CN113720269B - 一种桁架结构尺寸稳定性测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，包括隔振平台、待测板框、基准板框、激光器、测量镜组件和分光系统；待测板框和基准板框平行且相对布置，隔振平台分别与待测板框、基准板垂直固定连接；激光器入射分光系统提供初始激光束；分光系统设置在隔振平台和基准板框上，测量镜组件设置在待测板框上，分光系统设置有九个测量光路，测量镜组件设置有与测量光路一一对应的九个干涉计和九个测量镜；初始激光束被九个测量光路平分为能量相等的子光束，子光束经过干涉计和测量镜，使得测量镜组件测量出待测板框的六个自由度数值。本发明解决了测量精度低及操作复杂且同步性很难保证的技术问题，有非接触测量、精度高的优点。

Description

一种桁架结构尺寸稳定性测量装置

技术领域

本发明涉及大型桁架结构测试技术领域，具体涉及一种桁架结构尺寸稳定性测量装置。

背景技术

目前国内大型空间光学遥感器的反射镜口径已经达到2m量级，其对应的支撑结构的整体包络尺寸达到5m量级。桁架支撑结构以其变构件受弯曲载荷为拉压载荷形式的设计原理，使得结构具有比刚度高、重量轻、通用性好、空间利用率高以及轻量化程度高等优点，对于高分辨率的大型空间光学遥感器来说，主支撑结构主要采用桁架式结构，从而实现较轻的质量、较高的基频和较高的尺寸稳定性。为了进一步确保桁架结构能够在地面装调测试阶段1g重力、发射段振动及在轨温度变化等载荷工况作用下满足技术指标要求，在地面研制阶段有必要对桁架结构的尺寸稳定性进行测试。对于高分辨率的大型空间光学遥感器来说，其支撑结构尺寸变形量一般不超过20um，倾角变化不超过6″。

申请号为201910918563.1的申请日为2019年9月26日的名称为《大尺寸桁架式支撑结构稳定性测试装置及测试方法》的中国发明专利。该装置包括两组测距单元，跟踪仪，四个经纬仪，四个高精度测角设备以及数据处理与分析系统，通过调整测试单元与高精度测角设备的位置或适当增加测试设备数量来配合实现，在5m测量范围内，位置变化测量精度达到10μm，角度变化测量精度达到3″。此装置主要对桁架式结构上多个特征区域及特征点之间的相对位置关系，通过测距设备、跟踪仪、经纬仪及高精度测角设备的数据传输及交互完成测试。

但是，在现有技术中，位置变化测量精度达到10μm，角度变化测量精度达到3″，测量精度与高分辨率的大型空间光学遥感器支撑结构尺寸变形量基本相当，也就是说测量精度与待测对象的总变形量相当。测量精度偏低，无法满足高分辨率的大型空间光学遥感器支撑结构的测量需求。另外，在实施例中仅仅测试两个特征点之间的相对变化就需要两组测距单元(6个测距设备)、一台激光跟踪仪、四台经纬仪及四个高精度测角设备，而且需要同时完成多种不同类型测量设备之间的数据传输及交互，操作复杂且同步性很难保证。

鉴于此，有必要研究一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，解决现有技术中测量精度低及操作复杂且同步性很难保证的技术问题，提高大型桁架结构尺寸稳定性的测量精度。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供一种桁架结构尺寸稳定性测量装置及方法，解决现有技术中测量精度低及操作复杂且同步性很难保证的技术问题，提高大型桁架结构尺寸稳定性的测量精度。

本发明采用以下具体技术方案：

一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，包括：隔振平台、待测板框、基准板框、激光器、测量镜组件和分光系统；

所述待测板框和所述基准板框平行且相对布置，所述待测板框垂直于所述隔振平台，所述隔振平台的两端分别设置在所述待测板框、所述基准板框的底部；

所述激光器发射初始激光束至所述分光系统；

所述分光系统设置在所述隔振平台和所述基准板框上，所述分光系统设置有九个分光光路，所述测量镜组件设置有与所述九个所述分光光路分别对应的九个干涉计和九个测量镜；

所述初始激光束被九个所述分光光路分为能量相等的子光束，所述子光束依次经过所述干涉计和所述测量镜形成测量光路，使得所述测量镜组件测量出所述待测板框相对所述基准板框的六维变形量。

进一步的，所述测量镜组件包括第一测量镜、第二测量镜、第三测量镜、第四测量镜、第五测量镜、第六测量镜、第七测量镜、第八测量镜和第九测量镜，用以得到所述待测板框关于给定坐标系的六个变形量；垂直于所述待测板框的方向设置为所述给定坐标系的X轴方向；

所述待测板框包括测量安装面，所述测量安装面设置为与所述基准板框相对的侧面；

所述第二测量镜、所述第三测量镜、所述第四测量镜、所述第五测量镜、所述第六测量镜、所述第八测量镜和所述第九测量镜的镜面的法向均与所述X轴方向平行，并且所述镜面垂直接收从对应的所述干涉计入射的所述子光束；

所述第一测量镜和所述第七测量镜对称设置于所述待测板框的底部的两端，所述第一测量镜和所述第七测量镜的镜面的法向均与所述给定坐标系的Y轴方向平行，并且所述镜面垂直接收从对应的所述干涉计入射的所述子光束；

所述第三测量镜和所述第九测量镜设置在同一与所述给定坐标系的Z轴平行的方向上，且均设置在所述测量安装面的边缘处；

所述第四测量镜和所述第六测量镜设置在同一与所述Y轴平行的方向上，且均设置在所述测量安装面的边缘处。

进一步的，所述隔振平台的法线方向设置为与所述Y轴方向平行的方向；

所述第三测量镜、所述测量安装面的几何中心和所述第九测量镜均在同一直线上；所述第四测量镜、所述几何中心和所述第六测量镜均在同一直线上。

进一步的，所述第五测量镜设置在所述测量安装面的几何中心；所述第三测量镜和所述第九测量镜的连线与所述第四测量镜和所述第六测量镜的连线均经过所述几何中心。

进一步的，所述分光系统包括第一分光光路和第七分光光路，所述第一分光光路的出射光依次经过第一干涉计和所述第一测量镜；所述第七分光光路的出射光依次经过第七干涉计和所述第七测量镜，用以得到所述待测板框绕所述X轴的转动变形量；

所述分光系统还包括第三分光光路和第九分光光路，所述第三分光光路的出射光依次经过第三干涉计和所述第三测量镜，所述第九分光光路的出射光依次经过第九干涉计和所述第九测量镜，用以得到所述待测板框绕所述Y轴的转动变形量；

所述分光系统还包括第四分光光路和第六分光光路，所述第四分光光路的出射光依次经过第四干涉计和所述第四测量镜，所述第六分光光路的出射光依次经过第六干涉计和所述第六测量镜，用以得到所述待测板框绕所述Z轴的转动变形量；

所述分光系统还包括第五分光光路，所述第五分光光路的出射光依次经过第五干涉计和所述第五测量镜，得到所述待测板框沿着所述X轴的平移变形量；

所述分光系统还包括第二分光光路，所述第二分光光路的出射光依次经过第二干涉计和所述第二测量镜，得到所述待测板框沿着所述Y轴的平移变形量；

所述分光系统还包括第八分光光路，所述第八分光光路的出射光依次经过第八干涉计和所述第八测量镜，得到所述待测板框沿着所述Z轴的平移变形量。

进一步的，所述第一分光光路依次设有第一三分之一分光镜、第二三分之一分光镜、第二半分光镜、第二折转镜和第七折转镜：

所述第一干涉计与所述第七折转镜沿所述Y轴方向设置在所述隔振平台上；

所述初始激光束经过所述第一三分之一分光镜分光为第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束的能量分别是所述初始激光束的1/3和2/3；

其中所述第一光束经过所述第二三分之一分光镜分光为第三光束和第四光束，所述第三光束和所述第四光束的能量分别是所述初始激光束的2/9和1/9；

其中所述第三光束经过所述第二半分光镜分光为第十三光束和第十四光束，所述第十三光束和所述第十四光束的能量分别是所述初始激光束的1/9和1/9；

所述第二折转镜对所述第十三光束进行90°转折到所述第七折转镜，所述第七折转镜对所述第一分光光路上的光束进行90°转折后进入所述第一干涉计到达所述第一测量镜，进行干涉测量；

所述第七分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、第一半分光镜、第一折转镜、第四三分之一分光镜、第四半分光镜、第四折转镜和第八折转镜；

所述第七干涉计与所述第八折转镜沿所述Y轴方向设置在所述隔振平台上；

所述第二光束经过所述第一半分光镜分光为第五光束和第六光束，所述第五光束和所述第六光束的能量分别是初始激光束的1/3和1/3；

其中，所述第五光束经过所述第一折转镜转折进入所述第四三分之一分光镜分光为第七光束和第八光束，所述第七光束和所述第八光束的能量分别是所述初始激光束的2/9和1/9；

其中，所述第七光束经过所述第四半分光镜分光为第十五光束和第十六光束，所述第十五光束和所述第十六光束的能量均是所述初始激光束的1/9；

所述第四折转镜对所述第十五光束进行90°转折到所述第八折转镜，所述第八折转镜对所述第七分光光路上的光束进行90°转折后进入所述第七干涉计到达所述第七测量镜，进行干涉测量。

进一步的，所述第三分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜和所述第二三分之一分光镜；

所述第四光束设置为所述第三分光光路的出射光，并进入所述第三干涉计后到达所述第三测量镜，进行干涉测量；

所述第九分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、所述第一折转镜和所述第四三分之一分光镜；

所述第八光束设置为所述第九光分光光路的出射光，并进入所述第九干涉计后到达所述第九测量镜，进行干涉测量。

进一步的，所述第四分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、第三三分之一分光镜、第三半分光镜和第三折转镜；

所述第六光束设置为所述第三三分之一分光镜的入射光，并经过所述第三三分之一分光镜分光为第九光路和第十光束，所述第九光束和第十光束的能量分别是所述初始激光束的1/9和2/9；

其中所述第十光束经过所述第三半分光镜分光为第十一光束和第十二光束，十一光束和第十二光束的能量均是所述初始激光束的1/9；

所述第三折转镜对所述第十一光束进行转折进入所述第四干涉计后到达所述第四测量镜，进行干涉测量；

所述第六分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜和所述第三三分之一分光镜；

所述第九光束设置为所述六分光光路的出射光并进入所述第六干涉计后到达所述第六测量镜，进行干涉测量。

进一步的，所述第五分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、所述第三三分之一分光镜和所述第三半分光镜；

所述第十二光束设置为所述第五分光光路的出射光，并进入所述第五干涉计后到达所述第五测量镜，进行干涉测量。

进一步的，所述第二分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第二三分之一分光镜、所述第二半分光镜和第五折转镜；

所述第十四光束经过所述第五折转镜进行光路折转进入所述第二干涉计后到达所述第二测量镜，进行干涉测量。

进一步的，所述第八分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、所述第一折转镜、所述第四三分之一分光镜、所述第四半分光镜和第六折转镜；

所述第十六光束经过所述第六折转镜进行光路折转进入所述第八干涉计后到达所述第八测量镜，进行干涉测量。

本发明能够取得以下技术效果：

1)非接触测量、误差小精度高

本发明的大型桁架结构尺寸稳定性测量装置，采用双频激光干涉仪系统进行非接触变形测量，这种非接触式测量，无磨损，测量过程中对被测物体不施加机械外力，可以避免接触式变形测量过程中人为操作的影响。这种方法的长度测量精度优于1um，达到亚微米量级，测量精度高，将现有技术中的变形测量精度提高了一个数量级。

2)操作简单且同步性好

本发明的大型桁架结构尺寸稳定性测量装置，采用一台激光器搭载9路变形测量光路，同时完成待测板框相对基准板框的六维变形量测量，解决了多种不同类型测量设备之间的数据传输及交互难点，数据同步性好。本发明装置调试完毕后，只要开启装置，便可以一直记录待测板框相对基准板框的六维变形量测量，而且是自动记录。解决了多种不同类型测量设备数据传输及交互难题，操作简单，避免了人为因素对测量结果的影响(例如，经纬仪不同测量者之间读数差异以及同一测量者不同时间段的读数差异等)，使得测量数据更加准确。

附图说明

图1是本发明实施例的测量系统光路布局示意图；

图2是本发明实施例的大型桁架结构尺寸稳定性测量装置的结构示意图；

图3是图2中待测板框上的测试装置结构示意图；

图4是图2中基准板框上的测试装置结构示意图；

图5是图2中隔振平台上的测试装置结构示意图。

附图标记说明：1、第六测量镜；2、第五测量镜；3、第四测量镜；4、第三测量镜；5、第二测量镜；6、第七折转镜；7、第一测量镜；8、第一干涉计；9、第二干涉计；10、第三干涉计；11、第五折转镜；12、第二折转镜；13、第二半分光镜；14、第二三分之一分光镜；15、激光器；16、第一三分之一分光镜；17、第三折转镜；18、第四干涉计；19、第三半分光镜；20、第一半分光镜；21、第三三分之一分光镜；22、第五干涉计；23、第六干涉计；24、第一折转镜；25、第四折转镜；26、第四半分光镜；27、第四三分之一分光镜；28、第九干涉计；29、第六折转镜；30、第八干涉计；31、第九测量镜；32、第八测量镜；33、第八折转镜；34、第七干涉计；35、第七测量镜；36、隔振平台；37、待测板框；38、基准板框。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。

参见图1-2，为本发明的大型桁架结构尺寸稳定性测量装置的结构示意图，包括第六测量镜1、第五测量镜2、第四测量镜3、第三测量镜4、第二测量镜5、第七折转镜6、第一测量镜7、第一干涉计8、第二干涉计9、第三干涉计10、第五折转镜11、第二折转镜12、第二半分光镜13、第二三分之一分光镜14、激光器15、第一三分之一分光镜16、第三折转镜17、第四干涉计18、第三半分光镜19、第一半分光镜20、第三三分之一分光镜21、第五干涉计22、第六干涉计23、第一折转镜24、第四折转镜25、第四半分光镜26、第四三分之一分光镜27、第九干涉计28、第六折转镜29、第八干涉计30、第九测量镜31、第八测量镜32、第八折转镜33、第七干涉计34及第七测量镜35。待测板框37位于隔振平台36的一端，基准板框38位于隔振平台36的另一端，待测板框37和基准板框38相对放置。

本测量装置不依赖于坐标原点具体在什么位置，给定坐标系的轴向方向定义由具体测量者来确定，不唯一，本发明只是给出一个示例。例如，参见图5,基准板框38和待测板框37分布在隔振平台36的长度方向的两侧；定义隔振平台36的长度方向为X轴方向，定义隔振平台36的宽度方向为Z方向，定义垂直于隔振平台36的板面的方向为Y轴方向。

参见图3，其中第六测量镜1、第五测量镜2、第四测量镜3、第三测量镜4、第二测量镜5、第一测量镜7、第九测量镜31、第八测量镜32及第七测量镜35安装在待测板框37上。参见图4-5，第二干涉计9、第三干涉计10、第五折转镜11、第二半分光镜13、第二三分之一分光镜14、激光器15、第一三分之一分光镜16、第三折转镜17、第四干涉计18、第三半分光镜19、第一半分光镜20、第三三分之一分光镜21、第五干涉计22、第六干涉计23、第一折转镜24、第四半分光镜26、第四三分之一分光镜27、第九干涉计28、第六折转镜29及第八干涉计30安装在基准板框38上。第一三分之一分光镜16和第一折转镜24位于基准板框38的上方，且位于宽度方向的两侧；第七折转镜6、第一干涉计8、第二折转镜12、第四折转镜25、第八折转镜33及第七干涉计34安装在隔振平台36上。

激光器15为整个测量系统提供激光束，激光器15的具体型号优选为5517DL，发出6mm直径的激光束。分光系统包括多个分光镜等光学元件，一部分光学元件安装在隔振平台36，另一部分光学元件安装在基准板框38上，测量镜组件设置在待测板框37上，分光系统设置有九个分光光路，测量镜组件设置有与九个分光光路一一对应的九个干涉计和九个测量镜；

激光束被九个测量光路平分为能量相等的子光束，每个子光束依次经过干涉计和测量镜形成测量光路，使得测量镜组件测量出待测板框37的六维变形量。

隔振平台的四角处依次布置有第二折转镜12、第四折转镜25、第八折转镜33和第七折转镜6。其中第二折转镜12和第七折转镜6设置在隔振平台的X轴方向的两侧，第一干涉计8与第七折转镜6设置在Y轴方向的同一直线上，第一干涉计8位于第七折转镜6的上方，第一干涉计8与第七折转镜6之间形成的直线与第二折转镜12和第七折转镜6形成的直线相互垂直；其中第四折转镜25和第八折转镜33设置在隔振平台的X轴方向的两侧，第七干涉计34与第八折转镜33设置在Y轴方向的同一直线上，第七干涉计34位于第八折转镜33的上方。

参见图3。待测板框37的与基准板框38相对的侧面设置为测量安装面。第一测量镜7和第七测量镜35位于待测板框37的底部，且第一测量镜7和第七测量镜35的连线、即中心点的连线与待测板框37的测量安装面法向垂直；第四测量镜3和第六测量镜1位于待测板框37的测量安装面相对应的棱边附近，且第四测量镜3和第六测量镜1的中心连线与第一测量镜7和第七测量镜35的中心点的连线相互垂直；第三测量镜4和第九测量镜31位于待测板框37的测量安装面相对应的棱边附近，且第三测量镜4和第九测量镜31的中心点的连线与第一测量镜7和第七测量镜35的中心点的连线相互平行；第五测量镜2位于待测板框37的测量安装面的几何中心，也就是第四测量镜3和第六测量镜1的中心连线与第三测量镜4和第九测量镜31的中心连线交点处，这样便于第五测量镜2的测量值与第四测量镜3和第六测量镜1的测量值差值进行比较、第五测量镜2的测量值与第三测量镜4和第九测量镜31的测量值差值进行比较，得到精确的测量结果；第二测量镜5位于待测板框37的测量安装面偏右下侧，且几何中分面与第五测量镜2和第四测量镜3的中心连线垂直；第八测量镜32位于待测板框37的测量安装面偏左下侧，且几何中分面与第五测量镜2和第四测量镜3的中心连线平行。

第一干涉计8和第七干涉计34的光线进出方向与Y轴平行，第二干涉计9、第三干涉计10、第四干涉计18、第五干涉计22、第六干涉计23、第八干涉计30及第九干涉计28的光线进出方向与X轴平行，第一测量镜7和第七测量镜35的镜面法向与Y轴平行，第二测量镜5、第三测量镜4、第四测量镜3、第五测量镜2、第六测量镜1、第八测量镜32及第九测量镜31的镜面法向与X轴平行。干涉计的光路进出方向确定，因此，各测量光路需沿着每个干涉计的要求射入到干涉计。

对于第一测量光路，激光器15发出的激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第二三分之一分光镜14、第二半分光镜13、第二折转镜12、第七折转镜6及第一干涉计8到达第一测量镜7，组成第一测量光路。激光器15发出初始激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光为第一光束和第二光束，第一光束和第二光束的能量分别是初始激光束的1/3和2/3。第一光束、即激光束能量的1/3到达第二三分之一分光镜14处，继续进行分光为第三光束和第四光束，第三光束和第四光束的能量分别是初始激光束的2/9和1/9，第三光束、即激光束能量的1/3*2/3到达第二半分光镜13处，继续进行分光分光为第十三光束和第十四光束，第十三光束和第十四光束的能量分别是初始激光束的1/9和1/9，第十三光束、即激光束能量的1/3*2/3*1/2到达第二折转镜12。初始激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第二三分之一分光镜14、第二半分光镜13、第二折转镜12这四个分光镜，使光路是沿着垂直隔振平台36的方向前进的，这四个分光镜设置在基准板框38的宽度方向的一侧；接着光路在第二折转镜12进行90°光路折转使激光束沿着X轴方向到达第七折转镜6，继续进行90°光路折转，使激光束进入第一干涉计8后到达第一测量镜7，进行干涉测量。

对于第二测量光路，激光器15发出的初始激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第二三分之一分光镜14、第二半分光镜13、第五折转镜11及第二干涉计9到达第二测量镜5，组成第二测量光路。激光器15发出初始激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光出第一光束，激光束能量的1/3到达第二三分之一分光镜14，继续进行分光出第三光束，即激光束能量的1/3*2/3到达第二半分光镜13，继续进行分光出第十四光束，即激光束能量的1/3*2/3*1/2到达第五折转镜11，接着光路进行90°光路折转使光束进入第二干涉计9后到达第二测量镜5，进行干涉测量。

对于第三测量光路，激光器15发出的初始激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第二三分之一分光镜14、及第三干涉计10到达第三测量镜4，组成第三测量光路。激光器15发出激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光为第一光束和第二光束，第一光束和第二光束的能量分别是激光束的1/3和2/3。第一光束、即激光束能量的1/3到达第二三分之一分光镜14，继续进行分光，分光为第三光束和第四光束，第三光束和第四光束的能量分别是激光束的2/9和1/9。第四光束、即激光束能量的1/3*1/3进入第三干涉计10后到达第三测量镜4，进行干涉测量。

对于第四测量光路，激光器15发出的激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第一半分光镜20、第三三分之一分光镜21、第三半分光镜19、第三折转镜17及第四干涉计18到达第四测量镜3，组成第四测量光路。激光器15发出激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光出第二光束、即激光束能量的2/3到达第一半分光镜20，继续进行分光，分光出第六光束、即激光束能量的2/3*1/2到达第三三分之一分光镜21，继续进行分光，分光为第九光路和第十光束，第九光束和第十光束的能量分别是激光束的1/9和2/9；第十光束、即激光束能量的2/3*1/2*2/3到达第三半分光镜19，继续进行分光，分光为第十一光束和第十二光束，十一光束和第十二光束的能量均是激光束的1/9，第十一光束、即激光束能量的2/3*1/2*2/3*1/2到达第三折转镜17，接着进行90°光路折转，使激光束进入第四干涉计18后到达第四测量镜3，进行干涉测量。第一半分光镜20位于第一三分之一分光镜16和第一折转镜24之间；第一半分光镜20、第三三分之一分光镜21、第三半分光镜19、第三折转镜17在同一直线上沿Y轴方向传输激光束。

对于第五测量光路，激光器15发出的激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第一半分光镜20、第三三分之一分光镜21、第三半分光镜19及第五干涉计22到达第五测量镜2，组成第五测量光路。激光器15发出激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光出第二光束，即激光束能量的2/3到达第一半分光镜20，继续进行分光出第六光束，即激光束能量的2/3*1/2到达第三三分之一分光镜21，继续进行分光出第十光束，即激光束能量的2/3*1/2*2/3到达第三半分光镜19，继续进行分光出第十二光束，即激光束能量的2/3*1/2*2/3*1/2进入第五干涉计22后到达第五测量镜2，进行干涉测量。

对于第六测量光路，激光器15发出的激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第一半分光镜20、第三三分之一分光镜21及第六干涉计23到达第六测量镜1，组成第六测量光路。激光器15发出激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光出第二光束，即激光束能量的2/3到达第一半分光镜20，继续进行分光出第六光束，即激光束能量的2/3*1/2到达第三三分之一分光镜21，继续进行分光出第九光束，即激光束能量的2/3*1/2*1/3进入第六干涉计23后到达第六测量镜1，进行干涉测量。

对于第七测量光路，激光器15发出的初始激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第一半分光镜20、第一折转镜24、第四三分之一分光镜27、第四半分光镜26、第四折转镜25、第八折转镜33及第七干涉计34到达第七测量镜35，组成第七测量光路。激光器15发出激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光出的第二光束，即激光束能量的2/3到达第一半分光镜20，继续进行分光，分光为第五光束和第六光束，第五光束和第六光束的能量分别是激光束的1/3和1/3，第五光束即激光束能量的2/3*1/2到达第一折转镜24，接着进行90°光路折转，激光束能量的2/3*1/2到达第四三分之一分光镜27，继续进行分光，分光为第七光束和第八光束，第七光束和第八光束的能量分别是激光束的2/9和1/9；第七光束、即激光束能量的2/3*1/2*2/3到达第四半分光镜26，继续进行分光，分光镜分光为第十五光束和第十六光束，第十五光束和第十六光束的能量分别是激光束的1/9和1/9；第十六光束、即激光束能量的2/3*1/2*2/3*1/2到达第四折转镜25，接着进行90°光路折转，使激光束到达第八折转镜33，继续进行90°光路折转，使激光束进入第七干涉计34后到达第七测量镜35，进行干涉测量。第一三分之一分光镜16、第一半分光镜20、第一折转镜24这三个分光镜使激光束沿着Z方向传输；第一折转镜24、第四三分之一分光镜27、第四半分光镜26、第四折转镜25这五个分光镜位于基准板框38的同一直线上，使激光束沿着Y轴方向入射到隔振平台36上；第四折转镜25使激光束沿着X轴方向入射到第八折转镜33上。

对于第八测量光路，激光器15发出的激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第一半分光镜20、第一折转镜24、第四三分之一分光镜27、第四半分光镜26、第六折转镜29及第八干涉计30到达第八测量镜32，组成第八测量光路。激光器15发出激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光出第二光束，即激光束能量的2/3到达第一半分光镜20，继续进行分光出第五光束，即激光束能量的2/3*1/2到达第一折转镜24，接着进行90°光路折转，激光束能量的2/3*1/2到达第四三分之一分光镜27，继续进行分光出第七光束，即激光束能量的2/3*1/2*2/3到达第四半分光镜26，继续进行分光出第十五光束，即激光束能量的2/3*1/2*2/3*1/2到达第六折转镜29，接着进行90°光路折转，激光束进入第八干涉计30后到达第八测量镜32，进行干涉测量。

对于第九测量光路，激光器15发出的激光束依次经过第一三分之一分光镜16、第一半分光镜20、第一折转镜24、第四三分之一分光镜27及第九干涉计28到达第九测量镜31，组成第九测量光路。激光器15发出激光束到达第一三分之一分光镜16，接着进行分光，分光出的第二光束，即激光束能量的2/3到达第一半分光镜20，继续进行分光，分光为第五光束和第六光束，第五光束和第六光束的能量分别是激光束的1/3和1/3，第五光束即激光束能量的2/3*1/2到达第一折转镜24，接着进行90°光路折转，激光束能量的2/3*1/2到达第四三分之一分光镜27，继续进行分光，分光为第七光束和第八光束，第七光束和第八光束的能量分别是激光束的2/9和1/9，第八光束、即激光束能量的2/3*1/2*1/3进入第九干涉计28后到达第九测量镜31，进行干涉测量。

第一测量光路与第七测量光路测量结果经过数据处理，得到待测板框37绕给定坐标系X轴的转动变形量(RX)；第三测量光路与第九测量光路测量结果经过数据处理，得到待测板框37绕给定坐标系Y轴的转动变形量(RY)；第四测量光路与第六测量光路测量结果经过数据处理，得到待测板框37绕给定坐标系Z轴的转动变形量(RZ)；第五测量光路测量结果得到待测板框37沿着给定坐标系X轴的平移变形量(TX)；第二测量光路测量结果得到待测板框37沿着给定坐标系Y轴的平移变形量(TY)；第八测量光路测量结果得到待测板框37沿着给定坐标系Z轴的平移变形量(TZ)，依据测量结果可以给出待测板框37相对基准板框38的转动和平动变形量。

第一三分之一分光镜16、第二三分之一分光镜14、第三三分之一分光镜21及第四三分之一分光镜27的型号优选为Keysight的10700A，分光镜组件为33％分光，将激光器15发出的激光束分成33％和67％两部分。

第一半分光镜20、第二半分光镜13、第三半分光镜19及第四半分光镜26的型号优选为Keysight的10701A，分光镜组件为半分光，将激光器15发出的激光束平均分成两部分。

第一折转镜24、第二折转镜12、第三折转镜17、第四折转镜25、第五折转镜11、第六折转镜29、第七折转镜6及第八折转镜33的型号优选为Keysight的10707A，将激光器15发出的激光束进行90°折转。

第一干涉计8、第三干涉计10、第四干涉计18、第五干涉计22、第六干涉计23、第七干涉计34及第九干涉计28的型号优选为Keysight的10705A，第二干涉计9、第八干涉计30的型号优选为Keysight的10775A。

隔振平台36为气浮隔振光学平台，是承载整个测量装置的主要部件，整个平台固有频率＜3Hz。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，包括：隔振平台、待测板框、基准板框、激光器、测量镜组件和分光系统；

所述待测板框和所述基准板框平行且相对布置，所述待测板框垂直于所述隔振平台，所述隔振平台的两端分别设置在所述待测板框、所述基准板框的底部；

所述激光器发射初始激光束至所述分光系统；

所述分光系统设置在所述隔振平台和所述基准板框上，所述分光系统设置有九个分光光路，所述测量镜组件设置有与所述九个所述分光光路分别对应的九个干涉计和九个测量镜；

所述初始激光束被九个所述分光光路分为能量相等的子光束，所述子光束依次经过所述干涉计和所述测量镜形成测量光路，使得所述测量镜组件测量出所述待测板框相对所述基准板框的六维变形量；

所述测量镜组件包括第一测量镜、第二测量镜、第三测量镜、第四测量镜、第五测量镜、第六测量镜、第七测量镜、第八测量镜和第九测量镜，用以得到所述待测板框关于给定坐标系的六个变形量；垂直于所述待测板框的方向设置为所述给定坐标系的X轴方向；

所述待测板框包括测量安装面，所述测量安装面设置为与所述基准板框相对的侧面；

所述第二测量镜、所述第三测量镜、所述第四测量镜、所述第五测量镜、所述第六测量镜、所述第八测量镜和所述第九测量镜的镜面的法向均与所述X轴方向平行，并且所述镜面垂直接收从对应的所述干涉计入射的所述子光束；

所述第一测量镜和所述第七测量镜对称设置于所述待测板框的底部的两端，所述第一测量镜和所述第七测量镜的镜面的法向均与所述给定坐标系的Y轴方向平行，并且所述镜面垂直接收从对应的所述干涉计入射的所述子光束；

所述第三测量镜和所述第九测量镜设置在同一与所述给定坐标系的Z轴平行的方向上，且均设置在所述测量安装面的边缘处；

所述第四测量镜和所述第六测量镜设置在同一与所述Y轴平行的方向上，且均设置在所述测量安装面的边缘处。

2.根据权利要求1所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述隔振平台的法线方向设置为与所述Y轴方向平行的方向；

所述第三测量镜、所述测量安装面的几何中心和所述第九测量镜均在同一直线上；所述第四测量镜、所述几何中心和所述第六测量镜均在同一直线上。

3.根据权利要求1所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述第五测量镜设置在所述测量安装面的几何中心；所述第三测量镜和所述第九测量镜的连线与所述第四测量镜和所述第六测量镜的连线均经过所述几何中心。

4.根据权利要求1所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述分光系统包括第一分光光路和第七分光光路，所述第一分光光路的出射光依次经过第一干涉计和所述第一测量镜；所述第七分光光路的出射光依次经过第七干涉计和所述第七测量镜，用以得到所述待测板框绕所述给定坐标系的X轴的转动变形量；

所述分光系统还包括第三分光光路和第九分光光路，所述第三分光光路的出射光依次经过第三干涉计和所述第三测量镜，所述第九分光光路的出射光依次经过第九干涉计和所述第九测量镜，用以得到所述待测板框绕所述给定坐标系的Y轴的转动变形量；

所述分光系统还包括第四分光光路和第六分光光路，所述第四分光光路的出射光依次经过第四干涉计和所述第四测量镜，所述第六分光光路的出射光依次经过第六干涉计和所述第六测量镜，用以得到所述待测板框绕所述给定坐标系的Z轴的转动变形量；

所述分光系统还包括第五分光光路，所述第五分光光路的出射光依次经过第五干涉计和所述第五测量镜，得到所述待测板框沿着所述X轴的平移变形量；

所述分光系统还包括第二分光光路，所述第二分光光路的出射光依次经过第二干涉计和所述第二测量镜，得到所述待测板框沿着所述Y轴的平移变形量；

所述分光系统还包括第八分光光路，所述第八分光光路的出射光依次经过第八干涉计和所述第八测量镜，得到所述待测板框沿着所述Z轴的平移变形量。

5.根据权利要求4所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述第一分光光路依次设有第一三分之一分光镜、第二三分之一分光镜、第二半分光镜、第二折转镜和第七折转镜：

所述第一干涉计与所述第七折转镜沿所述Y轴方向设置在所述隔振平台上；

所述初始激光束经过所述第一三分之一分光镜分光为第一光束和第二光束，所述第一光束和所述第二光束的能量分别是所述初始激光束的1/3和2/3；

其中所述第一光束经过所述第二三分之一分光镜分光为第三光束和第四光束，所述第三光束和所述第四光束的能量分别是所述初始激光束的2/9和1/9；

其中所述第三光束经过所述第二半分光镜分光为第十三光束和第十四光束，所述第十三光束和所述第十四光束的能量分别是所述初始激光束的1/9和1/9；

所述第二折转镜对所述第十三光束进行90°转折到所述第七折转镜，所述第七折转镜对所述第一分光光路上的光束进行90°转折后进入所述第一干涉计到达所述第一测量镜，进行干涉测量；

所述第七分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、第一半分光镜、第一折转镜、第四三分之一分光镜、第四半分光镜、第四折转镜和第八折转镜；

所述第七干涉计与所述第八折转镜沿所述Y轴方向设置在所述隔振平台上；

所述第二光束经过所述第一半分光镜分光为第五光束和第六光束，所述第五光束和所述第六光束的能量分别是初始激光束的1/3和1/3；

其中，所述第五光束经过所述第一折转镜转折进入所述第四三分之一分光镜分光为第七光束和第八光束，所述第七光束和所述第八光束的能量分别是所述初始激光束的2/9和1/9；

其中，所述第七光束经过所述第四半分光镜分光为第十五光束和第十六光束，所述第十五光束和所述第十六光束的能量均是所述初始激光束的1/9；

所述第四折转镜对所述第十五光束进行90°转折到所述第八折转镜，所述第八折转镜对所述第七分光光路上的光束进行90°转折后进入所述第七干涉计到达所述第七测量镜，进行干涉测量。

6.根据权利要求5所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述第三分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜和所述第二三分之一分光镜；

所述第四光束设置为所述第三分光光路的出射光，并进入所述第三干涉计后到达所述第三测量镜，进行干涉测量；

所述第九分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、所述第一折转镜和所述第四三分之一分光镜；

所述第八光束设置为所述第九光分光光路的出射光，并进入所述第九干涉计后到达所述第九测量镜，进行干涉测量。

7.根据权利要求5所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述第四分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、第三三分之一分光镜、第三半分光镜和第三折转镜；

所述第六光束设置为所述第三三分之一分光镜的入射光，并经过所述第三三分之一分光镜分光为第九光束 和第十光束，所述第九光束和第十光束的能量分别是所述初始激光束的1/9和2/9；

其中所述第十光束经过所述第三半分光镜分光为第十一光束和第十二光束，十一光束和第十二光束的能量均是所述初始激光束的1/9；

所述第三折转镜对所述第十一光束进行转折进入所述第四干涉计后到达所述第四测量镜，进行干涉测量；

所述第六分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜和所述第三三分之一分光镜；

所述第九光束设置为所述六分光光路的出射光并进入所述第六干涉计后到达所述第六测量镜，进行干涉测量。

8.根据权利要求7所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述第五分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、所述第三三分之一分光镜和所述第三半分光镜；

所述第十二光束设置为所述第五分光光路的出射光，并进入所述第五干涉计后到达所述第五测量镜，进行干涉测量。

9.根据权利要求5所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述第二分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第二三分之一分光镜、所述第二半分光镜和第五折转镜；

所述第十四光束经过所述第五折转镜进行光路折转进入所述第二干涉计后到达所述第二测量镜，进行干涉测量。

10.根据权利要求5所述的一种桁架结构尺寸稳定性测量装置，其特征在于，所述第八分光光路依次设有所述第一三分之一分光镜、所述第一半分光镜、所述第一折转镜、所述第四三分之一分光镜、所述第四半分光镜和第六折转镜；

所述第十六光束经过所述第六折转镜进行光路折转进入所述第八干涉计后到达所述第八测量镜，进行干涉测量。

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