专利名称：用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置与方法
技术领域：
本发明属于光学变形测量技术领域，特别涉及一种角秒级三维光学变形测量装置的安装装置与方法。
背景技术：
光学变形测量技术可广泛用于大型运动平台变形测量和高精度姿态基准传递等方面，具有测量精度高、直接测量、稳定性好等优点。目前的光学变形测量大多采用准直光路方法实现。在实际应用时，由于环境温度变化和载体的运动引起的受力状态变化等因素的影响，最终的变形测量精度与具体的精密安装装置和方法密切相关。国防科学技术大学的胡春生等在申请号为201210377685. 2的发明专利中公布了一种基于准直光路和面阵探测器的角秒级三维光学变形测量装置，其主要结构如图I所示。该测量装置由发射模块33、接收模块34和处理模块35三大部分构成。发射模块33由光源I、光阑2和发射光学系统31构成，发射模块33的各部件采用光学固定座和调节架固定在参考基准23上。该装置能实时测量待测物22与参考基准23的三维变形。光阑2位于光源I和发射光学系统31之间，且位于发射光学系统31的焦平面上,光源I和光阑2的中心都在发射光学系统31的光轴上，由此构成发射准直光路。光源I照射光阑2，发射光学系统31将透过光阑2的光束准直发射到接收模块34中。接收模块34主要由接收光学系统32和面阵探测器8构成，接收模块34的各部件采用光学固定座和调节架固定在待测物22上。面阵探测器8位于接收光学系统4的焦平面上，而且其中心位于接收光学系统32光轴上，由此构成接收准直光路。发射模块33发射的准直光束经过接收光学系统32会聚后成像在面阵探测器8上，面阵探测器8探测的是光阑2的光阑图像。处理模块35采用工控机、嵌入式计算机、台式计算机或笔记本电脑等设备，在处理模块35中包含变形解算软件。处理模块35通过千兆以太网、高速USB或1394等接口与接收模块34中的面阵探测器8连 接，实时采集面阵探测器8探测的光阑图像，变形解算软件计算三维变形。该装置能够实时测量待测物22与参考基准23之间的三维变形，方位、俯仰和横滚方向变形的测量精度都可以达到角秒量级，而且具有结构简单、成本低、加工难度小和占用空间小等优点。在角秒级三维光学变形测量装置中，精密光学零件(包含光学系统、光阑、光源和面阵探测器)的精密安装是影响最终的变形测量精度的关键因素之一，在安装精度和稳定性等方面具有很高的要求。有些零件(如光阑和面阵探测器等)还需要进行精密的位置调节且调节后能可靠固定，需要充分考虑调节的方便性和调节后的稳定性。为了达到角秒级的变形测量精度，还需要充分考虑环境温度变化和三维光学变形测量装置受力状态变化引起的变形测量误差。目前公开的三维光学变形测量装置只提供了测量装置的结构图和基于光学固定座和调整架的简易安装方法，没有提供各元件的专用精密安装装置与方法。基于光学固定座和调整架的简易安装方法可以实现三维光学形变测量装置各部分的安装和调节，但是难以达到较好的温度稳定性和受力状态变化时的结构稳定性，从而导致在温度变化或外力变化条件下变形测量精度明显下降。
如何既能将图I所示角秒级三维光学变形测量装置的发射模块和接收模块的各部分进行可靠安装，又具有精密可调、调节方便和调节后稳定可靠等特点，而且在环境温度变化和受力状态变化等实际条件下具有很好的稳定性，是本领域技术人员极为关注的技术问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提出一种用于角秒级三维光学变形测量的精密安装装置与方法，使得能将图I所示角秒级三维光学变形测量装置的发射模块和接收模块的各部件按要求进行可靠安装，能将三维光学变形测量装置的光阑调节到发射光学系统的焦平面上，能将三维光学变形测量装置的面阵探测器调节到接收光学系统的焦平面上，而且具有精密可调、调节方便和调节后稳定可靠等特点，在环境温度变化和受力状态变化等实际条件下具有很好的稳定性。 本发明提出的安装装置由发射模块安装装置和接收模块安装装置构成。三维光学变形测量装置的光源、光阑和发射光学系统安装在发射模块安装装置内部，三维光学变形测量装置的接收光学系统和面阵探测器安装在接收模块安装装置内部。发射模块安装装置由发射主镜筒、发射透镜压圈、发射透镜固定盖、发射尾部调整架、光源安装架、光源安装板和光阑安装板组成。发射尾部调整架、发射透镜压圈和发射透镜固定盖安装在发射主镜筒上，光源安装架安装在发射尾部调整架上，光阑安装板和光源安装板安装在光源安装架上。发射主镜筒由钢管、轴向加强筋、径向加强筋、尾部支撑架、首部支撑架、尾部安装架和首部安装架构成。多组轴向加强筋和多组径向加强筋通过焊接方式连接到钢管上，轴向加强筋和径向加强筋交界处也通过焊接方式加强。尾部支撑架焊接在尾部的径向加强筋上，首部支撑架焊接在首部的径向加强筋上。尾部安装架在尾部的径向加强筋上加工得到，首部安装架在钢管的首部上加工得到。发射尾部调整架安装在尾部安装架上，三维光学变形测量装置的发射光学系统安装在首部安装架上。钢管是发射主镜筒的主体部分，为空心钢管结构，钢管的内径小于三维光学变形测量装置的发射光学系统的外径，钢管的外径大于三维光学变形测量装置的发射光学系统的外径。钢管长度略长于三维光学变形测量装置的发射光学系统的焦距，每个轴向加强筋的长度略小于钢管的长度。为了提高发射主镜筒的受力稳定性，在钢管的外侧增加轴向加强筋和径向加强筋。轴向加强筋沿钢管外侧圆周成等角度间隔分布，数量为2根以上。从钢管的首部到尾部增加2个以上的径向加强筋，沿钢管中心轴向等距离间隔分布。轴向加强筋和径向加强筋均由钢板切割加工而成，焊接到钢管上。在各轴向加强筋和径向加强筋的作用下，外力引起钢管的变形会明显减小。这种结构的发射主镜筒具有结构对称性好、温度稳定性好、受力变形小、加工方便和成本低等优点。为了便于发射主镜筒的安装和调节，在钢管尾部的径向加强筋上焊接有尾部支撑架，在钢管首部的径向加强筋上焊接有首部支撑架。尾部支撑架和首部支撑架为板状结构，尾部支撑架和首部支撑架的两侧分别焊接有2个三角形板状加强筋。为了安装调节方便，发射主镜筒采用三点式安装结构，即尾部支撑架的两侧加工2个安装通孔及相应安装凸台、首部支撑架的中间加工I个安装通孔及相应安装凸台，总共有3个安装通孔及3个安装凸台，3个安装凸台共面。该安装结构基于3点共面方式实现发射主镜筒的安装和调节，具有稳定性好、调节方便、易于加工等优点。发射主镜筒的尾部安装架51用于安装发射尾部调整架。尾部安装架由安装平板和限位环组成，安装平板为环状结构，中间为圆形通孔，通孔直径略大于钢管的内径。安装平板上加工有一组螺纹孔，该组螺纹孔绕圆形通孔均匀分布。限位环为环状结构，内径大于安装平板的圆形通孔直径。发射尾部调整架通过螺栓安装在安装平板上，安装时限位环用于对发射尾部调整架进行限位。发射主镜筒的首部安装架用于安装三维光学变形测量装置的发射光学系统。首部安装架为管状结构，直接在钢管的首部加工得到，具有较好的稳定性。首部安装架的内部为圆柱面，圆柱面直径略大于发射光学系统的外径。首部安装架外侧面上加工有外螺纹。三维光学变形测量装置的发射光学系统嵌入安装在首部安装架内部，圆柱面用于对发射光学系统进行限位。外螺纹用于安装发射透镜固定盖。发射尾部调整架由方形框架和法兰盘构成。方形框架和法兰盘为一体化结构，由一段圆形钢材整体加工得到，具有较好的稳定性。法兰盘为圆形板状结构，中心加工有一个方形通孔。法兰盘的边沿加工有一组呈圆形分布的通孔；该通孔与尾部安装架的安装平板上的螺纹孔配合。方形框架为方形管状结构，方形框架底部内壁加工有2个水平安装凸台，内侧一个壁加工有一个垂直安装凸台，水平安装凸台和垂直安装凸台均为长方形，长度与方形框架的长度相等，2个水平安装凸台共面。方形框架的顶部加工有2排螺纹孔，2排螺纹孔分别在2个水平安装凸台正上方。方形框架的未加工垂直安装凸台的侧壁上加工有I排螺纹孔，该螺纹孔的高度与垂直安装凸台的高度相对应。光源安装架由方形支撑架、光源安装结构、光阑安装结构和安装凸台构成,光源安装结构、光阑安装结构和安装凸台在方形支撑架内部，光源安装结构在光阑安装结构和安装凸台之间。光源安装架为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到，具有较好的稳定性。方形支撑架为方形管状结构，外侧和内侧都为倒圆角的方形。方形支撑架的高度H和宽度L略小于发射尾部调整架的方形框架的内部高度Hl和宽度LI。光源安装结构为方形管状结构，中间为倒圆角的方形通孔，外表面与方形支撑架内侧连为一体。光源安装结构的后表面(距离光阑安装结构较远的面)上加工有4个螺纹孔，用于安装光源安装板。光阑安装结构为方形管状结构，中间为倒圆角的方形通孔(该通孔的大小和形状与光源安装结构的方形通孔相同)，外表面与方形支撑架内侧连为一体。光阑安装结构前表面(距离光源安装结构较远的面)加工有安装凸台。安装凸台外表面与方形支撑架内侧连为一体，内部为方形。安装凸台的内部高度H2和宽度L2略大于三维光学变形测量装置的光阑的高度和宽度，安装凸台的厚度略大于光阑的厚度。安装凸台上加工有4个螺纹孔，用于安装光阑安装板。光源安装架的底部外壁为水平基准面，左侧外壁为垂直基准面。 发射透镜压圈为环状结构，采用铝材加工而成。发射透镜压圈的外径略小于发射主镜筒的首部安装架的内径，发射透镜压圈的内径小于三维光学变形测量装置的发射光学系统的外径，发射透镜压圈与发射光学系统的边沿厚度之和略大于首部安装架的厚度。发射透镜压圈和发射光学系统都嵌入安装在发射主镜筒的首部安装架的内部，安装时先安装在发射光学系统，然后安装发射透镜压圈。
发射透镜固定盖由管状主体和环状端盖构成。发射透镜固定盖为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到，具有较好的稳定性。管状主体为管状结构，其外径大于发射主镜筒的首部安装架的外径。 管状主体内表面加工有内螺纹，内螺纹与首部安装架的外螺纹匹配，发射透镜固定盖通过内螺纹安装在首部安装架上。环状盖板为环状结构，其外径等于管状主体的外径，内径等于发射透镜压圈的内径。光阑安装板为八边形板状结构(每个角都倒圆角)，采用铝材加工而成。光阑安装板的功能是将三维光学变形测量装置的光阑安装到光源安装架上。光阑安装板的边沿加工了 4个通孔，该通孔与光源安装架的安装凸台的4个螺纹孔配合。光阑安装板上加工有安装凸台，安装凸台为方形管状结构。安装凸台的内部和外部均为方形(每个角都倒圆角)，安装凸台的内部高度H4和宽度L4均略大于光阑的高度和宽度。光阑安装板的中心加工有一个方形通孔(每个角都倒圆角)，该方形通孔的高度和宽度均略大于光阑的光阑图案的高度和宽度。光源安装板为八边形板状结构(每个角都倒圆角)，采用铝材加工而成。光源安装板用于安装三维光学变形测量装置的光源I。光源安装板的中心加工有I个圆形盲孔，其深度大于光源I的厚度，直径大于光源I的外径。圆形盲孔底部加工了 4个螺纹孔和一个引线孔，光源I通过螺纹孔安装在圆形盲孔中，引线孔为光源的引线通道。光源安装板的边沿加工有4个通孔，该通孔与光源安装架中光源安装结构的4个螺纹孔配合，光源安装板通过通孔安装在光源安装结构的上。光源安装板的外部高度H5和宽度L5小于光源安装架的方形支撑架的内部高度H3和宽度L3。接收模块安装装置由接收主镜筒、接收透镜压圈、接收透镜固定盖、接收尾部调整架和探测器安装架组成。接收尾部调整架、接收透镜压圈和接收透镜固定盖安装在接收主镜筒上，探测器安装架安装在接收尾部调整架上并且能够调整安装位置。三维光学变形测量装置的接收光学系统和面阵探测器安装在探测器安装架上，三维光学变形测量装置的接收光学系统安装在接收主镜筒的首部。接收主镜筒与发射主镜筒的结构完全相同，接收尾部调整架与发射尾部调整架的结构完全相同，接收透镜压圈与发射透镜压圈的结构完全相同，接收透镜固定盖与发射透镜固定盖的结构完全相同。为了描述方便起见，采用不同名字命名接收模块中与发送模块中结构完全相同的部件，但接收模块中与发送模块中结构相同的部件中的子零件用相同的名称(例如接收主镜筒与发射主镜筒的结构完全相同；与发射主镜筒一样，接收主镜筒同样由钢管、轴向加强筋、径向加强筋、尾部支撑架、首部支撑架、尾部安装架和首部安装架构成，而且各部分的结构、命名和编号与发射主镜筒的相应部分完全一样)。探测器安装架由方形支撑架和探测器安装板构成，探测器安装板与方形支撑架连为一体。探测器安装架为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到，具有较好的稳定性。方形支撑架为方形管状结构，外侧和内侧都为倒圆角的方形。方形支撑架的高度H7和宽度L7略小于发射尾部调整架的内部高度Hl和宽度LI，内部高度H6和宽度L6大于三维光学变形测量装置的面阵探测器的外部高度和宽度。探测器安装板为板式结构，中间加工有一个圆形通孔，该通孔的直径大于面阵探测器的光敏面外形直径。探测器安装板的4条边旁加工有4个通孔，面阵探测器通过这4个通孔安装在探测器安装板上。利用上述安装装置安装图2所示三维光学变形测量装置的安装方法是
第一步，安装三维光学变形测量装置的发射模块I. I将三维光学变形测量装置的发射光学系统安装到发射主镜筒上，具体方法为I. I. I将发射光学系统放入发射主镜筒的首部安装架内；I. I. 2将发射透镜压圈放入发射主镜筒的首部安装架内，与发射光学系统紧靠在一起。发射透镜压圈位于发射光学系统前方(靠近发射主镜筒首部);I. I. 3将发射透镜固定盖安装到发射主镜筒的首部安装架上，利用发射透镜固定盖的内螺纹和发射主镜筒的首部安装架的外螺纹将发射透镜固定盖拧紧在首部安装架上，使发射透镜固定盖紧紧压住发射透镜压圈，发射透镜压圈紧紧压住发射光学系统。I. 2将发射尾部调整架安装到发射主镜筒上，具体方法为 I. 2. I将发射尾部调整架放入发射主镜筒的尾部安装架中；I. 2. 2旋转发射尾部调整架，使发射尾部调整架的法兰盘的通孔与发射主镜筒的尾部安装架的螺纹孔对齐；I. 2. 3在发射尾部调整架的尾部安装架的每个螺纹孔中放入螺栓并拧紧。I. 3将三维光学变形测量装置的光源和光阑安装到光源安装架上，具体方法为I. 3. I将光源放入光源安装板的圆形盲孔中，将光源的连线穿过光源安装板的引线孔，利用螺栓和光源安装板的螺纹孔将光源安装到光源安装板上；I. 3. 2将光源安装板放入光源安装架内部且与光源安装结构接触，使光源安装板的通孔与光源安装结构的螺纹孔对齐，用螺栓将光源安装板安装到光源安装架上；I. 3. 3将光阑放入光源安装架的安装凸台内部且与光阑安装结构接触；1.3.4将光阑安装板放入光源安装架内部且与光阑安装结构接触，使光阑安装板的通孔与光源安装架的安装凸台的螺纹孔对齐，用螺栓将光阑安装板安装到光源安装架的光阑安装结构上，利用光阑安装板的安装凸台将光阑紧紧压在光源安装架的光阑安装结构上。I. 4将光源安装架放入发射尾部调整架的方形框架内部，先调整光源安装架位置使光阑位于发射光学系统的焦平面上，然后固定光源安装架。具体方法为I. 4. I将光源安装架放入发射尾部调整架的方形框架内部；I. 4. 2在发射尾部调整架右侧的每个螺纹孔放入螺栓，旋进螺栓使其刚好接触到光源安装架，利用螺栓和发射尾部调整架的水平安装凸台和垂直安装凸台对光源安装架进行限位，使光源安装架仅能沿发射光学系统的光轴方向移动；I. 4. 3沿发射光学系统的光轴方向移动光源安装架，在移动时利用光电经纬仪检测光阑是否调节到发射光学系统的焦平面上。通过移动光源安装架将光阑调节到发射光学系统的焦平面上；I. 4. 4在发射尾部调整架顶部的每个螺纹孔放入螺栓，拧紧每个螺栓，利用螺栓的压力将光源安装架固定在发射尾部调整架上。第二步，安装三维光学变形测量装置的接收模块2. I将三维光学变形测量装置的接收光学系统安装到接收主镜筒上，具体方法为2. I. I将接收光学系统放入接收主镜筒的首部安装架内；
2. I. 2将接收透镜压圈放入接收主镜筒的首部安装架内，与接收光学系统紧靠在一起。接收透镜压圈位于接收光学系统前方(靠近接收主镜筒首部);2. I. 3将接收透镜固定盖安装到接收主镜筒的首部安装架上，利用接收透镜固定盖的内螺纹和接收主镜筒的首部安装架的外螺纹将接收透镜固定盖拧紧在首部安装架上，使接收透镜固定盖紧紧压住接收透镜压圈，接收透镜压圈紧紧压住接收光学系统。2. 2将接收尾部调整架安装到接收主镜筒上，具体方法为2. 2. I将接收尾部调整架放入接收主镜筒的尾部安装架中；2. 2. 2旋转接收尾部调整架，使接收尾部调整架的法兰盘的通孔与接收主镜筒的尾部安装架的螺纹孔对齐；2. 2. 3在接收尾部调整架的尾部安装架的每个螺纹孔中放入螺栓并拧紧。·2. 3将三维光学变形测量装置的面阵探测器安装到探测器安装架上，具体方为2. 3. I将面阵探测器放入探测器安装架的方形支撑架内；2. 3. 2转动面阵探测器，使探测器安装架上探测器安装板的4个通孔与面阵探测器的4个螺纹孔对齐；2. 3. 3在面阵探测器的每个螺纹孔中放入螺栓，拧紧每个螺栓。2. 4将探测器安装架放入接收尾部调整架的方形框架内部，先调整探测器安装架位置使面阵探测器位于接收光学系统的焦平面上，然后固定探测器安装架。具体方法为2. 4. I将探测器安装架放入接收尾部调整架的方形框架内部；2. 4. 2在接收尾部调整架右侧的每个螺纹孔放入螺栓，旋进螺栓使其刚好接触到探测器安装架，利用螺栓和接收尾部调整架的水平安装凸台和垂直安装凸台对探测器安装架进行限位，使探测器安装架仅能沿接收光学系统的光轴方向移动；2. 4. 3将安装好的三维光学变形测量装置的发射模块放在接收光学系统的正前方；2. 4. 4沿接收光学系统的光轴方向移动探测器安装架，在移动时根据面阵探测器探测图像的清晰程度判断面阵探测器是否调节到接收光学系统的焦平面上。通过探测器安装架将面阵探测器调节到接收光学系统的焦平面上；2. 4. 5在接收尾部调整架顶部的每个螺纹孔放入螺栓，拧紧每个螺栓，利用螺栓的压力将探测器安装架固定在接收尾部调整架上。三维光学变形测量装置的发射模块和接收模块的安装顺序可以互换，即也可先安装接收模块、后安装发射模块。本发明提出了一套完整的用于角秒级三维光学变形测量的精密安装装置与方法，充分考虑了现有加工工艺水平和方便性，全面考虑了环境温度变化和受力状态变化对变形测量精度和稳定性的影响，具有稳定性好、结构简单、加工方便、易于维护、可调容易和成本低等优点。采用本发明可以达到以下技术效果(I)发射模块安装装置能将三维光学变形测量装置的光源、光阑和发射光学系统有效可靠固定，并且具有将光阑调节到发射光学系统焦平面上的功能；(2)接收模块安装装置能将三维光学变形测量装置的接收光学系统和面阵探测器有效可靠固定，并且具有将面阵探测器调节到接收光学系统焦平面上的功能；(3)发射模块安装装置和接收模块安装装置结构简单、易于加工和成本低；
(4)发射主镜筒和接收主镜筒结构对称性好、温度稳定性好、受力变形小和结构强度高；(5)发射模块安装装置的光源安装架和接收模块安装装置的探测器安装架采用滑动调节和压力固定方式，具有结构简单、调整方便、温度和受力稳定性好等优点；(6)发射模块安装装置和接收模块安装装置具有温度稳定性好、受力变形小和结构强度高等优点，从而为整个光学变形测量装置提供了良好的硬件基础，可以满足角秒级高精度变形测量的要求。(7)安装方法具有调节方便、固定可靠、易于实现等优点。
图I是背景技术公布的三维变形测量装置结构示意图；图2是本发明安装装置总体结构示意图；图3是本发明的发射主镜筒结构图；图4是本发明的发射尾部调整架结构图；图5是本发明的光源安装架结构图；图6是本发明的发射透镜压圈结构图；图7是本发明的发射透镜固定盖结构图；图8是本发明的光阑安装板结构图；图9是本发明的光源安装板结构图；图10是本发明的探测器安装架结构图。
具体实施例方式图2是本发明安装装置总体结构图。本发明提出的安装装置由发射模块安装装置13和接收模块安装装置14构成。三维光学变形测量装置的光源I、光阑2和发射光学系统31安装在发射模块安装装置13内部，三维光学变形测量装置的接收光学系统32和面阵探测器8安装在接收模块安装装置14内部。发射模块安装装置13由发射主镜筒44、发射透镜压圈41、发射透镜固定盖46、发射尾部调整架43、光源安装架42、光源安装板45和光阑安装板40组成。发射尾部调整架43、发射透镜压圈41和发射透镜固定盖46安装在发射主镜筒44上，光源安装架42安装在发射尾部调整架43上，光阑安装板40和光源安装板45安装在光源安装架42上。接收模块安装装置14由接收主镜筒16、接收透镜压圈17、接收透镜固定盖15、接收尾部调整架18和探测器安装架19组成。接收尾部调整架18、接收透镜压圈17和接收透镜固定盖15安装在接收主镜筒16上，探测器安装架19安装在接收尾部调整架18上并且能够调整安装位置。三维光学变形测量装置的接收光学系统32和面阵探测器8安装在探测器安装架19上，三维光学变形测量装置的接收光学系统32安装在接收主镜筒16的首部。图3是本发明的发射主镜筒结构图。图3(a)是后侧视图，图3 (b)是前侧视图，图·3(c)是底侧视图，图3(d)是首部安装架的前侧视图，图3(e)是尾部安装架的后侧视图。发射主镜筒44由钢管54、轴向加强筋52、径向加强筋53、尾部支撑架50、首部支撑架56、尾部安装架51和首部安装架55构成。多组轴向加强筋52和多组径向加强筋53通过焊接方式连接到钢管54上，轴向加强筋52和径向加强筋53交界处也通过焊接方式加强。尾部支撑架50通过焊接方式连接到最靠近尾部的径向加强筋53上，首部支撑架56通过焊接方式连接到最靠近首部的径向加强筋53上。尾部安装架51在最靠近尾部的径向加强筋53上加工得到，首部安装架55在钢管54的首部上加工得到。发射尾部调整架43安装在尾部安装架51上，三维光学变形测量装置的发射光学系统31安装在首部安装架55上。为了便于发射主镜筒44的安装和调节，在钢管54尾部的径向加强筋上焊接有尾部支撑架50，在钢管54首部的径向加强筋上焊接有首部支撑架56。尾部支撑架50和首部支撑架56为板状结构，尾部支撑架50和首部支撑架56的两侧分别焊接有2个三角形板状加强筋57。尾部安装架51由安装平板63和限位环64组成，安装平板63为环状结构，中间为圆形通孔，通孔直径略大于钢管54的内径。限位环64为环状结构，内径大于安装平板63的圆形通孔直径。首部安装架55的内部为圆柱面62，圆柱面62直径略大于发射光学系统31的外径。首部安装架55外侧面上加工有外螺纹61。图4是本发明的发射尾部调整架结构图。图4(a)是后视图，图4(b)是后侧视图。发射尾部调整架43由方形框架72和法兰盘76构成。方形框架72和法兰盘76为一体化结构，由一段圆形钢材整体加工得到，具有较好的稳定性。法兰盘76为圆形板状结构，内部加工了方形通孔。法兰盘76的边沿上加工了一组通孔，呈圆形分布；该通孔与尾部安装架51的安装平板63上的螺纹孔配合。方形框架72为方形框架结构，外部和内部都为方形。方形框架72内部加工了 2个水平安装凸台70和一个垂直安装凸台71，每个凸台为长方形；2个水平安装凸台70共面。方形框架72的顶部加工了 2排螺纹孔75，2排螺纹孔分别在2个水平安装凸台70正上方。方形框架72的右侧加工了 I排螺纹孔74，该螺纹孔位于垂直安装凸台71的正右方。图5是本发明的光源安装架结构图。图5(a)是后视图，图5(b)是前视图，图5(c)是后侧视图，图5(d)是前侧视图。光源安装架42由方形支撑架85、光源安装结构80、光阑安装结构88和安装凸台87构成。光源安装架42为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到，具有较好的稳定性。方形支撑架85为框架结构，外侧和内侧都为倒圆角的方形。光源安装结构80为中空的板状结构，中间为倒圆角的方形通孔。光源安装结构80上加工了4个螺纹孔，用于安装光源安装板45。光阑安装结构88为中空的板状结构，中间为倒圆角的方形通孔，该通孔的形状和尺寸与光源安装结构80的通孔相同。光源安装结构80的后表面(距离光阑安装结构88较远的面)上加工有4个螺纹孔81。光阑安装结构88前面加工了安装凸台87,其外形与方形支撑架85内部形状一样，内部为四角为圆弧的方形。安装凸台87上加工了 4个螺纹孔89，用于安装光阑安装板40。光源安装架42的外侧底部为水平基准面84，左侧为垂直基准面83。光源安装架42的底部外壁为水平基准面84，左侧外壁为垂直基准面83。图6是本发明的发射透镜压圈结构图。发射透镜压圈41为环状结构，采用铝材加工而成。发射透镜压圈41的外径略小于发射主镜筒44的首部安装架55的内径，发射透镜压圈41的内径小于三维光学变形测量装置的发射光学系统31的外径。发射透镜压圈41和发射光学系统31都安装在发射主镜筒44的首部安装架55的内部，发射透镜压圈41安装在发射光学系统31前方(靠近发射主镜筒44首部)。
图7是本发明的发射透镜固定盖结构图。发射透镜固定盖46由管状主体66和环状盖板68构成,采用圆形钢材整体加工而成。管状主体66与环状端盖68直接连为一体。管状主体66为管状结构，其外径大于发射主镜筒44的首部安装架55的外径。管状主体66内部加工了内螺纹67，内螺纹67与首部安装架55的外螺纹匹配，发射透镜固定盖46通过该螺纹安装在首部安装架55上。环状盖板68为中空的环状板式结构，其外径等于管状主体66的外径，内径等于发射透镜压圈41的内径。图8是本发明的光阑安装板结构图。图8(a)是后侧视图，图8 (b)是前侧视图。光阑安装板40为倒直角的方形板状结构，采用铝材加工而成。光阑安装板40的功能是将三维光学变形测量装置的光阑2安装到光源安装架42上。光阑安装板40的边沿加工了 4个通孔，该通孔与光源安装架42的安装凸台87的4个螺纹孔配合。光阑安装板40上加工了安装凸台91，安装凸台91为倒角的方形框架结构。光阑安装板40的中心加工了一个倒圆角的方形通孔，该通孔的尺寸大于光阑2的图样尺寸。图9是本发明的光源安装板结构图。图9(a)是前侧视图，图9 (b)是后侧视图。光 源安装板45为倒直角的方形板状结构，采用铝材加工而成。光源安装板45用于安装三维光学变形测量装置的光源I。光源安装板45的中心加工了 I个圆形盲孔93，其深度大于光源I的厚度，直径大于光源I的外径。圆形盲孔93底部加工了 4个螺纹孔95和一个引线孔96，螺纹孔95用于安装光源1，引线孔96为光源I的引线通道。光源安装板45的边沿加工了 4个通孔94，该通孔与光源安装架42中光源安装结构80的4个螺纹孔配合。光源安装板45的外形尺寸小于光源安装架42的方形支撑架85的内部尺寸。图10是本发明的探测器安装架结构图。图10(a)是后视图，图10(b)是后侧视图，图10(c)是前视图，图10(d)是前侧视图。探测器安装架19由方形支撑架36和探测器安装板37构成。探测器安装架19为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到，具有较好的稳定性。方形支撑架36为框架结构，外侧和内侧都为倒圆角的方形。探测器安装板37为中空的板式结构，位于方形支撑架36首部。探测器安装板37的4条边旁加工有4个通孔38，面阵探测器8通过这4个通孔安装在探测器安装板37上。
权利要求
1.一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置由发射模块安装装置(13)和接收模块安装装置(14)构成，发射模块安装装置(13)由发射主镜筒(44)、发射尾部调整架(43)、光源安装架(42)、发射透镜压圈(41)、发射透镜固定盖(46)、光阑安装板(40)和光源安装板(45)组成；发射尾部调整架(43)、发射透镜压圈(41)和发射透镜固定盖(46)安装在发射主镜筒(44)上，光源安装架(42 )安装在发射尾部调整架(43 )上，光阑安装板(40 )和光源安装板(45 )安装在光源安装架(42)上； 发射主镜筒(44)由钢管(54)、轴向加强筋(52)、径向加强筋(53)、尾部支撑架(50)、首部支撑架(56)、尾部安装架(51)和首部安装架(55)构成；多组轴向加强筋(52)和多组径向加强筋(53)通过焊接方式连接到钢管(54)上，轴向加强筋(52)和径向加强筋(53)交界处也通过焊接方式加强；尾部支撑架(50)焊接在尾部的径向加强筋(53)上，首部支撑架(56 )焊接在首部的径向加强筋(53 )上；尾部安装架(51)在尾部的径向加强筋(53 )上加工得到，首部安装架(55)在钢管(54)的首部上加工得到；发射尾部调整架(43)安装在尾部安装架(51)上；钢管(54)是空心钢管结构，轴向加强筋(52)沿钢管(54)外侧圆周成等角度间隔分布，径向加强筋沿钢管(54)中心轴向等距离间隔分布，轴向加强筋和径向加强筋均由钢板切割加工而成；尾部支撑架(50 )和首部支撑架(56 )为板状结构，尾部支撑架(50 )和首部支撑架(56)的两侧分别焊接有2个三角形板状加强筋(57);发射主镜筒(44)采用三点式安装结构，即尾部支撑架(50)的两侧加工2个安装通孔及相应安装凸台、首部支撑架(56)的中间加工I个安装通孔及相应安装凸台，总共有3个安装通孔及3个安装凸台，3个安装凸台共面；尾部安装架(51)由安装平板(63)和限位环(64)组成，安装平板(63)为环状结构，中间为圆形通孔，安装平板(63)上加工有一组螺纹孔，该组螺纹孔绕圆形通孔均匀分布；限位环(64 )为环状结构，发射尾部调整架(43 )通过螺栓安装在安装平板(63 )上；首部安装架(55)为管状结构，首部安装架(55)的内部为圆柱面(62);首部安装架(55)外侧面上加工有外螺纹(61)，外螺纹(61)用于安装发射透镜固定盖(46); 发射尾部调整架(43)由方形框架(72)和法兰盘(76)构成；方形框架(72)和法兰盘(76)为一体化结构，由一段圆形钢材整体加工得到，法兰盘(76)为圆形板状结构，中心加工有一个方形通孔；法兰盘(76)的边沿加工有一组呈圆形分布的通孔，该通孔与尾部安装架(51)的安装平板(63)上的螺纹孔配合；方形框架(72)为方形管状结构，方形框架(72)底部内壁加工有2个水平安装凸台(70)，内侧一个壁加工有一个垂直安装凸台(71)，水平安装凸台(70)和垂直安装凸台(71)均为长方形，长度与方形框架(72)的长度相等，2个水平安装凸台(70)共面；方形框架(72)的顶部加工有2排螺纹孔(75)，2排螺纹孔分别在2个水平安装凸台(70)正上方；方形框架(72)的未加工垂直安装凸台(71)的侧壁上加工有I排螺纹孔(74)，该螺纹孔的高度与垂直安装凸台(71)的高度相对应； 光源安装架(42)由方形支撑架(85)、光源安装结构(80)、光阑安装结构(88)和安装凸台(87)构成，光源安装结构(80)、光阑安装结构(88)和安装凸台(87)在方形支撑架(85)内部，光源安装结构(80)在光阑安装结构(88)和安装凸台(87)之间；光源安装架(42)为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到；方形支撑架(85)为方形管状结构，外侧和内侧都为倒圆角的方形；方形支撑架(85)的高度H和宽度L小于发射尾部调整架(43)的方形框架(72)的内部高度Hl和宽度LI ;光源安装结构(80)为方形管状结构，中间为倒圆角的方形通孔，外表面与方形支撑架(85)内侧连为一体；光源安装结构(80)的后表面上加工有4个螺纹孔(81)，用于安装光源安装板(45);光阑安装结构(88)为方形管状结构，中间为倒圆角的方形通孔，外表面与方形支撑架(85)内侧连为一体；光阑安装结构(88)前表面加工有安装凸台(87)，安装凸台(87)外表面与方形支撑架(85)内侧连为一体，内部为方形；安装凸台(87)上加工有4个螺纹孔(89)，光源安装架(42 )的底部外壁为水平基准面(84)，左侧外壁为垂直基准面(83)； 发射透镜压圈(41)为环状结构，采用铝材加工而成；发射透镜压圈(41)嵌入安装在发射主镜筒(44)的首部安装架(55)的内部； 发射透镜固定盖(46)由管状主体(66)和环状端盖(68)构成,发射透镜固定盖(46)为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到，管状主体(66)为管状结构，管状主体(66)内表面加工有内螺纹(67)，内螺纹(67)与首部安装架(55)的外螺纹匹配，发射透镜固定盖(46)通过内螺纹(67)安装在首部安装架(55)上；环状盖板(68)为环状结构； 光阑安装板(40)为八边形板状结构，采用铝材加工而成；光阑安装板(40)的边沿加工了 4个通孔，该通孔与光源安装架(42)的安装凸台(87)的4个螺纹孔配合，光阑安装板(40)上加工有安装凸台(91)，安装凸台(91)为方形管状结构，安装凸台(91)的内部和外部均为方形，光阑安装板(40)的中心加工有一个方形通孔； 光源安装板(45)为八边形板状结构，采用铝材加工而成；光源安装板(45)的中心加工有I个圆形盲孔(93)，其深度大于光源I的厚度，直径大于光源I的外径；圆形盲孔(93)底部加工了 4个螺纹孔(95)和一个引线孔(96)，光源I通过螺纹孔(95)安装在圆形盲孔(93)中，引线孔(96)为光源I的引线通道；光源安装板(45)的边沿加工有4个通孔(94)，该通孔(94)与光源安装架(42)中光源安装结构(80)的4个螺纹孔配合，光源安装板(45)通过通孔(94)安装在光源安装结构(80)的上； 接收模块安装装置(14)由接收主镜筒(16)、接收透镜压圈(17)、接收透镜固定盖(15)、接收尾部调整架(18)和探测器安装架(19)组成；接收尾部调整架(18)、接收透镜压圈(17)和接收透镜固定盖(15)安装在接收主镜筒(16)上，探测器安装架(19)安装在接收尾部调整架(18)上并且能够调整安装位置；三维光学变形测量装置的接收光学系统(32)和面阵探测器(8)安装在探测器安装架(19)上，三维光学变形测量装置的接收光学系统(32)安装在接收主镜筒(16)的首部； 接收主镜筒(16)与发射主镜筒(44)的结构相同，接收尾部调整架(18)与发射尾部调整架(43)的结构相同，接收透镜压圈(17)与发射透镜压圈(41)的结构相同，接收透镜固定盖(15)与发射透镜固定盖(46)的结构相同； 探测器安装架(19 )由方形支撑架(36 )和探测器安装板(37 )构成，探测器安装板(37 )与方形支撑架(36)连为一体；探测器安装架(19)为一体化结构，由一段方形钢材整体加工得到；方形支撑架(36)为方形管状结构，外侧和内侧都为倒圆角的方形；探测器安装板(37)为板式结构，中间加工有一个圆形通孔；探测器安装板(37)的4条边旁加工有4个通孔(38 )，面阵探测器(8 )通过这4个通孔安装在探测器安装板(37 )上。
2.如权利要求I所述的一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于所述发射主镜筒(44)的钢管(54)的内径小于三维光学变形测量装置的发射光学系统(31)的外径，钢管(54)的外径大于三维光学变形测量装置的发射光学系统(31)的外径，钢管(54)长度长于三维光学变形测量装置的发射光学系统(31)的焦距，每个轴向加强筋的长度小于钢管(54)的长度；所述发射主镜筒(44)的轴向加强筋(52)和径向加强筋(53)数量均为2根以上；所述安装平板(63)中间的圆形通孔直径大于钢管(54)的内径；限位环(64)内径大于安装平板(63)的圆形通孔直径；所述首部安装架(55)为的圆柱面(62)直径大于发射光学系统(31)的外径。
3.如权利要求I所述的一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于所述光源安装架(42)的光阑安装结构(88)中间的方形通孔的大小和形状与光源安装结构(80)的方形通孔相同；所述安装凸台(87)的内部高度H2和宽度L2大于三维光学变形测量装置的光阑(2)的高度和宽度，安装凸台(87)的厚度大于光阑(2)的厚度。
4.如权利要求I所述的一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于所述发射透镜压圈(41)的外径小于发射主镜筒(44)的首部安装架(55)的内径，发射透镜压圈(41)的内径小于三维光学变形测量装置的发射光学系统(31)的外径，发射透镜压圈(41)与发射光学系统(31)的边沿厚度之和大于首部安装架(55)的厚度。
5.如权利要求I所述的一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于所述发射透镜固定盖(46)的管状主体(66)外径大于发射主镜筒(44)的首部安装架(55)的外径；环状盖板(68)外径等于管状主体(66)的外径，内径等于发射透镜压圈(41)的内径。
6.如权利要求I所述的一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于所述光阑安装板(40)的每个角都倒圆角，光阑安装板(40)上的安装凸台(91)的每个角都倒圆角，安装凸台(91)的内部高度H4和宽度L4均大于光阑(2)的高度和宽度；光阑安装板(40 )的中心加工的方形通孔的每个角都倒圆角，该方形通孔的高度和宽度均大于光阑(2)的光阑图案的高度和宽度。
7.如权利要求I所述的一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于所述光源安装板(45)的每个角都倒圆角，光源安装板(45)的外部高度H5和宽度L5小于光源安装架(42)的方形支撑架(85)的内部高度H3和宽度L3。
8.如权利要求I所述的一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置，其特征在于所述探测器安装架(19)的方形支撑架(36)的高度H7和宽度L7小于发射尾部调整架(18)的内部高度Hl和宽度LI，内部高度H6和宽度L6大于三维光学变形测量装置的面阵探测器(8)的外部高度和宽度；探测器安装板(37)中间的圆形通孔的直径大于面阵探测器(8)的光敏面外形直径。
9.一种采用如权利要求I所述用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置进行测量装 置安装的方法，其特征在于包括以下步骤 第一步，安装三维光学变形测量装置的发射模块 I.I将三维光学变形测量装置的发射光学系统(31)安装到发射主镜筒(44)上，具体方法为 I.I. I将发射光学系统(31)放入发射主镜筒(44)的首部安装架(55)内； I.I. 2将发射透镜压圈(41)放入发射主镜筒(44)的首部安装架(55)内，与发射光学系统(31)紧靠在一起，发射透镜压圈(41)位于发射光学系统(31)前方即靠近发射主镜筒(44)首部的位置； .1.I. 3将发射透镜固定盖(46)安装到发射主镜筒(44)的首部安装架(55)上，利用发射透镜固定盖(46)的内螺纹和发射主镜筒(44)的首部安装架(55)的外螺纹将发射透镜固定盖(46)拧紧在首部安装架(55)上，使发射透镜固定盖(46)紧紧压住发射透镜压圈(41)，发射透镜压圈(41)紧紧压住发射光学系统(31); .1.2将发射尾部调整架(43)安装到发射主镜筒(44)上，具体方法为 .1.2. I将发射尾部调整架(43)放入发射主镜筒(44)的尾部安装架(51)中；.1.2. 2旋转发射尾部调整架(43)，使发射尾部调整架(43)的法兰盘(76)的通孔与发射主镜筒(44)的尾部安装架(51)的螺纹孔对齐；.1.2. 3在发射尾部调整架(43)的尾部安装架(51)的每个螺纹孔中放入螺栓并拧紧；.1.3将三维光学变形测量装置的光源I和光阑(2)安装到光源安装架(42)上，具体方法为.1.3. I将光源I放入光源安装板(45)的圆形盲孔(93)中，将光源I的连线穿过光源安装板(45)的引线孔(96)，利用螺栓和光源安装板(45)的螺纹孔(95)将光源I安装到光源安装板(45)上；. 1.3. 2将光源安装板(45)放入光源安装架(42)内部且与光源安装结构(80)接触，使光源安装板(45)的通孔(94)与光源安装结构(80)的螺纹孔对齐，用螺栓将光源安装板(45)安装到光源安装架(42)上； . 1.3. 3将光阑(2)放入光源安装架(42)的安装凸台(87)内部且与光阑安装结构(88)接触； .1.3. 4将光阑安装板(40)放入光源安装架(42)内部且与光阑安装结构(88)接触，使光阑安装板(40)的通孔与光源安装架(42)的安装凸台(87)的螺纹孔对齐，用螺栓将光阑安装板(40)安装到光源安装架(42)的光阑安装结构(88)上，利用光阑安装板(40)的安装凸台(91)将光阑(2 )紧紧压在光源安装架(42 )的光阑安装结构(88 )上；.1.4将光源安装架(42)放入发射尾部调整架(43)的方形框架(72)内部，先调整光源安装架(42)位置使光阑(2)位于发射光学系统(31)的焦平面上，然后固定光源安装架(42)，具体方法为.1.4. I将光源安装架(42)放入发射尾部调整架(43)的方形框架(72)内部；.1.4. 2在发射尾部调整架(43)右侧的每个螺纹孔放入螺栓，旋进螺栓使其刚好接触到光源安装架(42)，利用螺栓和发射尾部调整架(43)的水平安装凸台(70)和垂直安装凸台(71)对光源安装架(42)进行限位，使光源安装架(42)仅能沿发射光学系统(31)的光轴方向移动； .1.4. 3沿发射光学系统(31)的光轴方向移动光源安装架(42)，在移动时利用光电经纬仪检测光阑(2)是否调节到发射光学系统(31)的焦平面上。通过移动光源安装架(42)将光阑(2)调节到发射光学系统(31)的焦平面上； .1.4. 4在发射尾部调整架(43)顶部的每个螺纹孔放入螺栓，拧紧每个螺栓，利用螺栓的 压力将光源安装架(42)固定在发射尾部调整架(43)上； 第二步，安装三维光学变形测量装置的接收模块.2.I将三维光学变形测量装置的接收光学系统(32)安装到接收主镜筒(16)上，具体方法为 .2.I. I将接收光学系统(32)放入接收主镜筒(16)的首部安装架(55)内； .2.I. 2将接收透镜压圈(17)放入接收主镜筒(16)的首部安装架(55)内，与接收光学系统(32)紧靠在一起。接收透镜压圈(17)位于接收光学系统(32)前方即靠近接收主镜筒(16)首部的位置； .2.I. 3将接收透镜固定盖(15)安装到接收主镜筒(16)的首部安装架(55)上，利用接收透镜固定盖(15)的内螺纹和接收主镜筒(16)的首部安装架(55)的外螺纹将接收透镜固定盖(15)拧紧在首部安装架(55)上，使接收透镜固定盖(15)紧紧压住接收透镜压圈(17)，接收透镜压圈(17)紧紧压住接收光学系统(32); .2.2将接收尾部调整架(18)安装到接收主镜筒(16)上，具体方法为 .2.2. I将接收尾部调整架(18)放入接收主镜筒(16)的尾部安装架(51)中； .2.2. 2旋转接收尾部调整架(18)，使接收尾部调整架(18)的法兰盘(76)的通孔与接收主镜筒(16)的尾部安装架(51)的螺纹孔对齐； .2.2. 3在接收尾部调整架(18)的尾部安装架(51)的每个螺纹孔中放入螺栓并拧紧； .2.3将三维光学变形测量装置的面阵探测器(8 )安装到探测器安装架(19 )上，具体方为 .2.3. I将面阵探测器(8)放入探测器安装架(19)的方形支撑架(36)内； .2.3. 2转动面阵探测器(8)，使探测器安装架(19)上探测器安装板(37)的4个通孔(38)与面阵探测器(8)的4个螺纹孔对齐； .2.3. 3在面阵探测器(8)的每个螺纹孔中放入螺栓，拧紧每个螺栓； .2.4将探测器安装架(19)放入接收尾部调整架(18)的方形框架内部，先调整探测器安装架(19)位置使面阵探测器(8)位于接收光学系统(32)的焦平面上，然后固定探测器安装架(19)，具体方法为 .2.4. I将探测器安装架(19)放入接收尾部调整架(18)的方形框架内部； . 2.4. 2在接收尾部调整架(18)右侧的每个螺纹孔放入螺栓，旋进螺栓使其刚好接触到探测器安装架(19)，利用螺栓和接收尾部调整架(18)的水平安装凸台和垂直安装凸台对探测器安装架(19)进行限位，使探测器安装架(19)仅能沿接收光学系统(32)的光轴方向移动； .2.4. 3将安装好的三维光学变形测量装置的发射模块放在接收光学系统(32)的正前方； .2.4. 4沿接收光学系统(32)的光轴方向移动探测器安装架(19)，在移动时根据面阵探测器(8)探测图像的清晰程度判断面阵探测器(8)是否调节到接收光学系统(32)的焦平面上。通过探测器安装架(19)将面阵探测器(8)调节到接收光学系统(32)的焦平面上； .2.4. 5在接收尾部调整架(18)顶部的每个螺纹孔放入螺栓，拧紧每个螺栓，利用螺栓的压力将探测器安装架(19)固定在接收尾部调整架(18)上。
全文摘要
本发明公开了一种用于角秒级三维光学变形测量装置的安装装置与方法，目的是使得能将角秒级三维光学变形测量装置进行可靠安装。本发明安装装置由发射模块安装装置和接收模块安装装置构成，发射模块安装装置由发射主镜筒、发射尾部调整架、光源安装架、发射透镜压圈、发射透镜固定盖、光阑安装板和光源安装板组成；接收模块安装装置由接收主镜筒、接收透镜压圈、接收透镜固定盖、接收尾部调整架和探测器安装架组成。采用滑动调节和压力固定方式对三维光学变形测量装置的调节部分进行安装。采用本发明能将测量装置进行可靠安装，具有精密可调、调节方便和调节后稳定可靠等特点，在环境温度变化和受力状态变化等实际条件下具有很好的稳定性。
文档编号G01B11/16GK102937415SQ20121045071
公开日2013年2月20日 申请日期2012年11月12日 优先权日2012年11月12日
发明者胡春生, 黄宗升, 秦石乔, 王省书, 高旸 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学