CN114485445A - 一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置及方法，包括空间基准发射单元与空间位姿测量单元，二者采用分体式结构设计，增加了装置的柔性，同时具有较强的基于串联式结构的扩展性，空间基准发射单元采用十字线结构光作为基准光束，提供空间位姿测量基准，空间位姿测量单元可以测量相对于基准光束的空间形变；空间基准发射单元与空间位姿测量单元配合使用实现测量基准传递，可以用于测量基准与测量端由于障碍物遮挡不通视情况下的大型结构空间形变测量；图像传感器与图像接收屏位置固定，避免了传统的基于摄影测量的空间形变测量技术中***测量精度随测量距离降低的问题。

Description

一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量 装置及方法

技术领域

本发明属于基于激光与机器视觉的空间形变测量技术领域，具体涉及一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置与方法。

背景技术

基于激光与机器视觉的空间形变测量技术，广泛应用于大型结构空间形变测量及大型结构健康监测等场合。

目前，常用的空间形变测量设备有激光跟踪仪、全站仪、单目或双目摄影测量仪等测量设备。激光跟踪仪、全站仪等设备价格高昂、测量速度较低；单目或双目摄影测量仪，测量精度随测程增加而降低，无法实现大尺寸空间高精度测量；且激光跟踪仪、全站仪、单目或双目摄影测量仪的测量光路均易受障碍物影响，无法在测量基准与测量点不通视情况下实现跨障碍测量。

因而，大型结构空间形变测量及大型结构健康监测领域，急需一种价格普惠、测量精度高、且测量基准光束可非线性跨障碍传递的大型空间结构形变测量装置。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型空间结构形变测量装置，用于大型结构空间形变测量及大型结构健康监测。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，其特征在于：包括空间基准发射单元及空间位姿测量单元，

所述空间基准发射单元包括安装基座、十字线激光发生器、激光测距仪、定位基准台、V型定位台及透光窗口，所述安装基座上固定安装所述激光测距仪及V型定位槽，所述定位基准台包括两个互相平行且与所述的安装基准面垂直的定位端面，所述激光测距仪的一条棱与所述的一个定位端面接触安装，所述V型定位槽上定位安装所述十字线激光发生器，所述的V型定位槽的一个面与所述的定位端面接触安装，所述安装基座的前端设置有透光窗口；

所述空间位姿测量单元包括安装基座、激光分光镜、平面反射镜A、平面反射镜B、平面反射镜C、激光接收屏A、激光接收屏B、图像传感器A及图像传感器B，所述安装基座内设置有若干定位棱作为定位端面，所述激光分光镜与所述定位棱呈45°布置，所述平面反射镜A设置于所述激光分光镜后端并与定位棱呈45°布置，所述平面反射镜B与所述平面反射镜A平行设置并与所述定位棱呈45°布置，所述平面反射镜C与所述平面反射镜B垂直并与所述定位棱呈45°布置，所述设置于安装基座上的激光接收屏A与激光接收屏B用于接收十字光斑图像并成像为图像传感器A及图像传感器B提供目标图像，所述安装基座前端面上设置十字线激光入射窗口及激光测距靶标平面。

而且，所述空间基准发射单元的十字形激光发生器采用十字线结构光作为基准光束，提供空间位姿测量基准。

而且，所述空间基准发射单元固结于所述空间位姿测量单元上表面，所述空间基准发射单元与空间位姿测量单元构成基准光束传递单元，所述空间位姿测量单元可以测量相对于基准光束的水平位移、竖直位移、偏航角位移、俯仰角位移以及滚转角位移，结合所述空间基准发射单元中的激光测距仪，可以实现空间六自由度形变测量。

而且，所述激光接收屏A、激光接收屏B均为透明亚克力板制成，且所述激光接收屏A、激光接收屏B外侧涂镀有纳米漫反射涂层。

而且，所述安装基座上设置有机械外壳；所述安装基座上设置有机械外壳。

一种所述基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

1)测量安装准备：将空间基准发射单元与工控机连接，紧固安装在三角支架上，并将三角支架置于测量空间附近的稳定地面上，打开空间基准发射单元的十字线激光发生器及激光测距仪；将空间位姿测量单元与空间基准发射单元紧固安装，构成基准光束传递单元，事先标定基准光束传递单元中空间位姿测量坐标系与空间基准发射坐标系关系，将基准光束传递单元置于障碍物附近位置；将空间位姿测量单元置于被测点附近位置；打开工控机，并打开装置中所有空间位姿测量单元的图像传感器A及图像传感器B，保证十字线激光发生器的十字线光斑能够通过透光窗口在激光接收屏A、激光接收屏B上形成十字图像；

2)空间基准发射坐标系建立：在所述空间基准发射单元中，以十字线激光中心投射方向为坐标系X轴，以激光测距仪测距基准面与X轴交点为坐标原点O，以十字线横轴所在平面内过原点且与X轴垂直的轴作为Y轴，以过坐标原点且垂直于XOY平面的轴为Z轴，建立符合右手定则的空间基准发射坐标系；

3)空间位姿测量单元自身坐标系建立：在所述空间位姿测量单元中，以沿激光入射方向的一条棱作为X轴，以靠近窗口的临边棱与该棱交点为原点，以过原点且垂直于安装基准面向上的方向为Z轴，以过原点且垂直于XOY平面的直线为Y轴，建立空间位姿测量单元自身坐标系；

4)激光透射及反射光路：入射的十字线结构光经激光分光镜作用后，一部分反射后投射到激光接收屏A，另一部分透过激光分光镜，先后经平面反射镜反射后投射至激光接收屏B，为接收屏A经过激光分光镜形成虚像，图像传感器A经过激光分光镜形成虚像，接收屏B经过平面镜组光路形成虚像，图像传感器B经过平面镜组光路形成虚像，即经过测量光路后，两组机器视觉测量***构成平行正对的形式，且接收屏A虚像、接收屏B虚像所在平面均与X轴垂直，且位置关系固定；

5)设定激光接收屏A的虚像平面为A，激光接收屏B的虚像平面为B，在空间位姿测量单元自身坐标系中，设平面方程为x＝x₁，平面为x＝x₂，图像传感器A、B采集到的两屏幕上的十字光斑图像经测量软件处理后，能获取十字光斑中心在图像传感器A、B二维坐标系中的位置，设十字光斑在激光接收屏A的虚像平面上的中心点为A，设十字光斑在激光接收屏B的虚像平面上的中心点为B，经标定转换后即可获取其在空间位姿测量单元自身坐标系中的空间位置，设A坐标为(x₁，y₁，z₁)，B坐标为(x₂，y₂，z₂)，其可以由机器视觉***测量得到，同时经测量软件处理还可获取平面上十字线横轴斜率，设为k；

6)水平、竖直位移测量：以十字线结构光在激光接收屏A的虚像平面上的十字光斑中心作为水平竖直位移测量的基准，设初始时刻A点坐标为(x₁，y₁，z₁)，发生位姿变动后A点坐标为(x₁’，y₁’，z₁’)，

水平位移为Δy＝y₁'-y₁；

竖直位移为Δz＝z₁'-z₁；

7)偏航角、俯仰角、滚转角测量：设位姿变动前初始时刻A点坐标为(x₁，y₁，z₁)，十字光斑横轴在虚像平面(7-3)中的斜率为k；设B点坐标为(x₂，y₂，z₂)，此时线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的XOY平面内的投影与OX轴夹角为

线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的YOZ平面内的投影与OX轴夹角发生

设位姿变动后，A点坐标为(x₁，y₁’，z₁’)，十字光斑横轴在虚像平面(7-3)中的斜率为k’；设B点坐标为(x₂，y₂’，z₂’)，此时此时线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的XOY平面内的投影与OX轴夹角为

线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的YOZ平面内的投影与OX轴夹角发生

则：

偏航角位移Δα＝α2-α1；

俯仰角位移Δβ＝β2-β1；

滚转角位移Δθ＝arctank'-arctank。

从而，结合激光测距沿十字基准光线传递方向的测距功能，可实现空间位姿测量单元相对于十字基准光束的空间六自由度形变测量。

本发明的优点和有益效果为：

1、本发明基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，空间基准发射单元与空间位姿测量单元采用分体式结构，增加了装置的柔性。

2、本发明基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，图像传感器与图像接收屏位置固定，避免了传统的基于摄影测量的空间坐标测量技术中***测量精度随测程降低的问题。

3、本发明基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，具有较强的基于串联式结构的扩展性，能实现测量基准的跨障碍测量。

4、本发明基于基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，构成简单，价格普惠，能有效弥补激光跟踪仪等价格高昂的问题。

5、本发明基于基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，V型定位槽的一端固定安装有激光器固定压板，可实现激光器外壳的五点定位，保证所述的激光发生器在V型槽内轴向定位精度。

6、本发明基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，采用十字线结构光产生空间位姿测量基准，结合激光测距仪可以实现空间六自由度形变的测量。

7、本发明基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，安装基座上设置有机械外壳，用以防尘防潮防冲击等对内部关键设备的保护。

8、本发明基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，激光接收屏、激光接收屏B均为透明亚克力板制成，且所述激光接收屏A、激光接收屏B外侧涂镀有纳米漫反射涂层，保证十字光斑在屏幕上清晰成像且透过屏幕能被图像传感器清晰采集。

附图说明

图1为本发明的空间基准发射单元结构示意图；

图2为本发明的空间位姿测量单元结构示意图；

图3为本发明的无障碍物遮挡时空间形变测量装置示意图；

图4为本发明空间基准发射坐标系建立示意图；

图5为本发明空间位姿测量单元自身坐标系建立示意图；

图6为本发明测量光路示意图；

图7为本发明基准光束跨障碍传递空间形变测量装置示意图；

图8本发明位移及角度测量过程示意图。

附图标记说明

1-1，十字线激光发生器；1-2，激光测距仪；1-3，定位基准台；1-4，V型定位槽；1-5，激光器固定压板；1-6，透光窗口；1-7，安装基座；1-8，机械外壳；

2-1，激光分光镜；2-2，平面反射镜A；2-3，平面反射镜B；2-4，平面反射镜C；2-5，激光接收屏A；2-6，激光接收屏B；2-7，图像传感器A；2-8，图像传感器B；2-9，激光测距靶标平面；2-10，十字线激光入射窗口；2-11，定位棱；2-12，安装基座；2-13，机械外壳；

3-1，空间基准发射单元；3-2，空间位姿测量单元；3-3，工控机

4-1，空间基准发射坐标系原点；4-2空间基准发射坐标系X轴；4-3，空间基准发射坐标系Y轴；4-4，空间基准发射坐标系Z轴；

5-1，空间位姿测量单元自身坐标系X轴；5-2，空间位姿测量单元自身坐标系Y轴；5-3，空间位姿测量单元自身坐标系原点；5-4，空间位姿测量单元自身坐标系Z轴；

6-1，入射的十字线结构光；6-2，接收屏A经过激光分光镜形成的虚像平面A；6-3，图像传感器A经过激光分光镜形成的虚像；6-4，接收屏B经过平面镜组光路形成的虚像平面B；6-5，图像传感器B经过平面镜组光路形成的虚像；

7-1，基准光束传递单元；7-2，第一测距仪信号线；7-3，第二测距仪信号线；7-4，第一图像传感器信号线；7-5，第二图像传感器信号线；7-6，第三图像传感器信号线；7-7，第四图像传感器信号线；

8-1，空间基准发射坐标系；8-2，空间位姿测量单元自身坐标系。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，其特征在于：包括空间基准发射单元3-1及空间位姿测量单元3-2，

所述空间基准发射单元包括安装基座1-7、十字线激光发生器1-1、激光测距仪1-2、定位基准台1-3、V型定位台1-4及透光窗口1-6，所述安装基座上固定安装所述激光测距仪及V型定位槽，所述定位基准台包括两个互相平行且与所述的安装基准面垂直的定位端面，所述激光测距仪的一条棱与所述的一个定位端面接触安装，所述V型定位槽上定位安装所述十字线激光发生器，所述的V型定位槽的一个面与所述的定位端面接触安装，所述安装基座的前端设置有透光窗口，V型定位槽的一端固定安装有激光器固定压板1-5，可实现激光器外壳的五点定位，保证所述的激光发生器在V型槽内轴向定位精度；

所述空间位姿测量单元包括安装基座2-12、激光分光镜2-1、平面反射镜A2-2、平面反射镜B2-3、平面反射镜C2-4、激光接收屏A2-5、激光接收屏B2-6、图像传感器A2-7及图像传感器B2-8，所述安装基座内设置有若干定位棱2-11作为定位端面，所述激光分光镜与所述定位棱呈45°布置，所述平面反射镜A设置于所述激光分光镜后端并与定位棱呈45°布置，所述平面反射镜B与所述平面反射镜A平行设置并与所述定位棱呈45°布置，所述平面反射镜C与所述平面反射镜B垂直并与所述定位棱呈45°布置，所述设置于安装基座上的激光接收屏A与激光接收屏B用于接收十字光斑图像并成像为图像传感器A及图像传感器B提供目标图像，所述安装基座前端面上设置十字线激光入射窗口2-10及激光测距靶标平面2-9。

空间基准发射单元的十字形激光发生器采用十字线结构光作为基准光束，提供空间位姿测量基准。

空间基准发射单元固结于所述空间位姿测量单元上表面，所述空间基准发射单元与空间位姿测量单元构成基准光束传递单元7-1，所述空间位姿测量单元可以测量相对于基准光束的水平位移、竖直位移、偏航角位移、俯仰角位移以及滚转角位移，结合所述空间基准发射单元中的激光测距仪，可以实现空间六自由度形变测量。

激光接收屏A、激光接收屏B均为透明亚克力板制成，且所述激光接收屏A、激光接收屏B外侧涂镀有纳米漫反射涂层，保证十字光斑在屏幕上清晰成像且透过屏幕能被图像传感器清晰采集。

空间基准发射单元的安装基座上设置有机械外壳1-8；空间位姿测量单元的安装基座上设置有机械外壳2-13，用以防尘防潮防冲击等对内部关键设备的保护。

一种所述基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

1)测量安装准备：将空间基准发射单元与工控机3-3连接，紧固安装在三角支架上，并将三角支架置于测量空间附近的稳定地面上，打开空间基准发射单元的十字线激光发生器及激光测距仪；将空间位姿测量单元与空间基准发射单元紧固安装，构成基准光束传递单元，事先标定基准光束传递单元中空间位姿测量坐标系与空间基准发射坐标系关系，将基准光束传递单元置于障碍物附近位置；将空间位姿测量单元置于被测点附近位置；打开工控机，并打开装置中所有空间位姿测量单元的图像传感器A及图像传感器B，保证十字线激光发生器的十字线光斑能够通过透光窗口在激光接收屏A、激光接收屏B上形成十字图像；

2)空间基准发射坐标系建立：在所述空间基准发射单元中，以十字线激光中心投射方向为空间基准发射坐标系X轴4-2，以激光测距仪测距基准面与空间基准发射坐标系X轴交点为空间基准发射坐标系原点O4-1，以十字线横轴所在平面内过原点且与空间基准发射坐标系X轴垂直的轴作为空间基准发射坐标系Y轴4-3，以过空间基准发射坐标系原点O且垂直于XOY平面的轴为空间基准发射坐标系Z轴4-4，建立符合右手定则的空间基准发射坐标系8-1；

3)空间位姿测量单元自身坐标系建立：在所述空间位姿测量单元中，以沿激光入射方向的一条棱作为空间位姿测量单元自身坐标系X轴5-1，以靠近窗口的临边棱与该棱交点为空间位姿测量单元自身坐标系原点5-3，以过空间位姿测量单元自身坐标系原点且垂直于安装基准面向上的方向为空间位姿测量单元自身坐标系Z轴5-4，以过空间位姿测量单元自身坐标系原点且垂直于XOY平面的直线为空间位姿测量单元自身坐标系Y轴5-2，建立空间位姿测量单元自身坐标系8-2；

4)激光透射及反射光路：入射的十字线结构光6-1经激光分光镜作用后，一部分反射后投射到激光接收屏A，另一部分透过激光分光镜，先后经平面反射镜反射后投射至激光接收屏B，接收屏A经过激光分光镜形成的虚像平面A6-2，图像传感器A经过激光分光镜形成虚像6-3，接收屏B经过平面镜组光路形成的虚像平面B6-4，图像传感器B经过平面镜组光路形成虚像6-5，即经过测量光路后，两组机器视觉测量***构成平行正对的形式，且接收屏A虚像、接收屏B虚像所在平面均与X轴垂直，且位置关系固定；

5)设定激光接收屏A(2-5)的虚像平面为，激光接收屏B的虚像平面为(7-4)，在空间位姿测量单元自身坐标系中，设平面方程为x＝x₁，平面为x＝x₂，图像传感器A、B采集到的两屏幕上的十字光斑图像经测量软件处理后，能获取十字光斑中心在图像传感器A、B二维坐标系中的位置，设十字光斑在激光接收屏A的虚像平面上的中心点为A，设十字光斑在激光接收屏B的虚像平面上的中心点为B，经标定转换后即可获取其在空间位姿测量单元自身坐标系中的空间位置，设A坐标为(x₁，y₁，z₁)，B坐标为(x₂，y₂，z₂)，其可以由机器视觉***测量得到，同时经测量软件处理还可获取平面上十字线横轴斜率，设为k；

6)水平、竖直位移测量：以十字线结构光在激光接收屏A的虚像平面上的十字光斑中心作为水平竖直位移测量的基准，设初始时刻A点坐标为(x₁，y₁，z₁)，发生位姿变动后A点坐标为(x₁’，y₁’，z₁’)，

水平位移为Δy＝y₁'-y₁；

竖直位移为Δz＝z₁'-z₁；

7)偏航角、俯仰角、滚转角测量：设位姿变动前初始时刻A点坐标为(x₁，y₁，z₁)，十字光斑横轴在虚像平面中的斜率为k；设B点坐标为(x₂，y₂，z₂)，此时线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的XOY平面内的投影与OX轴夹角为

线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的YOZ平面内的投影与OX轴夹角发生

设位姿变动后，A点坐标为(x₁，y₁’，z₁’)，十字光斑横轴在虚像平面中的斜率为k’；设B点坐标为(x₂，y₂’，z₂’)，此时此时线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的XOY平面内的投影与OX轴夹角为

线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的YOZ平面内的投影与OX轴夹角发生

则：

偏航角位移Δα＝α2-α1；

俯仰角位移Δβ＝β2-β1；

滚转角位移Δθ＝arctank'-arctank。

从而，结合激光测距沿十字基准光线传递方向的测距功能，可实现空间位姿测量单元相对于十字基准光束的空间六自由度形变测量。

本发明专利对测量基准光束跨障碍传递原理进行说明：

将空间基准发射单元与工控机连接，紧固安装在三角支架上，并将三角支架置于测量空间附近的稳定地面上，打开空间基准发射单元的十字线激光发生器及激光测距仪；将空间位姿测量单元与空间基准发射单元紧固安装，构成基准光束传递单元，事先标定基准光束传递单元中空间位姿测量坐标系与空间基准发射坐标系关系，将基准光束传递单元置于障碍物附近位置；将空间位姿测量单元置于被测点附近位置；保证空间基准发射单元十字线结构光在基准光束传递单元中的空间位姿测量单元激光接受屏幕A和激光接收屏B上均清晰成像；保证基准光束传递单元中的空间基准发射单元十字线结构光在被测点位置处的空间位姿测量单元的接收屏A和接收屏B上清晰成像。

当基准光束传递单元不发生位姿变动时，基于十字线结构光的空间位姿测量基准可以直接经基准光束传递单元中的基准传递光束，非线性跨障碍传递至被测点位置空间位姿测量单元处，实现被测点位置相对于十字线基准光束的空间形变测量；

当基准光束传递单元发生位姿变动时，会引起基准传递单元中的空间基准发射单元中的基准传递光束发生相同的位姿变动，从而在被测点位置的空间位姿测量单元会引入空间形变测量误差；基准光束传递单元中的空间位姿测量单元可以测量基准光束传递单元相对于测量基准光束的空间六自由度位姿变动，由于基准光束传递单元中空间位姿测量坐标系与空间基准发射坐标系关系固定且已知，通过公知的几何知识容易计算得到基准传递光束十字光斑在被测点位置处发生的位置变动，从而可以在被测点空间位姿测量单元中将该位置变动进行补偿，实现基准光束非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量。

空间基准发射单元的激光测距仪通过第一测距仪信号线7-2、第二测距仪信号线7-3将测距信号在工控机、基准光束传递单元及空间基准发射单元之间进行传输；空间位姿测量单元将图像信号通过第一图像传感器信号线7-4、第二图像传感器信号线7-5、第三图像传感器信号线7-6及第四图像传感器信号线7-7在工控机、空间位姿测量单元及基准光束传递单元之间进行传输。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，其特征在于：包括空间基准发射单元及空间位姿测量单元，

所述空间基准发射单元包括安装基座、十字线激光发生器、激光测距仪、定位基准台、V型定位台及透光窗口，所述安装基座上固定安装所述激光测距仪及V型定位槽，所述定位基准台包括两个互相平行且与所述的安装基准面垂直的定位端面，所述激光测距仪的一条棱与所述的一个定位端面接触安装，所述V型定位槽上定位安装所述十字线激光发生器，所述的V型定位槽的一个面与所述的定位端面接触安装，所述安装基座的前端设置有透光窗口；

所述空间位姿测量单元包括安装基座、激光分光镜、平面反射镜A、平面反射镜B、平面反射镜C、激光接收屏A、激光接收屏B、图像传感器A及图像传感器B，所述安装基座内设置有若干定位棱作为定位端面，所述激光分光镜与所述定位棱呈45°布置，所述平面反射镜A设置于所述激光分光镜后端并与定位棱呈45°布置，所述平面反射镜B与所述平面反射镜A平行设置并与所述定位棱呈45°布置，所述平面反射镜C与所述平面反射镜B垂直并与所述定位棱呈45°布置，所述设置于安装基座上的激光接收屏A与激光接收屏B用于接收十字光斑图像并成像为图像传感器A及图像传感器B提供目标图像，所述安装基座前端面上设置十字线激光入射窗口及激光测距靶标平面。

2.根据权利要求1所述的基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，其特征在于：所述空间基准发射单元的十字形激光发生器采用十字线结构光作为基准光束，提供空间位姿测量基准。

3.根据权利要求1所述的基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，其特征在于：所述空间基准发射单元固结于所述空间位姿测量单元上表面，所述空间基准发射单元与空间位姿测量单元构成基准光束传递单元，所述空间位姿测量单元可以测量相对于基准光束的水平位移、竖直位移、偏航角位移、俯仰角位移以及滚转角位移，结合所述空间基准发射单元中的激光测距仪，可以实现空间六自由度形变测量。

4.根据权利要求1所述的基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，其特征在于：所述激光接收屏A、激光接收屏B均为透明亚克力板制成，且所述激光接收屏A、激光接收屏B外侧涂镀有纳米漫反射涂层。

5.根据权利要求1所述的基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量装置，其特征在于：所述安装基座上设置有机械外壳；所述安装基座上设置有机械外壳。

6.一种如权利要求1～5任意一项所述基准光束可非线性跨障碍传递的大型结构空间形变测量方法，其特征在于：所述方法的步骤为：

1)测量安装准备：将空间基准发射单元与工控机连接，紧固安装在三角支架上，并将三角支架置于测量空间附近的稳定地面上，打开空间基准发射单元的十字线激光发生器及激光测距仪；将空间位姿测量单元与空间基准发射单元紧固安装，构成基准光束传递单元，事先标定基准光束传递单元中空间位姿测量坐标系与空间基准发射坐标系关系，将基准光束传递单元置于障碍物附近位置；将空间位姿测量单元置于被测点附近位置；打开工控机，并打开装置中所有空间位姿测量单元的图像传感器A及图像传感器B，保证十字线激光发生器的十字线光斑能够通过透光窗口在激光接收屏A、激光接收屏B上形成十字图像；

2)空间基准发射坐标系建立：在所述空间基准发射单元中，以十字线激光中心投射方向为坐标系X轴，以激光测距仪测距基准面与X轴交点为坐标原点O，以十字线横轴所在平面内过原点且与X轴垂直的轴作为Y轴，以过坐标原点且垂直于XOY平面的轴为Z轴，建立符合右手定则的空间基准发射坐标系；

3)空间位姿测量单元自身坐标系建立：在所述空间位姿测量单元中，以沿激光入射方向的一条棱作为X轴，以靠近窗口的临边棱与该棱交点为原点，以过原点且垂直于安装基准面向上的方向为Z轴，以过原点且垂直于XOY平面的直线为Y轴，建立空间位姿测量单元自身坐标系；

4)激光透射及反射光路：入射的十字线结构光经激光分光镜作用后，一部分反射后投射到激光接收屏A，另一部分透过激光分光镜，先后经平面反射镜反射后投射至激光接收屏B，为接收屏A经过激光分光镜形成虚像，图像传感器A经过激光分光镜形成虚像，接收屏B经过平面镜组光路形成虚像，图像传感器B经过平面镜组光路形成虚像，即经过测量光路后，两组机器视觉测量***构成平行正对的形式，且接收屏A虚像、接收屏B虚像所在平面均与X轴垂直，且位置关系固定；

5)设定激光接收屏A的虚像平面A，激光接收屏B的虚像平面B，在空间位姿测量单元自身坐标系中，设平面方程为x＝x₁，平面为x＝x₂，图像传感器A、B采集到的两屏幕上的十字光斑图像经测量软件处理后，能获取十字光斑中心在图像传感器A、B二维坐标系中的位置，设十字光斑在激光接收屏A的虚像平面上的中心点为A，设十字光斑在激光接收屏B的虚像平面上的中心点为B，经标定转换后即可获取其在空间位姿测量单元自身坐标系中的空间位置，设A坐标为(x₁，y₁，z₁)，B坐标为(x₂，y₂，z₂)，其可以由机器视觉***测量得到，同时经测量软件处理还可获取平面上十字线横轴斜率，设为k；

6)水平、竖直位移测量：以十字线结构光在激光接收屏A的虚像平面上的十字光斑中心作为水平竖直位移测量的基准，设初始时刻A点坐标为(x₁，y₁，z₁)，发生位姿变动后A点坐标为(x₁’，y₁’，z₁’)，

水平位移为Δy＝y₁'-y₁；

竖直位移为Δz＝z₁'-z₁；

7)偏航角、俯仰角、滚转角测量：设位姿变动前初始时刻A点坐标为(x₁，y₁，z₁)，十字光斑横轴在虚像平面(7-3)中的斜率为k；设B点坐标为(x₂，y₂，z₂)，此时线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的XOY平面内的投影与OX轴夹角为

线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的YOZ平面内的投影与OX轴夹角发生

设位姿变动后，A点坐标为(x₁，y₁’，z₁’)，十字光斑横轴在虚像平面中的斜率为k’；设B点坐标为(x₂，y₂’，z₂’)，此时此时线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的XOY平面内的投影与OX轴夹角为

线段AB在空间位姿测量单元自身坐标系的YOZ平面内的投影与OX轴夹角发生

则：

偏航角位移Δα＝α2-α1；

俯仰角位移Δβ＝β2-β1；

滚转角位移Δθ＝arctank'-arctank。

从而，结合激光测距沿十字基准光线传递方向的测距功能，可实现空间位姿测量单元相对于十字基准光束的空间六自由度形变测量。

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