[发明专利]非接触六自由度微位移测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种六自由度微位移测量方法，属于光电测量领域，特别适用于物体间六自由度相对微位移的高精度测量。

背景技术

任何一个物体在空间的运动都有6个自由度，即沿3个方向的平移(t_x，t_y，t_z)和绕3个方向轴的旋转(θ_x，θ_y，θ_z)。现代科学技术的发展，对航天、航空、机械和仪表等众多领域内的加工精度、安装精度和检测精度提出了更高的要求。被加工工件的定位、精密零件的安装和目标物体在空间的位置与运动监测等，都需要多至6个自由度的测量、调整和控制。由于其广泛的应用前景，多自由度的同时测量是各国研究的热点，一直被作为检测领域的一个重要课题进行研究。20世纪60年代以来，出现了较多的光学测量方法与技术。六自由度光电测量方法概括起来分为以下几大类：1、传统的几何光学六自由度测量方法；2、基于衍射光栅的六自由度测量方法；3、利用视觉技术的六自由度测量方法；4、基于激光跟踪的六自由度测量方法；5、激光干涉与激光准直组合的六自由度测量方法。上述的六自由度测量技术各有优势和局限性，也有不同的应用条件和背景。在进行某工件空间六自由度位移监测时，上述自由度测量方法普遍存在结构复杂、安装空间不足等问题，难以适用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种非接触六自由度微位移测量装置，可实现物体六自由度的相对微位移测量，具有光路简单、精度高的优点。

本发明提供一种一种非接触六自由度微位移测量装置，该装置包括：可动部分，被测物体与所述可动部分固定在一起；固定不动部分；三个面阵CCD，其中，第一面阵CCD和第二面阵CCD与可动部分固定在一起，第三面阵CCD与固定不动部分固定在一起；三路激光输出结构，与固定不动部分固定在一起，并发射三束光束，分别被所述三个面阵CCD接收，其中，当被测物体发生任意自由度的运动时，引起相应面阵CCD上光点的位置发生变化，根据被测物体运动前后所述光点位置的变化来计算被测物体的六自由度位移。

所述三路激光输出结构采用采用1个半导体激光光源发射光束，所述光束经光纤耦合器分光后，由光纤传输并进行准直输出。

三束光束中的一束光束入射到固定在可动部分上的平面反射镜上，被平面反射镜反射回来的光束由一个半透半反镜分光后被第三面阵CCD接收，根据第三面阵CCD上光点的位置变化来测量六自由度中的两个旋转角度分量。

第一面阵CCD和第二面阵CCD与平面反射镜共面，并且三束光束中的另外两束光束的反向延长线交于一点，所述另外两束光束以一定角度对称入射到第一面阵CCD和第二面阵CCD上，根据第一面阵CCD和第二面阵CCD上的光点的位置变化来测量六自由度中的另外一个旋转角度分量以及三个平移分量。

在根据所述三个面阵CCD上光点的位置变化计算出所述三个旋转角度分量之后，获得旋转矩阵，然后利用所述旋转矩阵，并结合在第一面阵CCD和第二面阵CCD上的光点的坐标，来计算三个平移分量。

本发明与现有技术相比具有结构简单、安装调整方便和测量精度高的特点，可用于监测物体的微小六自由度位移。

附图说明

通过结合附图，从下面的实施例的描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中：

图1为根据本发明实施例的多路激光输出结构的示意图；

图2为根据本发明实施例的非接触六自由度测量装置的实施图；

图3为根据本发明实施例的4个自由度测量原理简图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述这些实施例以解释本发明。

图1为根据本发明实施例的多路激光输出结构示意图。参照图1，多路激光输出结构包括半导体激光光源1、光纤2、光纤耦合器3、光纤4和准直器5。半导体光源1发出激光，通过光纤2传导至光纤耦合器3，光纤耦合器3将激光分为三束，分别独立地从光纤4传导并经过准直器5准直后作为所需光束6输出。