專利名稱：基于動反射鏡的激光彈著點(diǎn)位置控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到基于動反射鏡的激光瞄準(zhǔn)裝置和靶準(zhǔn)直傳感器，具體的，涉及基于動反射鏡的單束或多束激光的彈著點(diǎn)位置控制方法。
背景技術(shù)：
引導(dǎo)多束激光進(jìn)行精確瞄準(zhǔn)的技術(shù)可應(yīng)用于高端制造檢測工業(yè)領(lǐng)域，也可用于引導(dǎo)多束激光對微小目標(biāo)內(nèi)部瞄準(zhǔn)等特殊應(yīng)用領(lǐng)域。在上述應(yīng)用中，需要使用專用的激光瞄準(zhǔn)裝置將數(shù)百路激光束同時引導(dǎo)到幾個毫米左右的指定目標(biāo)區(qū)域內(nèi)，由于一些特殊要求或使用了特殊結(jié)構(gòu)的目標(biāo)，導(dǎo)致無法直接測量激光在目標(biāo)內(nèi)的確切位置。傳統(tǒng)的靶準(zhǔn)直傳感器(TAS，Target Alignment Sensor)采用了光學(xué)共軛原理，可同時將光束和目標(biāo)靶成像在CCD上，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)數(shù)百束高能激光瞄準(zhǔn)目標(biāo)靶的指定位置。圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的一種靶準(zhǔn)直傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的靶準(zhǔn)直傳感器主要包括上部激光瞄準(zhǔn)裝置、中部激光瞄準(zhǔn)裝置和下部激光瞄準(zhǔn)裝置。上部激光瞄準(zhǔn)裝置包括上CXD相機(jī)2、上光學(xué)鏡頭組1和上反射鏡19 ；下部激光瞄準(zhǔn)裝置包括下CCD相機(jī)10、下光學(xué)鏡頭組11和下反射鏡13 ；中部激光瞄準(zhǔn)裝置包括中CXD相機(jī)9和中光學(xué)鏡頭組16。上反射鏡19和下反射鏡13分別固定在上反射鏡固定裝置3和下反射鏡固定裝置14上，上CXD相機(jī)2通過上CXD相機(jī)支撐架20固定在上反射鏡固定裝置3上，下CXD相機(jī)10通過下CXD相機(jī)支撐架12固定在下反射鏡固定裝置14上，由此保證上、下部激光瞄準(zhǔn)裝置中的CXD相機(jī)(下文中簡稱為(XD)與反射鏡之間的相對距離不變。所述上部激光瞄準(zhǔn)裝置和下部激光瞄準(zhǔn)裝置還分別包括上照明系統(tǒng)18和下照明系統(tǒng)15，用于為目標(biāo)在CXD上成像提供照明。此外，所述靶準(zhǔn)直傳感器還包括一套驅(qū)動系統(tǒng)，用于驅(qū)動所述上部激光瞄準(zhǔn)裝置和下部激光瞄準(zhǔn)裝置作差動運(yùn)動。該驅(qū)動系統(tǒng)包括位置傳感器5，用于為驅(qū)動系統(tǒng)提供位置反饋，保證位置控制的精度要求。傳感器固定臺架4，用于固定位置傳感器5?？刂齐姍C(jī)8， 用于輸出旋轉(zhuǎn)動力。傳動裝置7，與控制電機(jī)8耦合，用于將控制電機(jī)8輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞給絲杠驅(qū)動裝置6，通過絲杠驅(qū)動裝置6轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動。該絲杠驅(qū)動裝置6與上反射鏡固定裝置3、下反射鏡固定裝置14和傳感器固定臺架4固定連接，由此驅(qū)動上部激光瞄準(zhǔn)裝置、下部激光瞄準(zhǔn)裝置和位置傳感器5的運(yùn)動?？刂齐姍C(jī)8通過傳動裝置7驅(qū)動絲杠驅(qū)動裝置6旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動上部、下部激光瞄準(zhǔn)裝置差動運(yùn)動，使得目標(biāo)靶17的上、下端面距離上反射鏡19、下反射鏡13的反射面的距離，分別等于該上反射鏡19、下反射鏡13距離對應(yīng)的上CXD相機(jī)2、下CXD相機(jī)10的距離， 從而建立了光學(xué)共軛關(guān)系。同時，還必須保證目標(biāo)靶17的上、下端面能夠清晰的成像到對應(yīng)的上CXD相機(jī)2、下CXD相機(jī)10的像面上。但是，在現(xiàn)有技術(shù)的靶準(zhǔn)直傳感器中，反射鏡與CCD相機(jī)之間的距離是恒定不變的，在瞄準(zhǔn)過程中不能調(diào)節(jié)該距離。因此，現(xiàn)有技術(shù)的靶準(zhǔn)直傳感器是基于固定式光學(xué)共軛關(guān)系，需要通過瞄準(zhǔn)建立準(zhǔn)確的共軛關(guān)系，并在操作過程中保證共軛距離的恒定不變，以確保共軛關(guān)系成立。這顯然不利于靈活、快速的進(jìn)行瞄準(zhǔn)過程?，F(xiàn)有的靶準(zhǔn)直傳感器(TAS，Target Alignment knsor，)采用了光學(xué)共軛原理，可同時將光束和目標(biāo)靶成像在CCD上，實(shí)現(xiàn)引導(dǎo)數(shù)百束高能激光瞄準(zhǔn)目標(biāo)靶的指定位置。圖2顯示了現(xiàn)有的靶準(zhǔn)直傳感器的工作原理示意圖。圖2中，靶準(zhǔn)直傳感器采用光學(xué)共軛原理。如圖2所示，CXD與目標(biāo)點(diǎn)的中間位置稱為共軛位置。當(dāng)反射鏡反射面處于共軛位置，即CCD到反射面的距離與目標(biāo)點(diǎn)到反射面的距離相等，因此，只要控制激光經(jīng)反射后瞄準(zhǔn)CXD上的0’點(diǎn)，則當(dāng)撤除共軛反射鏡后，激光即可瞄準(zhǔn)到0’點(diǎn)的共軛位置點(diǎn)0點(diǎn)。圖3顯示了現(xiàn)有的靶準(zhǔn)直傳感器中入射激光在靶腔內(nèi)的彈著點(diǎn)分布示意圖。如圖3所示，現(xiàn)有技術(shù)中的準(zhǔn)直傳感器采用基于光學(xué)共軛反射原理的中心匯聚方法，先將反射激光和目標(biāo)靶腔同時成像在CCD上，再通過引導(dǎo)多束激光實(shí)現(xiàn)對CCD上靶腔像的中心瞄準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。以192束激光為例，該192束激光按照上下半球分為兩組，每組96束。每個半球的激光又按照緯度分為4個緯度層03.5°，30°，44.5°，55° )分布激光。如圖3所示，處于不同緯度的入射激光入射到圓柱形的靶腔內(nèi)，其中上下半球的96束激光采用中心匯聚方式，利用基于光學(xué)共軛原理的傳感器，引導(dǎo)激光在靶腔上方匯聚后入射到靶腔內(nèi)。入射激光按照內(nèi)錐和外錐方式入射，其中以23. 5°和30°入射角入射的激光稱為外錐入射激光， 以44. 5°和50°入射角入射的激光稱為內(nèi)錐入射激光。內(nèi)錐和外錐入射激光在靶腔內(nèi)的彈著點(diǎn)分布在靶腔內(nèi)的兩個環(huán)帶上。但是，現(xiàn)有的靶準(zhǔn)直傳感器采用的激光瞄準(zhǔn)技術(shù)只能控制和獲取激光匯交點(diǎn)的平面位置信息，而無法獲得激光入射的精確角度信息。因此，只能大概估計激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)分布環(huán)帶的大致位置，無法更為精確地測算每束激光彈著點(diǎn)的位置，因此無法對彈著點(diǎn)位置進(jìn)行精確控制。此外，由于無法控制激光在靶腔內(nèi)部的布局，也就無法實(shí)現(xiàn)激光能量在靶腔內(nèi)的分布優(yōu)化。本發(fā)明申請人的另一個未公開專利申請“動反射鏡激光瞄準(zhǔn)裝置、動反射鏡靶面?zhèn)鞲衅骷捌浼す饷闇?zhǔn)方法”(申請?zhí)?01110108735. 2)介紹了一種基于動反射鏡的激光瞄準(zhǔn)裝置，使用這種激光瞄準(zhǔn)裝置動反射鏡靶面?zhèn)鞲衅鳎约盎谶@種動反射鏡激光瞄準(zhǔn)裝置進(jìn)行激光瞄準(zhǔn)的方法。在該專利申請中，把反射鏡設(shè)置為可以相對于CCD相機(jī)作直線運(yùn)動，使得可以靈活調(diào)節(jié)反射鏡與CCD相機(jī)之間的距離。進(jìn)一步，基于動反射鏡激光瞄準(zhǔn)裝置，提出了通過靈活調(diào)節(jié)反射鏡與CCD相機(jī)之間的距離以實(shí)現(xiàn)多束激光的精確瞄準(zhǔn)的操作方法。但是，現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有基于動反射鏡激光瞄準(zhǔn)裝置來精確控制并優(yōu)化激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)分布位置的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于動反射鏡的單束或多束激光的彈著點(diǎn)位置控制方法。根據(jù)本發(fā)明的方法，在動反射鏡光學(xué)共軛原理及精密運(yùn)動控制的基礎(chǔ)上，通過控制反射鏡平動，使其反射面處于CCD與期望的激光彈著點(diǎn)平面層的共軛位置，根據(jù)光學(xué)共軛關(guān)系，引導(dǎo)激光經(jīng)反射鏡反射后成像在CCD上的像點(diǎn)位置就是激光在靶腔期望的彈著點(diǎn)平面層的位置。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種基于動反射鏡的激光彈著點(diǎn)位置控制方法， 所述方法包括確定激光彈著點(diǎn)的期望深度；將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置；將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)；將反射鏡從基準(zhǔn)共軛位置向遠(yuǎn)離CCD方向移動一位移量，該位移量是所述期望深度的一半；將激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)；調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種基于動反射鏡的多束激光彈著點(diǎn)位置控制方法，所述方法包括確定需要調(diào)節(jié)的多束激光彈著點(diǎn)的期望深度；將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置；將所述多束激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)；將反射鏡從基準(zhǔn)共軛位置向遠(yuǎn)離CCD方向移動一位移量，該位移量是所述期望深度的一半；將所述需要調(diào)節(jié)的多束激光的成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)；調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值；對其它需要調(diào)節(jié)的多束激光，重復(fù)前述步驟，直至調(diào)整完所有多束激光彈著點(diǎn)的期望深度和靶腔內(nèi)壁圓周分布。可選的，還包括檢測激光入射點(diǎn)是否控制在激光入射孔范圍內(nèi)的步驟。其中，所述將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)的步驟包括將激光在CCD上的成像點(diǎn)控制在以靶腔中心為圓心，直徑小于激光入射孔內(nèi)徑的圓內(nèi)。其中，所述將激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)的步驟中，所述任意目標(biāo)點(diǎn)反映了激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)壁圓周上的分布位置，并且該分布位置可以根據(jù)用戶需求任意指定。優(yōu)選的，所述調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值的步驟包括控制聚焦透鏡沿其光軸平動，使焦斑直徑調(diào)節(jié)到滿足實(shí)際工藝要求的最優(yōu)值。如上所述，通過實(shí)施本發(fā)明的方法，控制反射鏡的不同位置對應(yīng)不同的激光彈著點(diǎn)平面層以建立對應(yīng)的分層共軛關(guān)系，從而無需甚多束激光的精確匯交，無需重構(gòu)出每束激光在空間的位置關(guān)系。因此，不僅可以保證精確檢測激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)的位置，還可以引導(dǎo)激光彈著點(diǎn)按照用戶定制位置分布；還可以二次調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值，從而有助于合理分布激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)的位置，指導(dǎo)優(yōu)化激光能量的利用，從而提高效率。本發(fā)明通過建立激光彈著點(diǎn)平面層和CCD成像面之間的對應(yīng)共軛關(guān)系，直接檢測激光在其期望彈著點(diǎn)所在平面層的位置，無需重構(gòu)激光的空間信息和間接測算彈著點(diǎn)位置，可以準(zhǔn)確檢測控制激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)的位置，便于更加合理的優(yōu)化激光能量在靶腔內(nèi)的分布，并在此基礎(chǔ)上二次調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值，從而使用最小劑量的激光，獲得最大的能量增益。


圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)的一種靶準(zhǔn)直傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2顯示了現(xiàn)有的靶準(zhǔn)直傳感器的工作原理示意圖；圖3顯示了現(xiàn)有的靶準(zhǔn)直傳感器中入射激光在靶腔內(nèi)的彈著點(diǎn)分布示意圖；圖4顯示了本發(fā)明的激光彈著點(diǎn)控制原理圖5顯示了本發(fā)明的單束激光彈著點(diǎn)位置控制原理示意圖；圖6顯示了本發(fā)明的多束激光彈著點(diǎn)位置控制原理示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖4顯示了本發(fā)明的激光彈著點(diǎn)控制原理圖。在本發(fā)明中，由于不便于直接檢測激光在靶腔內(nèi)的位置，因此采用動反射光學(xué)共軛原理，建立期望的激光彈著點(diǎn)所在平面層與CCD的光學(xué)共軛關(guān)系，通過檢測激光彈著點(diǎn)在CCD上的像來確定激光彈著點(diǎn)在其期望的平面層的位置分布，進(jìn)而引導(dǎo)控制激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)的位置。如圖4所示，定義反射鏡基準(zhǔn)共軛位置Mtl為靶腔上端面到CXD成像面的1/2 處。從A點(diǎn)發(fā)出的光線與靶腔壁相交于Ptl點(diǎn)。通過位于基準(zhǔn)共軛位置的反射鏡反射后在CCD上的像點(diǎn)為P'點(diǎn)，Ptl點(diǎn)與P'點(diǎn)關(guān)于反射鏡反射面對稱，反射激光到CCD的距離與到目標(biāo)靶端面的距離相等，P'點(diǎn)和Ptl點(diǎn)關(guān)于基準(zhǔn)共軛位置共軛，因而滿足關(guān)系式
Μζ ξ = M^P' = dQO將反射鏡向遠(yuǎn)離C⑶方向移動任意距離Ill至M1共軛位置，從A點(diǎn)發(fā)出的光線與靶腔壁相交于P1點(diǎn)。通過位于M1共軛位置的反射鏡反射后在C⑶上的像點(diǎn)為P'點(diǎn)，P1 點(diǎn)與P'點(diǎn)關(guān)于反射鏡反射面對稱，P'點(diǎn)和P1點(diǎn)關(guān)于M1共軛位置共軛，即滿足關(guān)系式
MT^ =野‘二 Ci1。圖4中，I1是P1點(diǎn)距靶腔端面的深度，根據(jù)上述幾何關(guān)系有，Ii1 = Cl1-Cl0, I1 = 2(drdQ)，可以確SP1點(diǎn)距靶腔端面的深度I1 = 2h10同理，將反射鏡向遠(yuǎn)離CXD方向移動任意距離Ii2至M2共軛位置，則與P ‘點(diǎn)共軛的位置為P2點(diǎn)，滿足關(guān)系式賈1 = = dz,p2點(diǎn)距靶腔端面的距離I2 = 2h20根據(jù)上述動反射光學(xué)共軛原理，激光與靶腔內(nèi)壁交點(diǎn)的深度可通過反射鏡的移動距離控制。通過控制反射鏡與CCD的距離，就可以控制從光源A點(diǎn)出發(fā)的激光與靶腔壁交于不同深度，進(jìn)而獲得不同的彈著點(diǎn)位置。需要注意的是，為了保證入射激光可以入射到靶腔內(nèi)部，在反射鏡回到基準(zhǔn)共軛位置是，應(yīng)注意保證激光在CXD上成像的光斑分布在激光入射孔成像圓環(huán)之內(nèi)。圖5顯示了本發(fā)明的單束激光彈著點(diǎn)位置控制原理示意圖。下面基于圖5介紹本發(fā)明的基于動反射鏡的單束激光彈著點(diǎn)位置控制方法的流程步驟步驟S101，初始化靶腔位置，檢測并記錄靶腔的中心位置0'。本步驟中，將靶腔調(diào)節(jié)至合適位置，使靶腔軸線與檢測CCD軸線同軸，靶腔端面位于CXD鏡頭的工作距離位置處，保證其在CXD上清晰成像。步驟S102，檢測并計算出靶腔內(nèi)壁半徑R。步驟S103，檢測并計算出激光入射孔內(nèi)徑在CXD上成像圓半徑rleh ；步驟^5104，確定激光彈著點(diǎn)的期望深度1 (即確定激光彈著點(diǎn)距離靶腔端面的深度1)；
步驟S105，將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置，開啟激光器。如圖所示，此時激光落點(diǎn)在Pi點(diǎn)。步驟S106，將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)；如圖5所示，將激光在CXD上的成像點(diǎn)Pi ’點(diǎn)控制在以靶腔中心為圓心，直徑為Di 的圓內(nèi)，Di <<rleh。本步驟的目的是使激光入射點(diǎn)盡量靠近靶腔中心，避免調(diào)節(jié)激光彈著點(diǎn)位置時，激光束沒有進(jìn)入激光入射孔。其中Di的值根據(jù)激光的分布情況來確定。步驟S107，檢測Pi ‘點(diǎn)是否落在激光入射孔(LEH)所成像的圓內(nèi)，如果落在LEH圓內(nèi)，則繼續(xù)下一步；否則控制激光移動(重復(fù)步驟S106)，使其落在LEH圓內(nèi)。本步驟檢測激光入射點(diǎn)是否控制在激光入射孔范圍內(nèi)，本步驟是可選的，事實(shí)上通過執(zhí)行步驟S106已經(jīng)能夠確保這一點(diǎn)。步驟S108，將反射鏡從基準(zhǔn)共軛位置向遠(yuǎn)離CXD方向移動位移量h到P共軛位置， 使得 h= (1/2)1 ；本步驟是通過調(diào)整動反射鏡的位置來調(diào)整激光成像點(diǎn)的深度，使其達(dá)到期望深度 1。動反射鏡的位移量h可通過測量得到，本步驟的目的是使得距靶腔上端面距離為1的平面(即期望的彈著點(diǎn)深度所在平面)與CXD平面關(guān)于P共軛位置共軛。如圖5所示，經(jīng)P共軛位置的反射鏡反射，激光在C⑶上的像為$點(diǎn)，實(shí)際激光落點(diǎn)
為P」點(diǎn)。經(jīng)本步驟調(diào)節(jié)后，Pj點(diǎn)雖然處在靶腔內(nèi)期望深度1的平面上，但仍然沒有落在靶
腔內(nèi)壁圓周上，對應(yīng)的CCD上的成像點(diǎn)$沒有落在靶腔內(nèi)壁的成像圓周上(即圖中半徑為R
的圓周)。因此，還需要下面的步驟進(jìn)一步調(diào)整激光實(shí)際落點(diǎn)的平面位置，使其落到期望深度為1的靶腔內(nèi)壁圓周上的任意指定位置。步驟S109，將激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)1^點(diǎn)；如上所述，本步驟是通過調(diào)整入射激光的俯仰角和偏航角(調(diào)整技巧為本領(lǐng)域的熟知技術(shù)，不再贅述)，使激光在CCD上的成像點(diǎn)從ζ移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周(半徑為R
的圓周)上的任意目標(biāo)AP1；點(diǎn)，Pfe在圓周上的分布位置可以根據(jù)用戶需求任意指定。此時， 根據(jù)共軛關(guān)系，激光彈著點(diǎn)落在靶腔內(nèi)壁圓周上的Pk點(diǎn)。由于Pk'點(diǎn)是由用戶根據(jù)實(shí)際需要任意給定的，Pk在靶腔內(nèi)壁的圓周上的分布位置也可以按照用戶需要任意調(diào)節(jié)，也就是說用戶可以根據(jù)實(shí)際需要任意控制激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)圓周上的分布。至此，通過執(zhí)行步驟S108和步驟S109，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要任意控制激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)的深度及靶腔內(nèi)壁圓周上的分布。步驟S110，調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值；本步驟是通過調(diào)節(jié)聚焦系統(tǒng)(例如控制聚焦透鏡沿其光軸平動)，在保持焦斑中心位置不變的前提下，按照實(shí)際工藝要求調(diào)節(jié)焦斑直徑大小，使焦斑直徑達(dá)到滿足實(shí)際工藝要求的最優(yōu)值。本步驟中，通過控制聚焦透鏡沿其光軸平動可以控制焦斑直徑大小發(fā)生變化，而不會影響焦斑的中心位置。如圖5所示，調(diào)節(jié)后的實(shí)際彈著點(diǎn)位置為靴腔內(nèi)壁圓周上的Fk點(diǎn)，對應(yīng)CXD上的成像點(diǎn)為Fft點(diǎn)(實(shí)心圓)。本步驟是激光聚焦的二次調(diào)焦過程，以解決焦斑的二次聚焦問題，實(shí)現(xiàn)聚焦激光能量最優(yōu)?？蛇x的，還可以先執(zhí)行將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置，并再次檢測激光入射點(diǎn)是否控制在激光入射孔范圍內(nèi)。如圖5所示，激光落點(diǎn)在期望深度的P1點(diǎn)，其在CCD上像點(diǎn)為P1'點(diǎn)。再次確保其落在LEH圓內(nèi)，若是則調(diào)定完成，否則返回步驟S108，直至同時滿足反射鏡處于P共軛位置時激光光斑與IV點(diǎn)重合，在基準(zhǔn)共軛位置時，激光落點(diǎn)在CCD上的像在LEH內(nèi)。圖6顯示了本發(fā)明的多束激光彈著點(diǎn)位置控制原理示意圖。下面參照圖6介紹本發(fā)明的基于動反射鏡的多束激光彈著點(diǎn)位置控制方法本實(shí)施例中以某緯度層入射激光數(shù)量為8束為例進(jìn)行說明，但本發(fā)明不限制于此，也可以適用于任意多束激光入射的情況。步驟S201，初始化靶腔位置，檢測并記錄靶腔的中心位置0'。本步驟中，將靶腔調(diào)節(jié)至合適位置，使靶腔軸線與檢測CCD軸線同軸，靶腔端面位于CXD鏡頭的下作距離位置處，保證其在CXD上清晰成像。步驟S202，檢測并計算出靶腔內(nèi)半徑R。步驟S203，檢測并計算出激光入射孔內(nèi)徑在CXD上成像圓半徑rleh ；步驟S204，確定本次需要調(diào)節(jié)的激光彈著點(diǎn)距離靶腔端面的深度1(即確定激光彈著點(diǎn)距離靶腔端面的深度1)；本步驟是針對需要調(diào)節(jié)到同一期望深度的多束激光進(jìn)行激光彈著點(diǎn)期望深度的調(diào)節(jié)。步驟S205，將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置，開啟激光器。如圖6所示，此時激光落點(diǎn)在Pi① Pi⑧點(diǎn)。步驟S206，將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)；如圖6所示，將激光共軛反射像點(diǎn)(巧① 0③)點(diǎn)控制在以靶腔中心為圓心，直徑為Di的圓內(nèi)，Di << rleho本步驟的目的是使所有的激光點(diǎn)盡量靠近靶腔中心，避免調(diào)節(jié)激光落點(diǎn)時，激光束沒有進(jìn)入激光入射孔。其中Di的值根據(jù)激光的分布情況來確定。步驟S207，將反射鏡從基準(zhǔn)共軛位置向遠(yuǎn)離CXD方向移動位移量h到P共軛位置， 使得 h= (1/2)1 ；本步驟是通過調(diào)整動反射鏡的位置來調(diào)整本次需要調(diào)節(jié)的多束激光的成像點(diǎn)的深度，使其達(dá)到期望深度1。動反射鏡的位移量h可通過測量得到，本步驟的目的是使得距靶腔上端面距離為1的平面(即期望的彈著點(diǎn)深度所在平面)與C⑶關(guān)于P共軛位置共軛。如圖6所示，經(jīng)P共軛位置的反射鏡反射，激光在CXD上的像為巧① 巧⑧點(diǎn)(矩形點(diǎn))，其實(shí)際落點(diǎn)為P」① P」⑧點(diǎn)。步驟S208，將需要調(diào)節(jié)的多束激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn) Pk① 政墨點(diǎn)(圓形點(diǎn))；本步驟中，通過控制激光運(yùn)動系統(tǒng)(俯仰角和偏航角)，使激光在CXD上的成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周(半徑為R的圓周)上的用戶期望的目標(biāo)位置4 Pk S點(diǎn)，這些目標(biāo)點(diǎn)在圓周上的分布位置可以根據(jù)用戶需求任意指定。根據(jù)共軛關(guān)系，激光的彈著點(diǎn)落在靶腔內(nèi)的Pk① Pk⑧點(diǎn)。Pk① Pk⑧點(diǎn)在靶腔內(nèi)壁的圓周上的位置分布可按照需要任意調(diào)節(jié)，也就是說可以控制激光彈著點(diǎn)在在靶腔內(nèi)圓周上的分布?？蛇x的，可以檢測i3 H I點(diǎn)和目標(biāo)位置R. I & S點(diǎn)，使其激光落點(diǎn)與對應(yīng)
的目標(biāo)點(diǎn)的歐式距離(兩點(diǎn)間直線距離)最近。至此，通過執(zhí)行步驟S207和步驟S208，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要任意控制激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)的深度及靶腔內(nèi)壁圓周上的分布。步驟S209，調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值；本步驟是通過調(diào)節(jié)聚焦系統(tǒng)(例如控制聚焦透鏡沿其光軸平動)，在保持焦斑中心位置不變的前提下，按照實(shí)際工藝要求調(diào)節(jié)焦斑直徑大小，使焦斑直徑達(dá)到滿足實(shí)際工藝要求的最優(yōu)值。本步驟中，通過控制聚焦透鏡沿其光軸平動可以控制焦斑直徑大小發(fā)生變化，而不會影響焦斑的中心位置。如圖6所示，調(diào)節(jié)后的彈著點(diǎn)位置為!\① Fk⑧點(diǎn)，對應(yīng)的CXD上的像點(diǎn)為f；' 'P-F1^ 點(diǎn)(小圓形點(diǎn))。類似的，本步驟是激光聚焦的二次調(diào)焦過程，以解決焦斑的二次聚焦問題，實(shí)現(xiàn)聚焦激光能量最優(yōu)。至此，對于本次需要調(diào)節(jié)的多束激光已經(jīng)調(diào)節(jié)到期望的彈著點(diǎn)深度和靶腔內(nèi)壁圓周分布位置。然后，可以重復(fù)前述步驟，對其它需要調(diào)節(jié)的多束激光開始新一輪的彈著點(diǎn)深度和靶腔內(nèi)壁圓周分布位置的調(diào)節(jié)。可選的，還可以先執(zhí)行將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置，并再次檢測激光入射點(diǎn)是否控制在激光入射孔范圍內(nèi)。如圖6所示，此時，激光落點(diǎn)在CXD上像點(diǎn)巧’I P/ I落在LEH圓內(nèi)則調(diào)定完成，否則返回步驟S207，直至同時滿足反射鏡處于P共軛位置時激光光斑與對應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)重合，在基準(zhǔn)共軛位置時，激光落點(diǎn)在CXD上的像在LEH圓內(nèi)。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的激光彈著點(diǎn)位置控制方法，提出了直接瞄準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)方法； 在不采用多束激光中心匯交技術(shù)時，無需控制甚多束激光匯交，從而避免了匯交精度問題和檢測圖像上的多焦斑混疊問題。此外，可以直接檢測激光彈著點(diǎn)位置，無需重構(gòu)出入射激光的空間信息進(jìn)行間接檢測測算。根據(jù)本發(fā)明的方法，從根本上消除同緯度入射激光因各激光器位置偏差導(dǎo)致的彈著點(diǎn)深度差異，解決同緯度入射激光中心點(diǎn)匯交后，由于各激光器位置偏差微調(diào)導(dǎo)致彈著點(diǎn)的深度存在差異。此外，還解決了準(zhǔn)直傳感器位置即使偏離球心位置(理想情況所有激光點(diǎn)按照不同緯度均布在球面上，準(zhǔn)直傳感器位于離球心位置)，也可實(shí)現(xiàn)激光焦斑按照需求分布。此外，還實(shí)現(xiàn)了彈著點(diǎn)位置直接聚焦控制，可直接檢測并控制彈著點(diǎn)的焦斑大小， 避免了先確定匯交點(diǎn)光斑大小，無法直接準(zhǔn)確控制最終彈著點(diǎn)光斑大小。此外，還提出彈著點(diǎn)軸向深度確定方法，可直接檢測控制彈著點(diǎn)在靶腔軸向深度，而無需間接方式。此外，還提出彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)部周向分布控制方法，可直接檢測并引導(dǎo)控制彈著點(diǎn)在靶腔周向分布的均勻性。應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式
僅僅用于示例性說明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。
權(quán)利要求
1.一種基于動反射鏡的激光彈著點(diǎn)位置控制方法，所述方法包括 確定激光彈著點(diǎn)的期望深度；將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置； 將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)；將反射鏡從基準(zhǔn)共軛位置向遠(yuǎn)離CCD方向移動一位移量，該位移量是所述期望深度的一半；將激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)； 調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值。
2 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括檢測激光入射點(diǎn)是否控制在激光入射孔范圍內(nèi)的步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)的步驟包括將激光在CCD上的成像點(diǎn)控制在以靶腔中心為圓心，直徑小于激光入射孔內(nèi)徑的圓內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述將激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)的步驟中，所述任意目標(biāo)點(diǎn)反映了激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)壁圓周上的分布位置，并且該分布位置可以根據(jù)用戶需求任意指定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，所述調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值的步驟包括控制聚焦透鏡沿其光軸平動，使焦斑直徑調(diào)節(jié)到滿足實(shí)際工藝要求的最優(yōu)值。
6.一種基于動反射鏡的多束激光彈著點(diǎn)位置控制方法，所述方法包括 確定需要調(diào)節(jié)的多束激光彈著點(diǎn)的期望深度；將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置；將所述多束激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)；將反射鏡從基準(zhǔn)共軛位置向遠(yuǎn)離CCD方向移動一位移量，該位移量是所述期望深度的一半；將所述需要調(diào)節(jié)的多束激光的成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)； 調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值；對其它需要調(diào)節(jié)的多束激光，重復(fù)前述步驟，直至調(diào)整完所有多束激光彈著點(diǎn)的期望深度和靶腔內(nèi)壁圓周分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括檢測激光入射點(diǎn)是否控制在激光入射孔范圍內(nèi)的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)的步驟包括將激光在CCD上的成像點(diǎn)控制在以靶腔中心為圓心，直徑小于激光入射孔內(nèi)徑的圓內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述將激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)的步驟中，所述任意目標(biāo)點(diǎn)反映了激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)壁圓周上的分布位置，并且該分布位置可以根據(jù)用戶需求任意指定。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，所述調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值的步驟包括控制聚焦透鏡沿其光軸平動，使焦斑直徑調(diào)節(jié)到滿足實(shí)際工藝要求的最優(yōu)值。
全文摘要
一種基于動反射鏡的激光彈著點(diǎn)位置控制方法，所述方法包括確定激光彈著點(diǎn)的期望深度；將反射鏡復(fù)位到基準(zhǔn)共軛位置；將激光入射點(diǎn)控制在激光入射孔范圍內(nèi)；將反射鏡從基準(zhǔn)共軛位置向遠(yuǎn)離CCD方向移動一位移量，該位移量是所述期望深度的一半；將激光成像點(diǎn)移動到靶腔內(nèi)壁成像圓周的任意目標(biāo)點(diǎn)；調(diào)節(jié)激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小以達(dá)到最優(yōu)值。根據(jù)本發(fā)明的方法，可以同時對多束激光調(diào)節(jié)到期望的彈著點(diǎn)深度和靶腔內(nèi)部圓周上的期望分布位置，有利于對激光彈著點(diǎn)在靶腔內(nèi)的位置進(jìn)行優(yōu)化配置；通過對激光成像點(diǎn)的焦斑直徑大小進(jìn)行二次調(diào)節(jié)以達(dá)到最優(yōu)值，從而優(yōu)化激光能量的利用并提高效率。
文檔編號G02B26/08GK102313541SQ20111021345
公開日2012年1月11日 申請日期2011年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月28日
發(fā)明者吳保林, 張文生 申請人:中國科學(xué)院自動化研究所