專利名稱：柔性噴管動態測試儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種柔性噴管動態測量儀，屬于擺動物體的運動參數動態測量方法及測量系統的改進。
90110242.3中國專利公開了一種擺動物體運動參數測量方法及測量系統，此系統是由兩個光電測量頭內的五路CCD光學測量頭分別對其設置在擺動物體上的目標標線進行非接觸測量，其測量系統采用統一的時鐘控制及匹配包含放大和二值化浮動閥值處理電路，同時采用可變測量零點，所測數據由微機按一定的數學模型進行運算，并對計算量進行實時誤差校正。這種由兩個光電測量頭組成的測量系統，其不足之處在于僅能測得擺動物體的三個自由度運行參數，即繞二個坐標旋轉的角位移量及坐標原點沿Z向的線位移量，因而對擺動物體的運動參數測量具有一定的局限性。
本實用新型的目的在于避免上述現有技術的不足而提供一種對作空間六自由度擺動物體運動參數進行實時測量的柔性噴管動態測量儀。
本實用新型的目的是通過以下措施來實現的在擺動物體運動參數動態測量系統中的X方向還設置一個刻有二條目標標線靶板1在柔性噴管1′上，在與之相對的有限距離內，有2路CCD光學測量頭4X3、4X4安裝在一個光電測量頭3′內。并與二條目標標線相對提取柔性噴管的瞬時運動變化量，光電測量頭的輸出信號經放大、處理后送微機按一定的數學模型進行運算并對誤差進行實時校正，通過一切換電路對測量系統進行切換控制，完成柔性噴管三個自由度，六個自由度運動參數的測量。
圖1本實用新型結構立體圖圖2本實用新型測量原理圖圖3本實用新型結構框圖本實用新型相比已有技術具有如下優點1.該測量系統在X方向設置有二個光電測量頭，可測出六個自由度的運動參數，并且精度提高。
2.通過切換開關切換，可分別測量三個自由度運動參數及六個自由度的運動參數，擴展了儀器的使用范圍，增加了功能。
3.測量信號的提取電路增加了抗干擾濾波電路，使系統信號提取穩定可靠。
4.顯示系統能對六個自由度運動參數進行顯示，使用方便。
5.測量系統的測量范圍大繞X、Y軸擺角測量范圍為αx、αy0～±8°繞Z軸擺角測量范圍為αz0～±4°線位移量測量范圍為X、Y、Z0～±10mm測量精度為Δαx、Δαy≤±25″Δαz≤±40″ΔX、ΔY、ΔZ≤±0.3mm。
下面結合實施例作詳細說明本實用新型是用于測量固體發動機柔性噴管的三維擺角，及三維擺心位移參數實時測量的一個實施方案，如圖3所示采用同步工作的七路CCD光學測量頭4，以大地坐標為基準，檢測設置在噴管1′的靶標1上的目標標線2繞噴管X、Y、Z軸轉動和擺心沿X、Y、Z軸方向運動時的相對線位移量，經光電轉換與數字信號的處理，送微機計算出噴管1′的瞬時擺角αx、αy、αz和擺心在X、Y、Z軸方向的位移量X、Y、Z，并為減少系統的測量誤差，對計算量作實時誤差修正。其測量系統由3個靶板，3個光電測量頭3，電氣轉接站6，運算控制臺11組成。各部份之間采用多芯電纜進行信號連接。
如圖3所示在噴管1′上設置共刻有7條目標標線(2、2″、2″)的3個靶板1，并有分別與目標標線相對的7路CCD光學測量頭(4X1、4Z、4X2、4X3、4X4、4Y1、4Y2)，各路CCD光學測量頭輸出信號經各自的放大、處理電路(7、8)經接口電路10把各路數據送微機按如下的計算公式進行六個自由度運動參數計算。
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為測量系統測出的，在垂直于X軸方向的標線位移在象面測量值；Y′1、Y′2為測量系統測出的，在垂直于Y軸方向的標線位移在象面測量值；Z’為測量系統測出的，沿Z軸方向的標線位移在象面測量值；F1～F2為相應測量光路的焦距值；R為標線距擺軸的距離；RZ為Z標線距擺心的垂直距離；L1～F2為相應測量光路的初始物距值；H、h為垂直方向測量頭中心至擺心距；αX、αY、αZ為噴管繞X、Y、Z軸的擺角；X、Y、Z為擺心的位移。
為避免測量系統誤差，對其測量值進行實時誤差校正，最后測得噴管1′的瞬時六自由度的運動參數即αx、αy、αz、X、Y、Z。
本實用新型并不僅限于對擺動物體的六自由度的運動參量的測量，也可通過一切換電路開關對三個自由度運動參量的測量，還可對被測裝置的動態特性進行檢測。除此以外，還可代替發動機噴管伺服系統檢測單元參加控制回路工作，滿足火箭姿態控制仿真試驗要求。
權利要求1.一種由設置在柔性噴管1′上的靶板1，和X、Y方向的光電測量頭，及電氣轉接站和運動控制臺構成的柔性噴管動態測量儀，其特征在于在柔性噴管1′的另一側設置了刻有二條目標標線2′的靶板1，在與之相對的有限距離內，有2路CCD光學測量頭4x3、4x4安裝在一個光電測量頭3′內，其輸出信號經放大，處理送微機按一定的數學模型進行運算，并作實時誤差校正，通過一切換控制電路完成柔性噴管三個自由度、六個自由度運動參數的測量。
專利摘要本實用新型是一種柔性噴管動態參數測量儀，屬于現有擺動物體的運動參數動態測量系統的改進，在測量系統中噴管X方向兩側及Y向一側分別設有一個光電測量頭，按統一的時鐘控制進行運動參數的信號提取，經放大、處理后，送微機按一定數學模型計算，并作實時校正，能穩定可靠地分別測出運動物體的三個自由度和六個自由度運動參數，并能對測量參數進行顯示，方便用戶。本實用新型還可對被測裝置的動態特性進行檢測。除此之外，可代替發動機噴管伺服系統檢測單元參加控制回路工作，滿足火箭姿態控制仿真試驗要求。
文檔編號G01M15/00GK2127494SQ9221453
公開日1993年2月24日 申請日期1992年5月4日 優先權日1992年5月4日
發明者朱耆祥, 毛羽國, 李永遠, 何上封, 吳欽章 申請人:中國科學院光電技術研究所