[发明专利]一种用于风洞天平加载头高精度实时复位测量的装置

说明书

本发明公开的一种用于风洞天平加载头高精度实时复位测量的装置，属于几何量测量领域。本发明主要由两部分组成，一是激光发射与加载头姿态测量模块，二是高精度位置测量模块。激光发射与加载头姿态测量模块采用两套并分别垂直于高精度位置测量模块相邻的测量面并固定安装方案，实现高精度位置测量模块及与其固定连接的加载头的姿态测量；高精度位置测量模块安装在加载头上，用于接收两个相互垂直的激光发射与加载头姿态测量模块产生并发射的两束激光，通过两个二维PSD传感器感应两路激光的位置实现高精度位置测量模块及安装加载位置的位置测量。本发明能够实现加载头位置与姿态测量，且能够减小加载头参考测量座的体积，适应更小的加载头。

技术领域

本发明属于几何量测量领域，涉及一种用于风洞天平加载头高精度实时复位测量的装置，直接应用于风洞天平静校台加载头的空间坐标位置与姿态角度的高精度实时测量。

背景技术

风洞天平是飞行器模型在风洞中进行模拟试验，并实现各个方向力和力矩测量的装置，是航空航天飞行风洞测力实验不可缺少的重要测量设备。风洞天平静校台就是模拟飞行器在风洞中的受力状态，通过加载头对天平进行精确加载，并给出天平工作公式的校准装置。天平校准公式的准确程度直接影响了天平的性能，为提高风洞天平校准的精度，必须将加载头精确的移动到加载坐标系对应的精确位置上，以保证载荷的大小、方向及作用点的准确。而要进行加载头的精确移动必须有高精确的测量手段来保证。

目前风洞天平加载头初始位置定位的手段有四种：

第一种是传统的机械定位方案，该种方案采用机械定位台上安装金属定位点或定位块，采用三点定位或点线面定位方案实现加载头定位，定位后再在加载头上安装基准板，通过六个非接触激光位移传感器测量基准板实现初始位置记录，之后将机械定位台移开，再进行加载，加载后再通过非接触激光位移传感器进行复位测量，此种方法初始定位手段受到机械上下重复定位，及三点或点线面重复定位的影响，位置重复定位精度难以优于0.08mm，长期使用后精度还会由于机械磨损而下降，不能满足高精度风洞天平加载的需求。

第二种是测微准直方案，该方案首先由北京长城计量测试技术研究所提出，其在加载头上固定安装基准立方镜，基准立方镜四个侧面均设计有高精度居中的十字刻线，通过与相邻的基准立方镜两个面进行瞄准与准直的测微准直望远镜分别测量十字刻线位置及准直像实现风洞天平加载头的复位测量，该种方案采用瞄准与准直原理，角度测量误差±5″，位移测量误差±0.05mm，具有定位精度高，非接触测量的特点；但是由于采用测微准直望远镜作为瞄准与准直器件，测量时需要分别进行调焦，调焦后需要人眼去瞄准，即便是采用CCD手段进行瞄准，也不可避免瞄准与准直两个状态切换时的人工调焦，因此调整时间长，位移与姿态不能同时实现快速测量，因此还需要通过六个非接触激光位移传感器测量基准板实现初始位置记录与加载后的复位测量，方便加载头复位机构的运动反馈测量。

第三种是光电复合测量方案，该方案由西南科技大学提出，加载头测量的主要方式是非接触被动式测量，测量系统分为八台线阵CCD相机和信标指示光源两个部分，其中八台线阵CCD相机分为四组，相互垂直安装的两台为一组，四组相机相互垂直于加载坐标系的加载面安装；指示光源则是在一个平面内产生相互垂直的四束十字激光线激光光斑，激光光斑的中心及走线方向作为参考坐标系的X轴、Y轴，固定安装在加载头上，其发射的光在八台线阵CCD的读数反应加载头的位置，此种方案有效的解决了加载头高精度复位实时测量的问题，但是系统采用八台CCD相机作为测量传感器成本较高，此外，系统采用四面安装八台CCD相机方案，激光受容易遮挡，采用激光发射器安装在加载头上的方案，占用加载头位置大，不利于加载。