[發明專利]一種激光跟蹤儀測量中環境補償的方法

有效

• 申請號: 201010535206.6
• 申請日: 2010-11-03
• 公開（公告）號: CN102003935A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 李杰;吳時彬;伍凡
• 申請（專利權）人: 中國科學院光電技術研究所
• 主分類號: G01B9/00
• 分類號: G01B9/00;G01B11/02;G01B11/26
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 盧紀

技術領域

本發明涉及一種激光跟蹤儀測量中環境補償的方法，屬于光電工程技術領域，主要應用于激光跟蹤儀測量時環境的補償，特別是應用于激光跟蹤儀大尺寸在線測量的環境補償。

背景技術

在大尺寸高精度工件檢測中，激光跟蹤儀得到了越來越廣泛的應用，然而，大尺寸測量通常是在線測量，環境帶來的影響(主要包括空氣折射率變化和相對位移及震動)成為限制測量精度的一個重要因素，而在生產車間創造實驗室測量環境條件將導致檢測成本大大提升，因此激光跟蹤儀測量過程中的環境補償是一個非常重要的課題。

現有的激光跟蹤儀主要利用溫度、濕度、氣壓傳感器來監測空氣折射率的變化進行測量的補償，而這種補償方式受限于傳感器的數量，因此，它很難準確反映整個測量路徑上環境的變化量。并且，傳統的激光跟蹤儀沒有采取措施對測量過程中跟蹤儀相對被測件發生的相對位移進行補償，而這些因素將最終降低測量的精度，甚至導致測量的失敗。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對目前大尺寸高精度在線檢測中，由于測量過程中空氣折射率變化及激光跟蹤儀相對被測件的相對位移造成的檢測精度的下降，提供一種結構簡單、成本低廉的環境補償方法。

本發明的技術解決方案：一種激光跟蹤儀測量中環境補償的方法，實現步驟如下：

第一步，從激光跟蹤儀內置雙頻激光器的出射雙頻激光中分光出補償用激光；

第二步，將補償用激光投射至被測件上并由角錐棱鏡反射形成補償光路；

第三步，在補償光路中加入干涉元器件，使補償光路具備雙頻激光干涉測距功能；

第四步，在補償光路中加入分光及PSD(位置敏感探測器)，使補償光路具備PSD位移測量功能；

第五步，使用雙頻激光干涉測距數據及PSD位移測量數據對激光跟蹤儀測量結果補償。

所述的第一步中，從激光跟蹤儀內置雙頻激光器的出射雙頻激光中分光出補償用激光的方法為：在激光出射路徑上加入分光鏡，透過分光鏡的光束為激光跟蹤儀測量用激光，方向轉折的光束為補償用激光。

所述的第二步中，將補償用激光投射至被測件上并由角錐棱鏡反射形成補償光路的方法為：

(1)加入平面反射鏡，調整激光跟蹤儀相對被測件姿態，并旋轉平面反射鏡進行光路調整實現補償用激光投射。

(2)在確定激光投射位置后，在被測件上補償用激光光束光斑位置處調整并固定并角錐反射鏡。

所述的第三步中，在補償光路中加入干涉元器件，使補償光路具備雙頻激光干涉測距功能的方法為：

(1)在分光鏡后加入干涉鏡，形成光干涉；

(2)加入接收器對干涉測量光信號進行接收并轉換；

(3)加入信號處理電路，利用光接收器信號與激光器信號得出位移變化量。

所述的第四步中，在補償光路中加入分光及PSD，使補償光路具備PSD位移測量功能的方法為：

(1)在角錐反射鏡前添加分光鏡，光束透過部分為雙頻干涉測距所用激光，光束轉折部分為PSD位移測量所需激光。

(2)轉折光路中加入濾光片用以過濾雜散光；

(3)在濾光片后加入二維PSD，用以進行二維位移探測。

(4)加入PSD信號處理模塊對PSD測量信號處理，得出位移信號。

所述的第五步中，使用雙頻激光干涉測距數據及PSD位移測量數據對激光跟蹤儀測量結果補償的方法為：

(1)使用雙頻激光干涉測距結果l_r對激光跟蹤儀距離測量結果l_t進行直接補償，補償后長度l_c為l_c＝l_t+l_r；

(2)使用PSD位移測量結果l_v、l_h對激光跟蹤儀角度測量結果θ_t、φ_t進行補償，其中l_v為PSD的y方向測量結果，l_h為PSD的x方向測量結果，θ_t為激光跟蹤儀測量垂直角，φ_t為激光跟蹤儀測量水平角，補償后垂直角θ_c為補償后水平角φ_c為