[发明专利]一种非接触式扭转角测量系统及测量方法

说明书

一种非接触式扭转角测量系统及测量方法，属于光电测量技术领域。解决了现有技术中扭转角测量系统和测量方法无法适用于非接触、远距离、全周360°的扭转角的测量的问题。本发明的测量系统包括发射光路单元、接收光路单元和控制系统，其中，发射光路单元包括光源、发射光栅、照明透镜和发射透镜；接收光路单元包括接收透镜、光电编码器、伺服电机、接收光栅和图像传感器；控制系统对图像传感器采集的图像进行分析，根据分析结果对伺服电机进行伺服控制，同时采集光电编码器角度数据，结合图像数据进行处理，计算得到测量结果。该测量系统和测量方法适用于非接触、远距离、全周360°的扭转角的测量。

技术领域

本发明属于光电测量技术领域，具体涉及一种非接触式扭转角测量系统及测量方法，尤其适用于非接触、远距离、全周360°的扭转角的测量。

背景技术

扭转角的测量是角度计量科学的重要组成部分，特别是高精度扭转角的测量在精密加工、航空航天、军事和通信等许多领域都具有极其重要的意义和作用。因其应用广泛，各研究单位进行了大量的试验研究，获得很多种测量方法。根据不同的测量精度、测量范围及自动化程度等的要求，可分为机械测量、电磁测量、电子测量以及光电测量等。其中光电测角法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而倍受重视，各种新的光电测角法也不断出现，例如光电编码器法、自准直法、光干涉法等。但是，即便扭转角的测量方法众多，在实际测量中，仍会遇到一些难以克服的问题，比如：有些测量需要完全非接触，且测量距离远(10m-100m)，而常用的光电编码器法，虽然是非接触式测量，但测量两部分必须相距很近，因此无法采用这种测量方法；还有些测量不但要求测量精度很高，而且要求测量范围大，而采用自准直法或光干涉法虽然能够实现很高的测量精度，但测量范围极小，无法满足大范围内的角度测量。

在实践中，经常会遇到测量点距离远、测量范围大、同时还需要高精度测量的需求。比如大型船舰甲板很长，通常长度都大于数十米。在海浪等影响下，甲板会发生较大的扭转变形，一些舰载高精度测量设备需要用该扭转角进行计算补偿，因此需要对该扭转角进行精确测量。另外，在很多工业自动化设备中，常常需要对机械臂和目标部件精确对准，不仅仅是位置对准还包括扭转角度的对准，这也需要对扭转角进行实时精密测量。

由此可见，实现一种测量点相距较远，测量量程大，结构简单并且能够实现高精度扭转角测量的方法，在实际工程应用中具有重要的意义和价值。

发明内容

本发明解决的技术问题是如何提供一种非接触式扭转角测量系统及测量方法，使其既能够实现远距离非接触测量，测量距离为1m～100m，两个测量点间存在光通道即可，无须其它辅助设备，也能够实现全周360°角度测量，测量范围无盲区，任意范围扭转角均可测量，且能够保证高的角度测量精度，扭转角测量精度为角秒级。

本发明解决上述技术问题采取的技术方案如下。

本发明的非接触式扭转角测量系统，包括发射光路单元、接收光路单元和控制系统；

所述发射光路单元包括光源、发射光栅、照明透镜和发射透镜；

所述接收光路单元包括接收透镜、光电编码器、伺服电机、接收光栅和图像传感器；

发射光路单元和接收光路单元分别通过外壳封装，封装的发射光路单元置于一个测量点，封装的接收光路单元置于另一个测量点，光源发射的光，通过照明透镜将发射光栅均匀照亮，发射光栅位于发射透镜的焦平面上，经过发射透镜后形成一个光栅像，光栅像以平行光的方式射入接收透镜，接收光栅位于接收透镜的焦平面上，光栅像叠加到接收光栅上，形成莫尔条纹；

所述伺服电机通过转动带动接收光栅转动；

所述光电编码器测量接收光栅转动的角度；

所述图像传感器采集莫尔条纹；