本發(fā)明涉及風(fēng)洞試驗(yàn)所用天平校正系統(tǒng)領(lǐng)域，具體地，涉及一種天平加載頭位姿檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

力學(xué)天平是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中用來(lái)測(cè)量物體在風(fēng)洞中受力情況及形變的一種重要測(cè)量?jī)x器，在實(shí)驗(yàn)前一般需要對(duì)其進(jìn)行校正以獲得其輸出信號(hào)與受力情況及形變間的關(guān)系，從而研究物體在風(fēng)洞中的空氣動(dòng)力學(xué)特性。對(duì)天平進(jìn)行校正有多種結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)形式，其中一種是復(fù)位校正系統(tǒng)。這種校正系統(tǒng)的特點(diǎn)是先將加載頭置于一種平衡狀態(tài)（或初始狀態(tài)），再在天平的受力裝置上施加各種力來(lái)模仿物體可能的受力情況，并要求此時(shí)將天平的位置姿態(tài)以高精度的要求恢復(fù)到初始的平衡狀態(tài)，則最終施加在天平上的各種力代表了受力的狀態(tài)，并以此校正天平各種輸出信號(hào)。在這個(gè)過(guò)程中，還要求不對(duì)加載頭的復(fù)位工作產(chǎn)生額外影響，最好采用非接觸方式。在這個(gè)過(guò)程中，由于力的施加及復(fù)位過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的變化過(guò)程，而復(fù)位過(guò)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的姿態(tài)測(cè)量、反饋控制過(guò)程，存在調(diào)節(jié)能力不足、控制失誤等可能，這將導(dǎo)致天平的姿態(tài)發(fā)生變化甚至非常大的變化，并超出常規(guī)的測(cè)量范圍，因此天平加載頭的位置姿態(tài)如何在較大的范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)及達(dá)到較高的檢測(cè)精度要求等成為一個(gè)重要的問(wèn)題。

綜上所述，本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)發(fā)明技術(shù)方案的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)上述技術(shù)至少存在如下技術(shù)問(wèn)題：

在現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有的平加載頭位姿檢測(cè)裝置，存在無(wú)法同時(shí)進(jìn)行加載頭位置姿態(tài)的大范圍變化監(jiān)測(cè)與復(fù)位位置姿態(tài)附近的高精密檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種天平加載頭位姿檢測(cè)裝置，解決了現(xiàn)有的天平加載頭位姿檢測(cè)裝置所存在無(wú)法同時(shí)進(jìn)行加載頭位置姿態(tài)的大范圍變化監(jiān)測(cè)與復(fù)位位置姿態(tài)附近的高精密檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了利用本申請(qǐng)中的天平裝置加載頭位置姿態(tài)的大范圍變化監(jiān)測(cè)與復(fù)位位置姿態(tài)附近的高精密檢測(cè)可以同時(shí)進(jìn)行，并滿足了加載頭位置姿態(tài)檢測(cè)的大范圍、高精度測(cè)量要求。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N天平加載頭位姿檢測(cè)裝置，所述裝置包括：

指示光源、位置探測(cè)結(jié)構(gòu)，所述指示光源安裝在待檢測(cè)天平加載頭上表面，所述位置探測(cè)結(jié)構(gòu)包括：指示光斑照射靶面、光學(xué)成像系統(tǒng)、位置探測(cè)器，所述指示光斑照射靶面開(kāi)設(shè)有中心孔，所述位置探測(cè)器的端面設(shè)有開(kāi)口，所述開(kāi)口中心線與所述中心孔中心線重合，所述位置探測(cè)器固定在所述指示光斑照射靶面的背面，所述光學(xué)成像系統(tǒng)位于所述指示光斑照射靶面的正面前方。

其中，當(dāng)安裝在待檢測(cè)天平加載頭上的指示光源發(fā)出光后照射在指示光斑照射靶面上，當(dāng)照射在指示光斑照射靶面的非中心孔區(qū)域時(shí)，光學(xué)成像系統(tǒng)利用光線在靶面上的反射光進(jìn)行成像，通過(guò)對(duì)光斑圖像的處理完成加載頭位置姿態(tài)的大范圍變化測(cè)量及監(jiān)測(cè)；當(dāng)光線穿過(guò)中心孔時(shí)，則會(huì)直接在位置探測(cè)器上進(jìn)行成像，由于探測(cè)器的高分辨力，從而利用位置探測(cè)器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)位位置姿態(tài)進(jìn)行高精密檢測(cè)的要求。

本申請(qǐng)中的天平加載頭的測(cè)控提出了這樣一種測(cè)量與控制要求：當(dāng)天平加載頭位置姿態(tài)遠(yuǎn)離平衡位置時(shí)，對(duì)位置姿態(tài)的測(cè)量精度要求可以大幅度地降低，但希望控制機(jī)構(gòu)可以快速將其復(fù)位到平衡位置附近；當(dāng)天平加載頭位置姿態(tài)處于平衡位置附近時(shí)，則要求對(duì)位置姿態(tài)的測(cè)量精度達(dá)到較高的水平，并希望控制機(jī)構(gòu)逐步地以較高的精度將天平加載頭的位置姿態(tài)復(fù)位到平衡狀態(tài)。為了滿足天平加載頭姿態(tài)檢測(cè)的大范圍、高精度復(fù)位這種要求，提出了一種解決措施：當(dāng)天平加載頭姿態(tài)偏離平衡狀態(tài)很大時(shí)，采用一種粗調(diào)系統(tǒng)，包括大范圍的位移測(cè)量（可以高達(dá)±30cm或更大一些的測(cè)量范圍）及復(fù)位控制技術(shù)；當(dāng)天平加載頭姿態(tài)偏離平衡位置較小時(shí)，啟用精密的檢測(cè)及調(diào)控系統(tǒng)，包括小范圍的精密位移測(cè)量系統(tǒng)及高精度的反饋控制系統(tǒng)。這是基于測(cè)量范圍大，則測(cè)量精度要求低、復(fù)位調(diào)節(jié)原理可以簡(jiǎn)單化及控制過(guò)程可以快速化的思路，這種方式完全可以滿足加載頭姿態(tài)粗調(diào)時(shí)低精度、快速度的要求；當(dāng)粗調(diào)狀態(tài)進(jìn)入到精細(xì)復(fù)位的狀態(tài)時(shí)，啟用精密檢測(cè)及復(fù)位方式，然后以很高的測(cè)量精度及復(fù)位精度可以逐步慢慢地逼近加載頭平衡狀態(tài)，最終完成加載頭的復(fù)位。這樣一種把兩種范圍內(nèi)的不同測(cè)量方式融合在一起的形式解決了大范圍、高精度的綜合測(cè)量要求。

由于現(xiàn)有位置探測(cè)器的限制，如果選用探測(cè)器直接進(jìn)行位置探測(cè)的技術(shù)路線，如利用面陣ccd或其它二維位置測(cè)量器件，則只能在約20mm×20mm的面積內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的位置測(cè)量，無(wú)法兼顧上述大范圍測(cè)量的要求。但如果通過(guò)本申請(qǐng)中的將大范圍內(nèi)的位置信息轉(zhuǎn)換到一個(gè)較小的比較合理的范圍內(nèi)來(lái)進(jìn)行測(cè)量，雖然測(cè)量精度可能降低，但可以滿足大范圍內(nèi)可以進(jìn)行測(cè)量的要求。

本申請(qǐng)利用一種基于成像光學(xué)系統(tǒng)的大范圍位置檢測(cè)系統(tǒng)及圖像信息處理的方法構(gòu)建了一種滿足天平加載頭姿態(tài)的檢測(cè)裝置，可以滿足在較大范圍內(nèi)進(jìn)行位置測(cè)量但精度要求較低的要求。利用ccd相機(jī)及成像光學(xué)系統(tǒng)獲取照射在靶面上的指示光源的圖像，由于成像比例的關(guān)系，這種方式很容易地做到將大范圍內(nèi)的信息成像在一個(gè)較小的ccd芯片上，從而獲得大范圍內(nèi)的相關(guān)信息；鑒于大范圍的測(cè)量精度要求低的特點(diǎn)，可以簡(jiǎn)單地對(duì)光源光斑的圖像特征進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理（如最大值法）以獲得指示光源的位置信息，從而獲取加載頭姿態(tài)初步測(cè)量的結(jié)果。本申請(qǐng)利用一種基于位置探測(cè)器直接進(jìn)行探測(cè)的小范圍位置檢測(cè)及圖像數(shù)據(jù)處理方法構(gòu)建了一種滿足天平加載頭姿態(tài)的檢測(cè)裝置，滿足在較小范圍內(nèi)進(jìn)行位置的高精度測(cè)量要求。當(dāng)天平加載頭的位置姿態(tài)進(jìn)入精細(xì)測(cè)量及調(diào)節(jié)范圍時(shí)，此時(shí)，指示光源直接照射在用于精細(xì)測(cè)量的ccd芯片上，采用精密的光斑處理技術(shù)可以獲取光斑在ccd上的精確位置，從而獲得加載頭在精細(xì)復(fù)位時(shí)的姿態(tài)數(shù)據(jù)用于反饋控制。通過(guò)指示光源照射靶面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及探測(cè)器、光學(xué)成像系統(tǒng)布局的設(shè)計(jì)，使得在靶面上形成的指示光源可以被兩種狀態(tài)下的測(cè)量方式共用，并經(jīng)不同的處理方式獲得位置測(cè)量信息，提高了位置探測(cè)系統(tǒng)的緊湊性。

其中，所述光學(xué)成像系統(tǒng)包括：ccd相機(jī)和鏡頭；所述位置探測(cè)結(jié)構(gòu)固定在安裝支架上；所述裝置具體包括4個(gè)位置探測(cè)結(jié)構(gòu)，所述4個(gè)位置探測(cè)結(jié)構(gòu)均勻分布在待檢測(cè)天平加載頭四周并在水平面內(nèi)以相互垂直的方式安裝，呈現(xiàn)一種坐標(biāo)系的形式，以便測(cè)量結(jié)果便于用于位置逆解而獲得天平的空間姿態(tài)。

其中，所述裝置還包括連接支架，所述連接支架一端與所述光學(xué)成像系統(tǒng)連接，所述連接支架另一端與所述位置探測(cè)器連接；所述位置探測(cè)器具體包括：外殼、光電探測(cè)器、光電探測(cè)器安裝板、信號(hào)處理器，所述光電探測(cè)器、所述光電探測(cè)器安裝板、所述信號(hào)處理器均安裝在外殼內(nèi)，所述光電探測(cè)器芯片安裝在光電探測(cè)器安裝板上，所述光電探測(cè)器與所述信號(hào)處理器連接，所述光電探測(cè)器中心線與所述開(kāi)口中心線重合；所述光電探測(cè)器的測(cè)量面積大于中心孔的面積；所述光電探測(cè)器包括：面陣ccd、二維psd；所述光電探測(cè)器安裝板通過(guò)緊固螺釘固定在外殼上。

本專(zhuān)利解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：根據(jù)天平加載頭粗調(diào)時(shí)要求的測(cè)量范圍，設(shè)計(jì)一個(gè)具有最大可用面積的供指示光源照射的靶面（外框?yàn)閳A形或方形均可），照射面一側(cè)的靶表面采用具有漫反射功能的表面結(jié)構(gòu)，并最好具有白色特性。將該靶面置于或粘接在位置探測(cè)器表面，在中心位置處開(kāi)孔并以僅覆蓋ccd芯片邊沿很小一部分的狀態(tài)留出位置探測(cè)器需用的窗口，形成最終的指示光源的照射靶面。位置探測(cè)器主要由面陣ccd芯片構(gòu)成，最好采用面積盡量大、像素尺寸盡量小的ccd芯片，但以滿足位置姿態(tài)精密測(cè)量范圍要求即可，不必過(guò)多地要求大面積；為了滿足高精密的測(cè)量要求，最好將ccd芯片以表面焊接的方式安裝在一個(gè)可以穩(wěn)固在一定支架的面板上，并盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱源（如電路板上的電源模塊等），減少熱脹冷縮的影響；當(dāng)指示光斑照射在該ccd芯片上時(shí)，即刻可以獲得其光斑圖像，通過(guò)對(duì)光斑進(jìn)行一定的圖像數(shù)據(jù)處理（如光斑質(zhì)心處理），可以獲得光斑在ccd芯片表面上的精確位置，一般達(dá)到像素級(jí)別是不存在問(wèn)題，即可以達(dá)到數(shù)微米的測(cè)量精度，因此這種測(cè)量方式足以滿足加載頭位置姿態(tài)的高精度測(cè)量。但限于ccd芯片面積及像素尺寸的限制，這種方式可以測(cè)量的范圍相對(duì)較小，一般在15mm以內(nèi)；這種方式用于加載頭位置姿態(tài)的小范圍、高精度測(cè)量。在需要大范圍測(cè)量時(shí)，則采用ccd相機(jī)成像系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)選擇焦距合適的成像鏡頭，與ccd相機(jī)一起可以組成一種照相系統(tǒng)，能夠完成對(duì)相應(yīng)成像面積（指示光源的照射靶面）的成像，獲取成像區(qū)域內(nèi)的相關(guān)信息。用其對(duì)指示光源照射的靶面進(jìn)行成像，則可以獲得包含了天平加載頭位置姿態(tài)信息的指示光源的圖像，由于測(cè)量精度要求大幅降低，可以對(duì)指示光源在靶上的位置信息進(jìn)行簡(jiǎn)單化的處理（如采用最大值法），則可以快速地獲得天平加載頭位置姿態(tài)的信息。根據(jù)天平加載頭姿態(tài)可能變化的范圍，選擇鏡頭焦距，可以滿足變化范圍內(nèi)的測(cè)量。這種測(cè)量方式用于天平加載頭位置姿態(tài)的粗略測(cè)量，具有測(cè)量范圍大且方便調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，本身由于測(cè)量精度要求不高，處理可以簡(jiǎn)單化、快速，滿足此時(shí)測(cè)量與調(diào)節(jié)的要求。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑囊粋€(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的有益效果是，利用ccd相機(jī)與合適焦距的成像鏡頭組合成一種可以對(duì)較大面積的區(qū)域進(jìn)行成像的測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)成像區(qū)域內(nèi)特定指示光源的圖像處理，可以獲得相應(yīng)的位置姿態(tài)信息，從而獲得一種大范圍內(nèi)的測(cè)量效果，簡(jiǎn)化了大范圍位置測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜性。通過(guò)基于ccd芯片型的位置探測(cè)器的使用，直接對(duì)指示光斑的空間位置進(jìn)行測(cè)量可以獲得指示光斑的空間位置姿態(tài)信息，滿足了小范圍、高精度的位置姿態(tài)測(cè)量要求。在兼顧大范圍測(cè)量時(shí)指示光斑照射的特征，進(jìn)行指示光斑照射靶面的設(shè)計(jì)，可以有效地將兩種測(cè)量要求的指示光線照射靶面結(jié)構(gòu)融合在一起，并滿足兩種位置測(cè)量系統(tǒng)對(duì)大范圍、較低精度及小范圍、高精度測(cè)量的共同要求，最終很好地將兩種測(cè)量系統(tǒng)融合在一起形成了一種天平加載頭位置姿態(tài)的檢測(cè)系統(tǒng)，滿足了天平加載頭位置姿態(tài)的大范圍、高精度的檢測(cè)要求，解決了以往大范圍、高精度不能同時(shí)進(jìn)行的檢測(cè)問(wèn)題。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的限定；

圖1是天平加載頭位姿檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是一路姿態(tài)測(cè)量裝置構(gòu)成的示意圖；

圖3是位置大范圍測(cè)量及精密測(cè)量功能融合在一起的探測(cè)器組成示意圖；

圖4是靶面與基于面陣ccd芯片的位置探測(cè)器融合在一起的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是基于面陣ccd芯片的位置探測(cè)器布局示意圖；

圖6a-圖6c是指示光斑在位置探測(cè)器表面的幾種位置情況示意圖；

圖7是一種位置姿態(tài)測(cè)量策略流程示意圖；

其中，1-位置姿態(tài)待測(cè)的加載頭及天平，2-指示光源，3-位置探測(cè)結(jié)構(gòu)，4-位置探測(cè)結(jié)構(gòu)安裝支架，5-指示光斑照射靶面，6-中心孔，7-ccd相機(jī)，8-鏡頭，9-指示光線束，10-基于面陣ccd芯片的位置探測(cè)器，11-開(kāi)口，12-連接支架，13-ccd芯片，14-緊固螺釘，15-安裝板，16-線路板，17-電子元件，18-預(yù)設(shè)中心點(diǎn)坐標(biāo)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種天平加載頭位姿檢測(cè)裝置，解決了現(xiàn)有的天平加載頭位姿檢測(cè)裝置所存在無(wú)法同時(shí)進(jìn)行加載頭位置姿態(tài)的大范圍變化監(jiān)測(cè)與復(fù)位位置姿態(tài)附近的高精密檢測(cè)的技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了利用本申請(qǐng)中的天平裝置加載頭位置姿態(tài)的大范圍變化監(jiān)測(cè)與復(fù)位位置姿態(tài)附近的高精密檢測(cè)可以同時(shí)進(jìn)行，并滿足了加載頭位置姿態(tài)檢測(cè)的大范圍、高精度測(cè)量要求。

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說(shuō)明的是，在相互不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述范圍內(nèi)的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

在圖1中，1是位置姿態(tài)待測(cè)的加載頭及天平，2指示光源，3是位置探測(cè)結(jié)構(gòu)，4是位置探測(cè)結(jié)構(gòu)安裝支架。

在圖3中，5是指示光斑照射靶面，其外形不限于圓形、方形等，受指示光斑照射一面的表面采用漫反射面結(jié)構(gòu)，便于光斑的采集及圖像數(shù)據(jù)處理，靶面中心位置開(kāi)中心孔6。7、8是ccd相機(jī)及鏡頭，構(gòu)成光學(xué)成像系統(tǒng)。10是基于面陣ccd芯片的位置探測(cè)器，其外形不限于圓形、方形等，對(duì)應(yīng)中心位置開(kāi)口11。12是將光學(xué)成像系統(tǒng)固定在位置探測(cè)器上的連接支架，其形式不限于固定在位置探測(cè)器上，可以固定于其它支撐支架上。

在圖4中，5是指示光斑照射靶面。10是基于面陣ccd芯片的位置探測(cè)器。5與10之間通過(guò)粘接或螺釘鉚接固定均可，但需要將指示光斑照射靶面5上的中心孔6與位置探測(cè)器上通光開(kāi)口11對(duì)齊以確保指示光線能夠正常照射在位置探測(cè)器內(nèi)部的光電探測(cè)器ccd芯片13上，而ccd芯片13需要對(duì)齊開(kāi)口11，ccd芯片13的有效測(cè)量面積應(yīng)稍大于中心孔6以確保在測(cè)量面內(nèi)當(dāng)指示光斑照射位置從大范圍過(guò)渡到小范圍測(cè)量時(shí)總能獲得指示光斑的有效圖像。15是ccd芯片的安裝板，也可以作為ccd芯片的驅(qū)動(dòng)及信號(hào)處理電路板共同使用，但盡量在其上少安裝電子元件尤其是發(fā)熱較重的電源模塊等，安裝板15通過(guò)緊固螺釘14等固定在10的外殼上（如端面板上），這個(gè)步驟對(duì)安裝要求較高，需要謹(jǐn)慎處理。16是信號(hào)處理的線路板，17是線路板16上的電子元件。

在圖5中，這是基于面陣ccd芯片的位置探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意，主要需要保證ccd芯片13的有效探測(cè)面對(duì)齊其端面開(kāi)口11，并要求開(kāi)口11的面積稍小于ccd芯片13的有效探測(cè)面積。在探測(cè)器中的光電探測(cè)器包括但不限于面陣ccd，二維psd也是很好的一種探測(cè)器件，由于多數(shù)二維psd器件的有效探測(cè)面是圓形，因此，其上的開(kāi)口不限于方形，也包括圓形；但采用二維psd探測(cè)器后，其指示光斑的位置信息相關(guān)的處理方式將發(fā)生變化，主要將依賴(lài)于電子線路對(duì)psd輸出的電流信號(hào)進(jìn)行直接處理，但處理速度較快并直接獲得處理結(jié)果。

天平加載頭姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)全貌的結(jié)構(gòu)及組成示意：姿態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)主要由圖1中的指示光源2、融合了大范圍及精密位置測(cè)量功能的位置探測(cè)結(jié)構(gòu)3構(gòu)成，其中位置探測(cè)結(jié)構(gòu)3又由三大部分組成：由ccd相機(jī)7及鏡頭8組成的用于大范圍位置測(cè)量的光學(xué)成像測(cè)量系統(tǒng)、基于ccd芯片的位置探測(cè)器10、融合了可供大范圍及精密位置測(cè)量的指示光斑照射靶面5組成，如圖2及圖3組成所示。位置探測(cè)結(jié)構(gòu)3共有四路，安裝在位置探測(cè)結(jié)構(gòu)安裝支架4上，分布于相互垂直的四個(gè)方向上，如圖1所示。

天平加載頭姿態(tài)的指示：在天平加載頭上安裝指示光源2，保證指示光源2與加載頭1之間是固定不動(dòng)的。指示光源2在同一個(gè)平面內(nèi)（水平面）在四個(gè)方向上（最好是嚴(yán)格相互垂直的，便于位置逆解算）產(chǎn)生指示光線束9，指示光線束9的直徑盡量小，如圖1所示。由于這些指示光線束間的相互位置關(guān)系確定，可以作為標(biāo)準(zhǔn)的參考方向，又由于指示光源與加載頭間是固定的，加載頭的位置姿態(tài)變化與指示光源的位置姿態(tài)變化是一致的，因此，指示光線束的指向代表了加載頭的姿態(tài)，對(duì)這些指示光線束的位置進(jìn)行測(cè)量及進(jìn)行姿態(tài)的求解就相當(dāng)于對(duì)加載頭的姿態(tài)進(jìn)行測(cè)量。在復(fù)位型的加載頭天平校正系統(tǒng)中，無(wú)需進(jìn)一步進(jìn)行姿態(tài)求解，只需要對(duì)指示光線束位置進(jìn)行精密測(cè)量，并確保校正系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果可以進(jìn)行姿態(tài)的精密復(fù)位即可?；诟呔葴y(cè)量要求，這些光線束的指向需要具有較高的穩(wěn)定度。

指示光線束位置的大范圍測(cè)量：這個(gè)功能由ccd相機(jī)7及鏡頭8構(gòu)成的光學(xué)成像系統(tǒng)完成，指示光斑照射靶面5的形狀及面積根據(jù)加載頭姿態(tài)可能的變化范圍確定,通過(guò)選用焦距合適的鏡頭可以將整個(gè)指示光斑照射靶面5的情況成像在ccd相機(jī)上,從而獲得包含了位置測(cè)量信息的整個(gè)指示光斑照射靶面5的圖像。光學(xué)成像系統(tǒng)進(jìn)行固定時(shí)，需要避免遮擋住照射的指示光線束9。指示光線束9照射在靶5的表面上，形成一個(gè)亮斑的圖像，這個(gè)亮斑的位置就是用于大范圍位置測(cè)量的主要信息。將光學(xué)成像系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)靶面5進(jìn)行成像，獲取包含測(cè)量位置信息的亮斑圖像，通過(guò)使用包含但不限于圖像最大值化、質(zhì)心算法等方法的圖像處理并提取出亮斑的質(zhì)心位置坐標(biāo)，該亮斑質(zhì)心位置坐標(biāo)即是指示光束9在指示光斑照射靶面5上的位置信息，如圖6中的左圖所示。將亮斑質(zhì)心位置坐標(biāo)與指示光斑照射靶面5的預(yù)設(shè)中心點(diǎn)坐標(biāo)18進(jìn)行比較，即可獲得指示光束偏離中心軸線的偏離值，將其提供給控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)反饋控制即可。為了降低亮斑背景圖像的影響及提高亮斑探測(cè)的精準(zhǔn)程度，可以在鏡頭上加裝一定帶寬的濾波片，濾除除指示光線波長(zhǎng)外的其它光線，突出亮斑的圖像質(zhì)量。這種方式可以滿足±30cm及以上范圍的位置檢測(cè)，精度容易地達(dá)到0.1mm-0.2mm，足以滿足大范圍、一定精度的位置檢測(cè)要求。

指示光線束位置的小范圍精密測(cè)量：這個(gè)檢測(cè)功能主要基于ccd芯片的位置探測(cè)器10完成。當(dāng)指示光束進(jìn)入到精密檢測(cè)的設(shè)定范圍即通光窗口中心孔6時(shí)，即指示光線束9可以較好地照射在位置探測(cè)器10的有效通光窗口時(shí)，如圖6中的中間圖所示。則可以獲得一幅包含了光斑直接照射的圖像，通過(guò)使用包含但不限于圖像最大值化、質(zhì)心算法等方法的圖像處理并提取出亮斑的質(zhì)心位置坐標(biāo)，該亮斑質(zhì)心位置坐標(biāo)即是指示光束9在指示光斑照射靶面5上的位置信息。將亮斑質(zhì)心位置坐標(biāo)與指示光斑照射靶面5的預(yù)設(shè)中心點(diǎn)坐標(biāo)18進(jìn)行比較，即可獲得指示光束偏離中心軸線的偏離值，將其提供給控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)反饋控制即可。在這種測(cè)量方式下，由于ccd芯片直接用于獲取照射光斑的圖像，其分辨率達(dá)到ccd像素的水平，光斑圖像經(jīng)過(guò)圖像處理后的質(zhì)心位置的測(cè)量精度一般在像素或亞像素的水平，也即可以達(dá)到數(shù)mmm的水平；但有效的探測(cè)面積也限制在ccd芯片的面積范圍內(nèi)。一般而言，ccd芯片尺寸小于15mm，因此這種方式可以滿足15mm范圍內(nèi)的精密位置檢測(cè)，測(cè)量精度可以達(dá)到10mmm以下，滿足小范圍的精密位置檢測(cè)要求。為了降低環(huán)境散射光的影響，可以在開(kāi)口11或中心孔6上安裝窄帶濾光片以消除除指示光源外的光線的影響，獲得較為干凈的光斑圖像用于圖像處理，最終獲得高精度的質(zhì)心位置坐標(biāo)。

過(guò)渡階段的指示位置測(cè)量：當(dāng)指示光斑落在從大范圍測(cè)量區(qū)域到精密測(cè)量區(qū)域的過(guò)渡邊界上時(shí)，需要進(jìn)行一種測(cè)量策略的選擇。由于在這個(gè)區(qū)域上無(wú)所謂精密測(cè)量要求（可以精度較低，也可以較高。），可以以粗測(cè)方式對(duì)待以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)處理。此時(shí)，兩種測(cè)量方式均會(huì)獲得有一定亮度的光斑圖像，也許不夠完整，但可以用判斷光斑圖像中最大值位置的方法來(lái)獲得其坐標(biāo)，并以其為指示光束的位置。

關(guān)于指示位置的一種測(cè)量策略如圖7所示。

通過(guò)位置探測(cè)器的上述兩個(gè)測(cè)量功能的有機(jī)融合可以完成了天平加載頭的姿態(tài)的大范圍粗略測(cè)量及精密測(cè)量，再根據(jù)控制策略對(duì)加載頭的姿態(tài)進(jìn)行調(diào)控，直到滿足精密的復(fù)位要求。

在基于ccd芯片的位置探測(cè)器中，鑒于二維psd器件具有的一定優(yōu)勢(shì)，如速度快、實(shí)時(shí)性好、直接輸出代表坐標(biāo)位置的電壓信號(hào)等，也可以使用二維psd器件代替ccd芯片構(gòu)成位置探測(cè)器，只是相應(yīng)的光斑圖像處理方法需要進(jìn)行改變并以處理電路的形式代替，適應(yīng)這種數(shù)據(jù)處理變化即可。

上述本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，至少具有如下的技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明的有益效果是，利用ccd相機(jī)與合適焦距的成像鏡頭組合成一種可以對(duì)較大面積的區(qū)域進(jìn)行成像的測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)成像區(qū)域內(nèi)特定指示光源的圖像處理，可以獲得相應(yīng)的位置姿態(tài)信息，從而獲得一種大范圍內(nèi)的測(cè)量效果，簡(jiǎn)化了大范圍位置測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜性。通過(guò)基于ccd芯片型的位置探測(cè)器的使用，直接對(duì)指示光斑的空間位置進(jìn)行測(cè)量可以獲得指示光斑的空間位置姿態(tài)信息，滿足了小范圍、高精度的位置姿態(tài)測(cè)量要求。在兼顧大范圍測(cè)量時(shí)指示光斑照射的特征，進(jìn)行指示光斑照射靶面的設(shè)計(jì)，可以有效地將兩種測(cè)量要求的指示光線照射靶面結(jié)構(gòu)融合在一起，并滿足兩種位置測(cè)量系統(tǒng)對(duì)大范圍、較低精度及小范圍、高精度測(cè)量的共同要求，最終很好地將兩種測(cè)量系統(tǒng)融合在一起形成了一種天平加載頭位置姿態(tài)的檢測(cè)系統(tǒng)，滿足了天平加載頭位置姿態(tài)的大范圍、高精度的檢測(cè)要求，解決了以往大范圍、高精度不能同時(shí)進(jìn)行的檢測(cè)問(wèn)題。

盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。