[發明專利]基于雙光柵的三維角度測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201811480218.6
• 申請日: 2018-12-05
• 公開（公告）號: CN109470177B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 崔繼文;任文然;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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

基于雙光柵的三維角度測量方法與裝置屬于精密儀器制造和精密測試計量技術領域；本發明采用一維平面反射光柵、1/4波片以及一維平面透射光柵組成的組合靶標作為敏感器件，通過光電探測器探測經過組合靶標作用后返回的待測光束的方向變化量來探測組合靶標的三維角度變化值，實現三維角度變化量的精密測量；本發明采用雙光柵作為敏感器件，保證待測光束與入射光束光軸平行，在實現高精度三維角度變化量同時測量的同時，極大的增加了測量系統的工作距離，并且使整個測量系統更加緊湊。

技術領域

本發明屬于精密儀器制造和精密測試計量技術領域，主要涉及一種基于雙光柵的三維角度測量方法與裝置。

背景技術

精密微角度測量精密儀器制造和精密測試計量不可或缺的一部分。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述已有方法與裝置中的不足，為實現和達到高精度三維角度測量，提出了一種基于雙光柵的三維角度測量方法與裝置。

本發明的目的是這樣實現的：基于雙光柵的三維角度測量方法包括以下步驟：

①、激光光源發出的光束經過準直透鏡后形成準直光束并出射；

②、①中所述的準直光束經過一維平面透射光柵的透射面和1/4波片后垂直入射到一維平面反射光柵后衍射產生零級衍射光束、正一級衍射光束和負一級衍射光束；

③、②中所述的零級衍射光束再次經過1/4波片和一維平面透射光柵的透射面后出射；正一級衍射光束和負一級衍射光束再次經過1/4波片和一維平面透射光柵，得到一組與①中所述的準直光束相平行的正一級衍射光束和負一級衍射光束；

④、②中所述的零級衍射光束經過偏振分光鏡和反射鏡反射后得到與①中所述的準直光束相平行的出射光束，所述出射光束經過聚焦透鏡聚焦后由光電探測器A接收用于探測偏擺角和俯仰角的變化值；

⑤、③中獲得與準直光束相平行的正一級衍射光束和負一級衍射光束經過偏振分光鏡和反射鏡反射后得到兩束與①中所述的準直光束相平行的出射光束，所述兩束光束分別由光電探測器B和光電探測器C直接接收用于探測旋轉角的變化值；

⑥、當組合靶標發生三維角度變化時，④中和⑤中所述的光電探測器A、光電探測器B和光電探測器C探測到的光斑位置產生相應的變化，探測到的光斑位置變化信息通過信號處理后送入計算機，計算獲得組合靶標的三維角度變化值，所述的組合靶標偏擺角α、俯仰角β以及旋轉角γ變化值分別按如下公式獲?。?/p>

式中：Δd_0x和Δd_0y為相鄰兩個采樣周期的測量光束在光電探測器A形成光斑的水平方向和豎直方向位置差；Δd_1y為相鄰兩個采樣周期的測量光束在光電探測器B形成光斑的豎直方向位置差；Δd-_1y為相鄰兩個采樣周期的測量光束在光電探測器C形成光斑的豎直方向位置差；f為聚焦透鏡焦距；θ為一維平面反射光柵的一級衍射角；L為一維平面透射光柵、一維平面反射光柵之間的距離。