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专利名称：一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，属于精密测量及修正技术领域。
背景技术：
相位偏移干涉技术具有测量速度快捷、相位测量准确性较高、抗干扰特性较强、测量结果不受背景光强的影响等优点，被广泛应用于干涉波面的测量。在波面测量中，相位偏移干涉系统一般采用CCD相机采样干涉图像，利用数字图像处理技术进一步提高测量波面相位的分辨能力和测量水平。然而测量中由于导轨误差的存在，测量对象运动中通常会发生姿态变化，最终影响测量结果的准确性，因此运动姿态的精准测量及补偿修正在运动控制和测量准确度提升等方面具有重要意义。

发明内容
本发明的目的是为了解决由于测量对象姿态变化产生的测量结果不准确的问题， 提出一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统。本发明是通过以下技术方案实现的。本发明的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其外围设备为被测运动系统，由X轴平面相位偏移干涉仪、Y轴平面相位偏移干涉仪、姿态调整机构、测量角镜和控制系统组成；测量角镜为正交测量反射镜面，水平放置并固定安装在被测运动系统上，定义测量角镜的一个镜面方向为X轴方向，另一个镜面方向为Y轴方向，垂直于水平面的方向为Z 轴方向，形成直角坐标系；X轴平面相位偏移干涉仪的测量光束在水平面上垂直于测量角镜的Y轴镜面方向入射，Y轴平面相位偏移干涉仪的测量光束在水平面上垂直于测量角镜的X轴镜面方向入射，两者形成正交坐标系；X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪通过测量角镜绕直角坐标系 X、Y、Z三轴的角度变化来获取被测运动系统的姿态变化，其中X平面相位偏移干涉仪测量运动系统绕Y、Z轴的角度变化值，Y平面相位偏移干涉仪测量运动系统绕X、Z轴的角度变化值，取两台平面相位偏移干涉仪测量绕Z轴角度变化值的平均值作为绕Z轴的角度变化值；X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪将获取的被测运动系统的三个角度变化值变为电压信号送入控制系统，控制系统对三个角度变化值进行坐标变换计算并按照计算结果控制姿态调整机构动作，实现对被测运动系统的姿态修正；上述X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪的干涉光源为激光，干涉系统采用平行光的干涉波面，干涉波面的尺寸决定于测量角度的精度要求；
上述测量角镜的两个测量面尺寸均大于其对应入射方向的平面相位偏移干涉仪的同光口径；上述姿态调整执行机构为机械的柔性结构或运动机构形式，当采用柔性结构时该调整机构为柔性铰链形式，采用运动机构时该调整机构则采用单点支撑的转动结构的形式；该执行机构能够调整被测运动系统姿态的变化，姿态调整执行机构的驱动部分为压电器件或者位移发生器。有益效果本发明结构简单，操作方便，成本低，测量及控制精度高，采用两台平面相位偏移干涉仪即可同时测量三个坐标轴的转角变化值，并能够实现姿态修正，解决了几何量测量中由于被测运动对象的微小姿态变化而导致最终测量结果不准确的问题。


图1为本发明的结构示意图；其中，1为测量角镜，2为X轴平面相位偏移干涉仪，3为Y轴平面相位偏移干涉仪， 4为姿态调整机构，5为控制系统，6、7分别为X、Y相位偏移干涉仪的测量方向；图2为本发明中平面相位偏移干涉仪的工作原理图；其中，其中8为激光光源，9为透镜组，10为分光片，11为测量镜，12为移相器及参考镜，13为成像器及探测器，14为移相器运动方向；图3为本发明相位偏移干涉测量角度变化值的原理图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。实施例一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，应用于几何量坐标测量系统中运动系统的姿态测量与实时修正，如图1所示，由X轴平面相位偏移干涉仪、Y轴平面相位偏移干涉仪、姿态调整机构、测量角镜和控制系统组成；测量角镜为正交测量反射镜面，水平放置并固定安装在被测运动系统上，随被测运动系统一起运动，定义测量角镜的一个镜面方向为X轴方向，另一个镜面方向为Y轴方向，垂直于水平面的方向为Z轴方向，形成直角坐标系；X轴平面相位偏移干涉仪的测量光束在水平面上垂直于测量角镜的Y轴镜面方向入射，Y轴平面相位偏移干涉仪的测量光束在水平面上垂直于测量角镜的X轴镜面方向入射，两者形成正交坐标系；X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪通过测量角镜绕直角坐标系 X、Y、Z三轴的角度变化来获取被测运动系统的姿态变化，其中X平面相位偏移干涉仪测量运动系统绕Y、Z轴的角度变化值，Y平面相位偏移干涉仪测量运动系统绕X、Z轴的角度变化值，取两台平面相位偏移干涉仪测量绕Z轴角度变化值的平均值作为绕Z轴的角度变化值；X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪将获取的被测运动系统的三个角度变化值变为电压信号送入控制系统，控制系统对三个角度变化值进行坐标变换计算并按照计算结果控制姿态调整机构动作，实现对被测运动系统的姿态修正；上述X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪均采用泰曼格林式干涉仪，设计其通光口径为40mm，测量角镜的单面平面镜尺寸高度为60mm，宽度为200mm。上述姿态调整执行机构采用电机驱动柔性铰链结构的形式，能够调整被测运动系统姿态的变化，姿态调整执行机构的驱动部分为为电机；平面相位偏移干涉仪由激光光源、透镜组、分光片、测量镜、移相器及参考镜、成像器及探测器构成，其工作原理如图2所示，通过移相器带动参考镜使干涉仪中参考光束在一个干涉周期2 π内作沿光轴向等间距移动，移相器运动方向如图2中14所示，等厚干涉条纹相对探测器会产生有规则平移，对应每次移动都可以获得一幅干涉图像，通过提取这一组干涉图像的光强分布信息，进行合成复原计算，可精确得到被测波面的形貌值；相位偏移干涉测量法可以获得的波面的干涉图上任意点的测量相位，该信息包括测量引进参考镜与测量面之间相位调制量和测量面的自身形貌；一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其相位偏移干涉测量角度变化值的原理为如图3所示，当测量面在干涉系统中发生微小姿态变化时，其测量面绕Χ、Υ轴的旋转会使干涉图上条纹发生变化。当变化角度很小时，干涉图中其自身形貌可以认为没发生变化，在干涉图像变化等同于相位调制量的变化，即发生干涉条纹的疏密和旋转；以干涉图水平方向为X轴，垂直方向为Y轴建立二维直角坐标系，用如公式表示测量初始干涉图上点的相位值为
权利要求
1.一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其外围设备为被测运动系统，由X轴平面相位偏移干涉仪、Y轴平面相位偏移干涉仪、姿态调整机构、测量角镜和控制系统组成， 其特征在于测量角镜为正交测量反射镜面，水平放置并固定安装在被测运动系统上，定义测量角镜的一个镜面方向为X轴方向，另一个镜面方向为Y轴方向，垂直于水平面的方向为Z轴方向，形成直角坐标系；X轴平面相位偏移干涉仪的测量光束在水平面上垂直于测量角镜的Y轴镜面方向入射，Y轴平面相位偏移干涉仪的测量光束在水平面上垂直于测量角镜的X轴镜面方向入射， 两者形成正交坐标系；X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪通过测量角镜绕直角坐标系X、Y、 Z三轴的角度变化来获取被测运动系统的姿态变化，其中X平面相位偏移干涉仪测量运动系统绕Y、z轴的角度变化值，Y平面相位偏移干涉仪测量运动系统绕χ、ζ轴的角度变化值， 取两台平面相位偏移干涉仪测量绕Z轴角度变化值的平均值作为绕Z轴的角度变化值；X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪将获取的被测运动系统的三个角度变化值变为电压信号送入控制系统，控制系统对三个角度变化值进行坐标变换计算并按照计算结果控制姿态调整机构动作，实现对被测运动系统的姿态修正。
2.根据权利要求1所述的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其特征在于 所述X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪的干涉光源为激光，干涉系统采用平行光的干涉波面，干涉波面的尺寸决定于测量角度的精度要求。
3.根据权利要求1所述的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其特征在于 所述测量角镜的两个测量面尺寸均大于其对应入射方向的平面相位偏移干涉仪的同光口径。
4.根据权利要求1所述的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其特征在于 所述姿态调整执行机构为柔性铰链形式的机械性柔性结构。
5.根据权利要求1所述的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其特征在于 所述姿态调整执行机构为采用单点支撑的转动结构形式。
6.根据权利要求4或者5所述的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其特征在于所述姿态调整执行机构的驱动部分为压电器件或者位移发生器。
7.根据权利要求6所述的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其特征在于 所述姿态调整执行机构的驱动部分为电机。
8.根据权利要求1所述的一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，其特征在于 所述X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪均为泰曼格林式干涉仪。
全文摘要
本发明涉及一种应用相位偏移干涉技术的姿态修正系统，属于精密测量及修正技术领域。由X轴平面相位偏移干涉仪、Y轴平面相位偏移干涉仪、姿态调整机构、测量角镜和控制系统组成；X轴平面相位偏移干涉仪和Y轴平面相位偏移干涉仪通过测量角镜绕直角坐标系X、Y、Z三轴的角度变化来获取被测运动系统的姿态变化，并将三个角度变化值变为电压信号送入控制系统，控制系统对三个角度变化值进行坐标变换计算并按照计算结果控制姿态调整机构动作，实现对被测运动系统的姿态修正。本发明结构简单，操作方便，成本低，测量及控制精度高，采用两台平面相位偏移干涉仪即可同时测量三个坐标轴的转角变化值，并能够实现姿态修正。
文档编号G01B11/26GK102230825SQ20111005356
公开日2011年11月2日 申请日期2011年3月7日 优先权日2011年3月7日
发明者兰一兵, 朱振宇, 李华丰, 李强, 梁志国, 王霁 申请人:中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所