[發明專利]組合調零激光大工作距自準直裝置與方法

有效

• 申請號: 201610639006.2
• 申請日: 2016-08-07
• 公開（公告）號: CN106323199B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 譚欣然;朱凡;王超;譚久彬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01C1/00;G02B27/30
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務所(普通合伙) 23209
• 代理人: 張偉

本發明屬于精密測量技術領域與光學工程領域，具體涉及一種組合調零激光大工作距自準直裝置與方法；該裝置由光源、準直鏡、反射鏡、以及反饋成像系統組成；該方法通過調整反射鏡，使反射光束回到反饋成像系統像面中心，再利用反射鏡上的角度偏轉測量裝置來得到被測物表面的角度變化；由于本發明在傳統自準直角度測量系統上增加了反射鏡，因此能夠避免被測物反射光偏離測量系統而導致無法測量的問題，進而具有在相同工作距離下增加自準直工作范圍，或在相同自準直工作范圍下增加工作距離的優勢；此外，準直鏡、反饋成像系統、反射鏡等的具體設計，使本發明還具有結構簡單、制作成本低；在不穩定測量環境下同樣能夠測量；以及快速測量的技術優勢。

技術領域

本發明屬于精密測量技術領域與光學工程領域，具體涉及一種組合調零激光大工作距自準直裝置與方法。

背景技術

在精密測量技術領域、光學工程領域、尖端科學實驗領域和高端精密裝備制造領域中，迫切需求在大工作距下進行大工作范圍、高精度激光自準直技術。它支撐著上述領域技術與儀器裝備的發展。

在精密測量技術與儀器領域，激光自準直儀與圓光柵組合，可以進行任意線角度測量；激光自準直技術與多面棱體組合，可以進行面角度測量和圓分度測量；最大工作距離從幾米至上百米；分辨力從0.1角秒至0.001角秒。

在光學工程領域和尖端科學實驗領域，激光自準直儀與兩維互為垂直的兩個圓光柵組合，可以進行空間角度的測量；由兩路激光自準直儀組成位置基準，可以進行兩兩光軸夾角或平行性的測量。角度工作范圍幾十角秒至幾十角分。

在尖端科學實驗裝置和高端精密裝備制造領域，采用激光自準直儀可以測量尖端科學實驗裝置和高端精密裝備回轉運動基準的角回轉精度，測量直線運動基準的空間直線精度和兩兩運動基準的平行度和垂直度。

激光自準直技術具有非接觸、測量精度高、使用方便等優點，在上述領域中具有廣泛應用。

傳統自準直儀如圖1所示，該系統包括光源1、透射式準直鏡21、以及反饋成像系統6；光源1出射的光束，經過透射式準直鏡21準直成平行光束后，入射到被測物5的反射面；從被測物5反射面反射的光束，由反饋成像系統6采集成像。這種結構下，只有從被測物5表面反射的光束近原路返回，才能被反饋成像系統6采集成像，進而實現有效測量。這個近原路返回的條件限制，使得該系統存在以下兩方面缺點：

第一、被測對象5反射鏡面法線與激光自準直儀光軸夾角的范圍不能太大，否則會造成反射光束偏離激光自準直儀光學系統的入瞳，進而導致無法實現自準直和微角度測量；

第二、被測對象5反射鏡面距離測量激光自準直儀入瞳不能太遠，否則只要反射光軸與自準直儀光軸偏離微小角度就會造成反射光束偏離激光自準直儀光學系統的入瞳，進而導致無法實現自準直和微角度測量。

以上兩個問題，使傳統自準直儀器只能限定在小角度、小工作距離下使用。

發明內容

針對傳統自準直儀所存在的兩個問題，本發明公開了一種組合調零激光大工作距自準直裝置與方法，同傳統自準直儀相比，具有在相同工作距離下顯著增加自準直工作范圍，或在相同自準直工作范圍下顯著增加工作距離的技術優勢。

本發明的目的是這樣實現的：

組合調零激光大工作距自準直裝置，包括光源、透射式準直鏡、反射鏡、以及反饋成像系統，所述反射鏡上設置有角度調整測量裝置；光源出射的光束，經過透射式準直鏡準直成平行光束后，再由反射鏡反射，入射到被測物的表面；從被測物表面反射的光束，再經過反射鏡反射后，由反饋成像系統采集成像；

所述反饋成像系統為以下兩種形式中的一種：

第一、反饋成像系統包括圖像傳感器成像系統和四象限探測器成像系統；