

精确测量各监测轴线上各监测点沿监测光轴的间距，代入线性坐标变换系统备用。将各个CCD线阵图像传感器接收到的位置信息作为该点的相对高程信息输出到计算机中进行处理，从而得到每一路监测光轴9个测点的相对高程数据。一字线激光器测点的相对高程数据可以通过这种线性坐标变换得到。

为了更加方便地得到平台在运动过程中不同地面条件下的变形量数据，将各CCD线阵图像传感器测得的高度信号通过信号电缆传输至无线发射终端，集成后无线输出。在平台运动范围的上方适当位置设置无线接收装置，信号接收后传至计算机进行处理。

以某两个CCD线阵图像传感器的高程信息位置点的连线为基线，比较其余各点相对于该基线的高程差值，得到平台某一轴线上的变形量参数。根据实际需要比较其余各点在不同载荷条件、不同时刻的高程数据相对于该基线的高程差值，从而得到平台某一轴线上的各点在各种不同载荷条件、不同时刻之间的相对变形量数据。

在本实施例中选用的CCD线阵图像传感器的像元间距为14μm，将一字线激光器在检测区域内线宽2-4mm。在测量的四路轴线共36个测点的相对变形量中，通过与机械法对比标定，测量精度误差≤±0.1mm，采样周期≤1s。在可移动式大型光学测试平台的变形量实时监测中取得了良好的实施效果。

方法实施例2：

某大型工作平台，长约30m，宽约25m，其上布置有精密控制系统。平台在工作中由于工作系统的动作有可能造成平台平面产生变形量，从而影响控制系统的控制精度。

为了实时监测平台变形量对控制系统的影响，在平台上选定若干测点布置了本发明方法中的监测装置，用于监测平台的变形量。在本实施例中共布点23个测点，其中1个一字线激光器测点，22个CCD线阵图像传感器测点。1个一字线激光器测点置于平台一端，22个CCD线阵图像传感器测点采用扇形不等距分布布置在平台上需要检测变形量的感兴趣的位置点上。所有测点均采用磁性底座固定在光学测试平台体上。各测点布置时应注意避免CCD线阵图像传感器本身可能阻挡后续测量标尺接收视场光束的情况。

精确测量各监测点在平台上的平面位置坐标，以代入线性坐标变换系统备用。将各个CCD线阵图像传感器接收到的高程位置信息作为该点的相对高程信息输出到计算机中进行处理，从而得到各个测点的相对高程数据。

以任意三个CCD线阵图像传感器的高程信息位置点确定的平面为基准面，比较其余各点在不同载荷条件、不同时刻的高程数据相对于该基准面的高程差值，从而得到平台在各种不同载荷条件、不同时刻之间的相对变形量数据。一字线激光器测点的相对高程数据可以通过这种线性坐标变换得到。

在本实施例中选用的CCD线阵图像传感器的像元间距为14μm，将一字线激光器在检测区域内线宽2-4mm。在测量的23个测点的相对变形量中，通过与机械法对比标定，测量精度误差≤±0.1mm，采样周期≤1s。在大型精密控制工作平台的变形量实时监测中取得了良好的实施效果。