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专利名称：柔性喷管动态测试仪的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种柔性喷管动态测量仪，属于摆动物体的运动参数动态测量方法及测量系统的改进。
90110242.3中国专利公开了一种摆动物体运动参数测量方法及测量系统，此系统是由两个光电测量头内的五路CCD光学测量头分别对其设置在摆动物体上的目标标线进行非接触测量，其测量系统采用统一的时钟控制及匹配包含放大和二值化浮动阀值处理电路，同时采用可变测量零点，所测数据由微机按一定的数学模型进行运算，并对计算量进行实时误差校正。这种由两个光电测量头组成的测量系统，其不足之处在于仅能测得摆动物体的三个自由度运行参数，即绕二个坐标旋转的角位移量及坐标原点沿Z向的线位移量，因而对摆动物体的运动参数测量具有一定的局限性。
本实用新型的目的在于避免上述现有技术的不足而提供一种对作空间六自由度摆动物体运动参数进行实时测量的柔性喷管动态测量仪。
本实用新型的目的是通过以下措施来实现的在摆动物体运动参数动态测量系统中的X方向还设置一个刻有二条目标标线靶板1在柔性喷管1′上，在与之相对的有限距离内，有2路CCD光学测量头4X3、4X4安装在一个光电测量头3′内。并与二条目标标线相对提取柔性喷管的瞬时运动变化量，光电测量头的输出信号经放大、处理后送微机按一定的数学模型进行运算并对误差进行实时校正，通过一切换电路对测量系统进行切换控制，完成柔性喷管三个自由度，六个自由度运动参数的测量。


图1本实用新型结构立体图图2本实用新型测量原理图图3本实用新型结构框图本实用新型相比已有技术具有如下优点1.该测量系统在X方向设置有二个光电测量头，可测出六个自由度的运动参数，并且精度提高。
2.通过切换开关切换，可分别测量三个自由度运动参数及六个自由度的运动参数，扩展了仪器的使用范围，增加了功能。
3.测量信号的提取电路增加了抗干扰滤波电路，使系统信号提取稳定可靠。
4.显示系统能对六个自由度运动参数进行显示，使用方便。
5.测量系统的测量范围大绕X、Y轴摆角测量范围为αx、αy0～±8°绕Z轴摆角测量范围为αz0～±4°线位移量测量范围为X、Y、Z0～±10mm测量精度为Δαx、Δαy≤±25″Δαz≤±40″ΔX、ΔY、ΔZ≤±0.3mm。
下面结合实施例作详细说明本实用新型是用于测量固体发动机柔性喷管的三维摆角，及三维摆心位移参数实时测量的一个实施方案，如图3所示采用同步工作的七路CCD光学测量头4，以大地坐标为基准，检测设置在喷管1′的靶标1上的目标标线2绕喷管X、Y、Z轴转动和摆心沿X、Y、Z轴方向运动时的相对线位移量，经光电转换与数字信号的处理，送微机计算出喷管1′的瞬时摆角αx、αy、αz和摆心在X、Y、Z轴方向的位移量X、Y、Z，并为减少系统的测量误差，对计算量作实时误差修正。其测量系统由3个靶板，3个光电测量头3，电气转接站6，运算控制台11组成。各部份之间采用多芯电缆进行信号连接。
如图3所示在喷管1′上设置共刻有7条目标标线(2、2″、2″)的3个靶板1，并有分别与目标标线相对的7路CCD光学测量头(4X1、4Z、4X2、4X3、4X4、4Y1、4Y2)，各路CCD光学测量头输出信号经各自的放大、处理电路(7、8)经接口电路10把各路数据送微机按如下的计算公式进行六个自由度运动参数计算。
αx＝tg－1｛｛ (X′1)/(F1) 〔L1＋X＋R(1－COSαz)＋(H－Z)tgαy－Rtg (αy)/2 tgαx〕－ (X′2)/(F2) 〔L2＋X＋R(1－COSαz)＋(h－Z)tgαy－Rtg (αy)/2 tgαy〕｝／(H－h)｝......(1)αy＝tg－1｛｛ (Y′1)/(F5) 〔L5＋Y＋R(1－COSαz)＋(H－Z)tgαx－Rtg (αx)/2 tgαx〕－ (Y′2)/(F3) 〔L6＋Y＋R(1－COSαz)＋(h－Z)tgαx－Rtg (αx)/2 tgαx〕｝／(H－h)｝......(2)αz＝SIN－1｛｛Y＋(H－Z)tgαx－ (X′3)/(F3) 〔L3－X－(H－Z)tgαy＋Rtg (αy)/2 tgαy〕｝1／RSecαx｝......(3)Z＝ (Z′)/(F7) ｛L7＋X＋R(1－COSαy)＋Rz×SecαxSinαy－R(Secαz－1)－RzSinαxtgαz｝－Rz(Secαx－1)－RzSinαx(cosαy－1)＋RSinαy－Vtgαx......(4)X＝ (Y′1)/(F5) 〔L5＋Y＋R(1－COSαz)＋(H－Z)tgαx－Rtg (αx)/2 tgαx〕－RSecαz×Secαy－(H－Z)tgαy......(5)Y＝ (X′1)/(F4) 〔L4＋X＋R(1－COSαz)＋(H－Z)tgαy－Rtg (αx)/2 tgαy〕－RSecαz×Secαx－(H－Z)tgαx......(6)
式中X′1、X′2、X′3、X′4为测量系统测出的，在垂直于X轴方向的标线位移在象面测量值；Y′1、Y′2为测量系统测出的，在垂直于Y轴方向的标线位移在象面测量值；Z’为测量系统测出的，沿Z轴方向的标线位移在象面测量值；F1～F2为相应测量光路的焦距值；R为标线距摆轴的距离；RZ为Z标线距摆心的垂直距离；L1～F2为相应测量光路的初始物距值；H、h为垂直方向测量头中心至摆心距；αX、αY、αZ为喷管绕X、Y、Z轴的摆角；X、Y、Z为摆心的位移。
为避免测量系统误差，对其测量值进行实时误差校正，最后测得喷管1′的瞬时六自由度的运动参数即αx、αy、αz、X、Y、Z。
本实用新型并不仅限于对摆动物体的六自由度的运动参量的测量，也可通过一切换电路开关对三个自由度运动参量的测量，还可对被测装置的动态特性进行检测。除此以外，还可代替发动机喷管伺服系统检测单元参加控制回路工作，满足火箭姿态控制仿真试验要求。
权利要求1.一种由设置在柔性喷管1′上的靶板1，和X、Y方向的光电测量头，及电气转接站和运动控制台构成的柔性喷管动态测量仪，其特征在于在柔性喷管1′的另一侧设置了刻有二条目标标线2′的靶板1，在与之相对的有限距离内，有2路CCD光学测量头4x3、4x4安装在一个光电测量头3′内，其输出信号经放大，处理送微机按一定的数学模型进行运算，并作实时误差校正，通过一切换控制电路完成柔性喷管三个自由度、六个自由度运动参数的测量。
专利摘要本实用新型是一种柔性喷管动态参数测量仪，属于现有摆动物体的运动参数动态测量系统的改进，在测量系统中喷管X方向两侧及Y向一侧分别设有一个光电测量头，按统一的时钟控制进行运动参数的信号提取，经放大、处理后，送微机按一定数学模型计算，并作实时校正，能稳定可靠地分别测出运动物体的三个自由度和六个自由度运动参数，并能对测量参数进行显示，方便用户。本实用新型还可对被测装置的动态特性进行检测。除此之外，可代替发动机喷管伺服系统检测单元参加控制回路工作，满足火箭姿态控制仿真试验要求。
文档编号G01M15/00GK2127494SQ9221453
公开日1993年2月24日 申请日期1992年5月4日 优先权日1992年5月4日
发明者朱耆祥, 毛羽国, 李永远, 何上封, 吴钦章 申请人:中国科学院光电技术研究所