[發(fā)明專利]一種高精度激光測量系統(tǒng)的誤差檢測和分離方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810440024.7
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108548488B
• 公開（公告）日: 2019-06-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭正剛;李澤;孫陽陽;張良;牛帥旗;馮盼州;徐董輝
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

本發(fā)明公開了一種高精度激光測量系統(tǒng)的誤差檢測和分離方法，高精度激光測量的激光束漂移誤差，包括激光束的平漂、角漂、隨機(jī)漂移等和測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差，指系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工裝受環(huán)境影響產(chǎn)生的微小形變；會嚴(yán)重影響激光精密測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。本發(fā)明通過建立精密激光測量系統(tǒng)誤差的數(shù)學(xué)模型，利用激光源和四象限探測器組合的特殊裝置對高精度激光測量系統(tǒng)總誤差進(jìn)行檢測，進(jìn)而計(jì)算和分離激光束漂移誤差和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高精度激光測量系統(tǒng)的誤差檢測和分離方法，該方法主要應(yīng)用于激光精密測量誤差檢測和補(bǔ)償。

背景技術(shù)

激光精密測量技術(shù)憑借測量精度高性能穩(wěn)定廣泛應(yīng)用于高精度尺寸和角度測量的領(lǐng)域(高精度機(jī)床加工誤差檢測、精密設(shè)備多自由度檢測、大尺寸長距離導(dǎo)軌直線度測量、示準(zhǔn)測量等)。目前高精度激光測量系統(tǒng)通常使用昂貴的低漂移激光源降低測量系統(tǒng)的激光束漂移誤差，還有通過壓電陶瓷微位器反饋控制調(diào)節(jié)測量系統(tǒng)的激光束反射鏡姿態(tài)來補(bǔ)償激光束漂移誤差。雖然這些方法能夠降低激光束的漂移誤差，但是采用高精度激光源和壓電陶瓷反饋控制系統(tǒng)主動補(bǔ)償技術(shù)會使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且價(jià)格昂貴，最主要的問題是這些方法只能解決激光束漂移的問題，無法檢測和分離出測量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的誤差。使用普通的激光源作為精密測量的光源時，激光束的漂移誤差和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差在同一數(shù)量級且兩種誤差耦合在一起。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足，公開了一種高精度激光測量系統(tǒng)的誤差檢測和分離方法。本發(fā)明建立一種激光漂移誤差和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差的數(shù)學(xué)模型，把精密激光測量中的總誤差分離為激光漂移誤差和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差，為精密測量誤差補(bǔ)償提供了準(zhǔn)確地依據(jù)。使用普通半導(dǎo)體體激光源發(fā)射激光束通過分光棱鏡分散成兩束呈90度夾角的激光束，分別照射在兩個四象限探測器中間位置。根據(jù)兩個四象限探測器的電壓信號數(shù)值進(jìn)而計(jì)算出激光漂移誤差和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差，并建立出誤差檢測和分離的數(shù)學(xué)模型以及方法。

具體技術(shù)方案為：

一種高精度激光測量系統(tǒng)的誤差檢測和分離方法，包括如下步驟：

第一步，搭建誤差檢測和分離裝置；使用普通半導(dǎo)體激光器作為光源，光束垂直照射在分光棱鏡表面，激光束分離成兩束呈90度的光分別垂直照射在兩個四象限探測器的中心位置；

第二步，搭建的裝置只針對Y軸單一方向上的誤差檢測和分離計(jì)算；所述的測量系統(tǒng)誤差由激光漂移誤差E_L和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差E_M構(gòu)成，激光漂移誤差E_L和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)誤差E_M在四象限探測器Y坐標(biāo)軸上分別用E_Ly_z，E_My_z表示，Y軸上的總誤差Ey_z等于E_Ly_z、E_My_z在Y軸上的線性疊加；E_My_z對兩個四象限探測器Y軸影響是相同的，即E_My₁＝E_My₂；E_Ly_z對兩個四象限探測器Y軸的影響與它們到分光棱鏡的距離呈線性關(guān)系且方向相反，即Y軸上的實(shí)時E_Ly_z等于對應(yīng)光斑在四象限探測器實(shí)時測量的坐標(biāo)值Y_z；所述y_z和Y_z中右下角標(biāo)z的數(shù)字表示對應(yīng)四象限探測器的編號,z取1或2；L與M表示分光棱鏡到四象限探測器①和四象限探測器②距離；k₃是線性補(bǔ)償系數(shù)；兩個四象限探測器在各自坐標(biāo)系的Y軸誤差計(jì)算和分離如下：

進(jìn)一步地，上述兩四象限探測器分別距離分光棱鏡的距離大于等于150mm。

進(jìn)一步地，上述普通半導(dǎo)體激光器的功率為5mW，光束直徑為3mm。