[发明专利]一种用于受力结构微小形变测量的六自由度精密测量系统

说明书

本发明公开的一种用于受力结构微小形变测量的六自由度精密测量系统，属于空间多自由度位移测量领域。本发明由机械安装结构与信号采集处理系统组成。机械安装结构包括标准立方块、激光测距传感器、盒型传感器基座、磁性表座支持结构、定位卡具。信号采集处理系统包括上位机平台、通讯系统、信号采集与解析模块、状态监测功能界面。本发明借助于被测标准立方块上精确加工的六面立方体作为目标在空间内的位置变化的测量标靶，根据被测标准立方块六面体上非冗余的六个已知点的空间三维位置坐标能够唯一解算出该结构体空间位置的基本原则，进行解析几何方程的列式和求解，实现受力结构微小形变量的多自由度精密测量。本发明具有精度高、可移植性好和易集成的优点。

技术领域

本发明属于空间多自由度位移测量领域，涉及一种工程上简便易用的、基于激光测距传感元件的、用于受力结构在较小形变范围内，对多个自由度的微小线位移或角位移变化进行实时精确监测与解算分析的测量系统。

背景技术

在中大型装备结构的工程力学测试以及大型测力天平的现场校准等应用中，往往采用砝码或力加载缸对结构进行机械加载，受力结构(尤其是结构加载点)在大力值作用下将产生不小的位移形变，导致结构受力的作用点和作用方向发生改变，引起较大的测试与校准误差。因此，对受力结构微小形变的测量，从而提供加载准确度分析以及数据修正的依据，是十分必要的。结构加载点的位移形变测量范围一般在(0.1～10)mm量级。

空间结构加载受力形变方向是没有约束的，须用六个自由度才能完全描述，精确测量空间点六自由度位移的常规方法包括：空间三坐标测量仪器(经纬仪和激光跟踪仪等)、摄影测量、机械解耦单自由度分别测量等方法。空间三坐标测量仪器精度高，更适合大型结构的形变测量，但缺点是设备昂贵、需要设置或操作多个靶点而操作繁琐、且无法多点实时监测等；摄影测量是采用图像处理的方法获得结果数据，不仅依赖价格昂贵的光学器材和复杂的算法软件编程，且需要现场校准，测量效果也易受环境光线影响，精度很难满足0.1mm的测量要求；机械解耦单自由度分别测量方法的原理是，将受载结构和解耦装置连接，通过编码器或光栅元件分别测量各个自由度的位移，该方法单轴测量精度高，较适合同时测量1～3个自由度的变化，缺点是结构接触会产生相互作用力而影响其它测量系统，以及很难设计复杂且精确的位移解耦结构以同时测量3个以上的自由度。

综上所述，目前还没有特别适合受力结构多自由度微小形变测量的(量程在10mm量级)，精度较高的(须达0.1mm量级)，简便经济的工程测量技术方法。

发明内容

为解决受力结构微小形变多自由度、高精度测量难题，本发明公开的一种用于受力结构微小形变测量的六自由度精密测量系统要解决的技术问题是：提供一种基于激光测距传感器件的、安装操作便捷的、经济实用的、且能实现六自由度形变在线同时测量的微小形变高精度测量系统。本发明具有精度高、可移植性好和易集成的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种用于受力结构微小形变测量的六自由度精密测量系统，主要由机械安装结构与信号采集处理系统两大部分组成。

机械安装结构部分包括标准立方块、激光测距传感器、盒型传感器基座、磁性表座支持结构、定位卡具。

所述激光测距传感器为激光三角法测量原理的测距传感器。

所述盒型传感器基座用于激光测距传感器的精确安装定位，结构设计成盒型并对被测标准立方块形成包围，六套激光测距传感器按照三个基准平面每面两套安装，六套激光测距传感器安装后全部对准被测标块的各个面。

所述标准立方块由精密机加工成型为精确的六面立方体，作为空间内的位置变化的测量标靶，每个激光测距传感器垂直瞄准标准立方块测得激光测距传感器距离测量点的距离，通过简单加减换算即能够获得测量点相对于盒型传感器基座坐标系的三维位置坐标。所述测量点即为激光投影点。所述盒型传感器基座坐标系即为六自由度精密测量系统的测量坐标系。