[發明專利]基于共路差分的多面體工件夾角變化激光測量方法與裝置

有效

• 申請號: 202011149404.9
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112325803B
• 公開（公告）日: 2022-03-04
• 發明（設計）人: 馮其波;于春宇;鄭發家;袁丁;趙宇瓊;朱興鴻
• 申請（專利權）人: 北京交通大學;北京空間飛行器總體設計部;航天東方紅衛星有限公司
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 黃曉軍

本發明提供了一種基于共路差分的多面體工件夾角變化激光測量方法與裝置。該裝置包括：激光發射單元、測量單元、敏感單元和校零光學單元，測量單元包括：激光入射端、準直鏡、隔離器、起偏器、分光鏡、聚焦透鏡、第二偏振分光鏡、第一探測器和第二探測器；敏感單元包括第一偏振分光鏡、第一反射鏡和第二反射鏡；校零光學單元由第三偏振分光鏡、第三反射鏡、第四反射鏡和導軌組成。激光器出射的一束激光經過準直鏡和起偏器后，得到兩正交偏振光S光與P光，S光與P光經分光鏡透射后沿相同軌跡出射。本發明中的S光與P光兩路信號在由測量單元到敏感單元之間都為共路信號，減小了測量誤差，可以實現精密工件在不同狀態下夾角變化的測量。

技術領域

本發明涉及空間幾何精度檢測技術領域，尤其涉及一種基于共路差分的多面體工件夾角變化激光測量方法與裝置。

背景技術

隨著精密制造與加工技術的發展，對多面體工件夾角變化的測量精度要求不斷提高。激光準直測量方法目前被廣泛應用于多面體工件夾角變化測量。然而，由于激光在空間傳播時受到機械蠕變、空氣擾動和激光器自身變化等諸多因素的影響，造成激光光線漂移，給測量帶來誤差。為了抑制光線漂移給測量帶來的上述誤差，通常采用共路方法。所謂共路方法是將激光光束分為參考光與測量光，由于兩光束在傳播過程中共路，在敏感單元端被分開，分別由固定的參考面以及被測面反射，然后在返回測量單元時繼續共路，因此，參考光只帶有光線漂移的信息，測量光則帶有光線漂移和被測角度的信息，通過檢測參考光的漂移情況可實現對測量光的漂移的補償?，F有技術中的光線漂移補償的方法有：

(1)申請人在《一種自動測量光線漂移角的激光準直系統與準直方法，ZL200410006321.9》公開了共路光線漂移實時測量與數字補償方法，可以減少激光漂移對激光準直或自準直測量結果的影響，該方法的缺點為：要借助于角錐反射鏡或貓眼鏡獲得激光光線漂移，適應于激光多自由度誤差同時測量。

(2)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”(ZL2011 1002 1730.6)與“偏振光平面鏡參考共光路補償的二維光電自準直方法與裝置”(ZL2011 1002 1726.X)中，都提出一種實時控制光線漂移方法，控制器根據參考光束反映的漂移量實時控制二維光束偏轉裝置，抑制耦合在測量光束中的漂移量。該方法的缺點為：在實際使用過程中，采用壓電陶瓷對光束偏轉進行控制，補償效果受到壓電陶瓷自身遲滯特性、蠕變特性、溫度特性以及其驅動電路的影響，且壓電陶瓷控制系統的響應時間為ms級，有一定滯后性，同時引入硬件部分會增加測量裝置的成本和復雜性。

此外，在長時間的測量過程中，除了光線漂移誤差外，電路噪聲以及測量單元機械結構穩定性也會引入測量誤差。該誤差并未在現有技術中的光線漂移補償的方法得到補償，限制了角度測量精度。

發明內容

本發明的實施例提供了一種基于共路差分的多面體工件夾角變化激光測量方法與裝置，以克服現有技術的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

根據本發明的一個方面，提供了一種基于共路差分的多面體工件夾角變化激光測量方法，包括：

步驟1、激光器出射的一束激光，經過準直鏡擴束準直成平行光束，平行光束經過起偏器后，得到兩正交偏振光S光與P光，S光與P光經分光鏡透射后，沿相同軌跡出射；

步驟2、所述相同軌跡出射的S光與P光入射至第一偏振分光鏡后，S光被第一偏振分光鏡反射、P光被第一偏振分光鏡透射；

步驟3、所述第一偏振分光鏡的反射光經第一反射鏡反射后，變為S′光，S′光經第一偏振分光鏡反射后、沿原光路返回，S′經分光鏡反射、聚焦透鏡聚焦、第二偏振分光鏡反射后，成像在第一探測器敏感面上，根據成像坐標計算出包含光線角度漂移量誤差的第一反射鏡的二維角度信息；