六自由度位移测量方法及装置

本公开涉及全场光测量，尤其涉及一种六自由度位移测量方法及装置。

背景技术：

1、在制造业中，部件和结构的六自由度位移测量方法的研究具有非常显著的工程意义，它在姿态检测、精密加工、精度检测、变形测量等方面都有重要的应用。比如在精密机床中，其运动部件的六自由度运动误差需要定期进行测量，以进行误差补偿，提高机床的加工精度。又比如在航天领域，结构的热变形会导致其端面出现六自由度位移，从而导致结构失效或者控制精度下降。相关技术中常用的六自由度位移光学测量方法主要有：干涉法、准直法，以及准直与干涉结合法。这些方法都需要在被测物上安装合作靶镜，若被测物很小，如被测物是微机电系统等，会使得无法实现在被测物上进行靶镜固定；此外靶镜会引入额外的安装误差，或者靶镜的自重会影响被测部件的运动状态，导致六自由度位移测量精度降低；某些情况下，端面的弹性变形也会导致靶镜出现非预期的位移，从而引入较大的测量误差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开提出了一种六自由度位移测量方法及装置，以实现对六自由度位移的高精度测量。

2、根据本公开的一方面，提供了一种六自由度位移测量方法，包括：基于三维数字散斑干涉技术，测量被测物的几何运动和/或变形所引起的三个相位图；基于所述三个相位图，确定所述被测物的六自由度位移，其中，所述六自由度位移包括：三个线位移和三个角位移。

3、在一种可能的实现方式中，所述基于所述三个相位图，确定所述被测物的六自由度位移，包括：确定每个所述相位图对应的空间梯度；基于每个所述相位图对应的空间梯度，确定所述三个角位移。

4、在一种可能的实现方式中，所述基于每个所述相位图对应的空间梯度，确定所述三个角位移，包括：在每个所述相位图中确定至少两个第一特征点；基于每个所述相位图中确定的所述至少两个第一特征点，以及每个所述相位图对应的空间梯度和空间分布特性，确定所述三个角位移。

5、在一种可能的实现方式中，所述根据所述三个相位图，确定所述被测物的六自由度位移，包括：在每个所述相位图中确定至少一个第二特征点；基于每个所述相位图中确定的所述至少一个第二特征点、所述三个角位移，以及所述三个相位图，确定所述三个线位移。

6、在一种可能的实现方式中，针对任一所述相位图，所述相位图中确定的不同所述第一特征点之间的距离大于第一距离阈值；和/或，针对任一所述相位图，所述相位图中确定的不同所述第二特征点之间的距离大于第二距离阈值。

7、根据本公开的另一方面，提供了一种六自由度位移测量装置，包括：相位测量模块，用于基于三维数字散斑干涉技术，测量被测物的几何运动和/或变形所引起的三个相位图；六自由度位移测量模块，用于基于所述三个相位图，确定所述被测物的六自由度位移，其中，所述六自由度位移包括：三个线位移和三个角位移。

8、在一种可能的实现方式中，所述六自由度位移测量模块，包括：空间梯度确定子模块，用于确定每个所述相位图对应的空间梯度；角位移测量子模块，用于基于每个所述相位图对应的空间梯度，确定所述三个角位移。

9、在一种可能的实现方式中，所述角位移测量子模块，具体用于：在每个所述相位图中确定至少两个第一特征点；基于每个所述相位图中确定的所述至少两个第一特征点，以及每个所述相位图对应的空间梯度和空间分布特性，确定所述三个角位移。

10、在一种可能的实现方式中，所述六自由度位移测量模块，包括：线位移测量子模块，具体用于：在每个所述相位图中确定至少一个第二特征点；基于每个所述相位图中确定的所述至少一个第二特征点、所述三个角位移，以及所述三个相位图，确定所述三个线位移。

11、在一种可能的实现方式中，针对任一所述相位图，所述相位图中确定的不同所述第一特征点之间的距离大于第一距离阈值；和/或，针对任一所述相位图，所述相位图中确定的不同所述第二特征点之间的距离大于第二距离阈值。

12、基于三维数字散斑干涉技术，测量被测物的几何运动和/或位移所引起的三个相位图，以使得可以基于三个相位图，确定被测物的六自由度位移，其中，六自由度位移包括：三个线位移和三个角位移。这样，基于三维数字散斑干涉技术，可以有效实现对被测物的无靶镜测量，且测量得到的六自由度位移的精度较高。

13、根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

技术特征：

1.一种六自由度位移测量方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述三个相位图，确定所述被测物的六自由度位移，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于每个所述相位图对应的空间梯度，确定所述三个角位移，包括：

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述根据所述三个相位图，确定所述被测物的六自由度位移，包括：

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，针对任一所述相位图，所述相位图中确定的不同所述第一特征点之间的距离大于第一距离阈值；和/或，

6.一种六自由度位移测量装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述六自由度位移测量模块，包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述角位移测量子模块，具体用于：

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述六自由度位移测量模块，包括：线位移测量子模块，具体用于：

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，针对任一所述相位图，所述相位图中确定的不同所述第一特征点之间的距离大于第一距离阈值；和/或，

技术总结
本公开涉及一种六自由度位移测量方法及装置，包括基于三维数字散斑干涉技术，测量被测物的几何运动和/或变形所引起的三个相位图；基于所述三个相位图，确定所述被测物的六自由度位移，其中，所述六自由度位移包括：三个线位移和三个角位移。根据本公开实施例可以有效实现对被测物的无靶镜测量，且测量得到的六自由度位移的精度较高。

技术研发人员：吴思进,石丽丽,董明利,李伟仙
受保护的技术使用者：北京信息科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15