[發明專利]偏振光角錐靶標共光路補償的二維光電自準直方法與裝置

有效

• 申請號: 201110021730.6
• 申請日: 2011-01-19
• 公開（公告）號: CN102176088A
• 公開（公告）日: 2011-09-07
• 發明（設計）人: 譚久彬;朱凡;崔繼文
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30;G02B27/28;G01B11/26
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及一種偏振光角錐靶標共光路補償的二維光電自準直方法與裝置，屬于精密儀器制造和精密測試計量技術領域。

背景技術

隨著精密制造加工技術以及測量技術的不斷發展，對二維小角度的測量精度提出越來越高的要求。光電自準直角度測量方法廣泛用于小角度測量、高精度角度標校、平板的平面度測量、軸系的角晃動測量、導軌的直線度測量、轉臺位置不確定度等測量領域，是機械制造、造船、航空航天、計量測試、科學研究等部門必備的常規測量儀器。

激光由于其單色性好、能量密度高的優點，常將其應用在遠距離高精度角度測量中，已有許多單位研制出基于激光光源的高精度光電自準直儀(1.林玉池，張萍，趙美蓉，洪昕.野外使用的半導體激光自準直儀.航空精密制造技術，2001，37(3)：35-37；2.馬福祿，張志利，周召發.基于M型分劃絲的單線陣CCD直線度準直儀.光學技術，2002，28(3)：224-225；3.張堯禹，張明慧，喬彥峰.一種高精度CCD激光自準直測量系統的研究.光電子·激光，2003，14(2)：168-170)，具有測量距離遠、靈敏度高的優點，但由于自準直光束的漂移，限制了最終測量不確定度的提高。

目前大部分光電自準直儀的測量不確定度均在0.5″以上，僅有少數能夠達到0.5″以下，并且對于測量不確定度優于0.5″的光電自準直儀，測量距離通常小于6m(1.張繼友，范天泉，曹學東.光電自準直儀研究現狀與展望.計量技術，2004.7：27-29；2.英國TaylorHobson公司的TA51，DA20，DA400型自準直儀操作手冊.2002；3.德國MOLLER-WEDEL公司的ELCOMAT?vario雙軸自準直儀中文操作手冊.2004；4.中國船舶工業第6354研究所九江精密測試技術研究所SZY-99型數顯自準直儀中文操作手冊.2004)。光電自準直儀中光束的漂移是制約測量不確定度的最主要因素，并且測量距離越遠漂移量越大，測量不確定度難以得到保證。自準直儀中光束的漂移主要來源于：(1)照明光源出射光強度和方向不穩定引起的漂移；(2)光束傳播路徑中大氣湍流隨機抖動引起的漂移；(3)大氣梯度折射率的變化引起光線彎曲造成測量結果的漂移。(1.方仲彥，殷純永，梁晉文.高精度激光準直技術的研究(一).航空計測技術.1997，17(1)：3-6；2.萬德安.激光基準高精度測量技術.國防工業出版社.1999，6：58-78；3.黨敏，馮其波.提高激光準直精度的途徑.光子技術.2006，4(14)：190-193；4.胡新和，楊博雄.半導體激光準直儀及其激光束漂移補償研究.光學與光電技術.2007，5(3)：25-27)。

抑制或補償自準直光束的漂移是提高光電自準直儀測量精度的關鍵，目前抑制或補償光束漂移量的方法主要有：

(1)利用波帶片、位相板、二元光學器件或雙縫等產生的衍射或干涉條紋的空間連線對漂移量不敏感的特點，來達到精密測量的目的。如采用波帶片在光源和波帶片中心連線的某一位置上出現一明亮的十字線，通過調節激光器與波帶片之間的可調焦望遠鏡，可將十字亮線成像在光軸的不同的位置上，將這一光軸作為準直測量中的基準線，由于十字亮線是衍射干涉的結果，故具有較好的抗干擾性，獲得了±1×10^-7rad(即0.04″)的準直精度(張善鍾，于瀛浩，張之江.直線度平面度測量技術.中國計量出版社，1997：79-81)。但這種方法需要通過不斷調整調焦望遠鏡使十字亮線沿光軸移動，無法實現實時補償，限制了該方法的應用。

Richard?F等人采用的泊松線法，利用平面波照明一個不透明球體，通過衍射的作用在球體后產生一條亮線即泊松線，該亮線垂直于入射平面波并且其反向延長線通過球體中心，利用該泊松線作為測量的基準直線，具有一定的抗干擾能力(Richard?F.Schenz?et?al.Development?of?an?extended?straightness?measurement?reference.UCRL-99540，DE90006781)。但該方法中入射平面波的方向變化會直接影響測量結果。