專利名稱：基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸度測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面 同軸度測(cè)量方法。
技術(shù)背景將激光發(fā)射系統(tǒng)安裝于機(jī)械承載平臺(tái)時(shí)，要求其激光發(fā)射軸與承載平臺(tái)的 基準(zhǔn)面法線精確對(duì)準(zhǔn)，這就要求在安裝過(guò)程中可對(duì)激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同 軸度進(jìn)行高精度測(cè)量。目前大多數(shù)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)光學(xué)軸與機(jī)械軸間的角度差要求 并不嚴(yán)格，不需要對(duì)其間的差異進(jìn)行精度測(cè)量。但對(duì)于光束發(fā)散角小、指向控 制精度要求高的光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)，其激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面的夾角需要嚴(yán)格測(cè) 出，目前并無(wú)方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明為了解決在光束發(fā)散角小、指向控制精度要求高的光學(xué)測(cè)試系統(tǒng) 中，激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面的夾角需要嚴(yán)格測(cè)出，目前并無(wú)方法對(duì)其進(jìn)行測(cè) 量的問(wèn)題，而提出了一種基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸度測(cè)量 方法。本發(fā)明的步驟如下步驟一探測(cè)被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)9出射光斑被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)9發(fā)出激 光光東，激光光束經(jīng)過(guò)長(zhǎng)焦平行光管1聚焦，聚焦后被測(cè)激光光束照射在長(zhǎng)焦 平行光管1出光口與焦點(diǎn)之間的1: 1分光器3上，50%被測(cè)激光光束經(jīng)分光 器3反射聚焦于CCD探測(cè)器4上，并記錄成像光斑位置為A (Xl,yi)，另50% 被測(cè)激光光束在成像屏5上成點(diǎn)像，通過(guò)顯微CCD探測(cè)器7對(duì)光斑位置進(jìn)行 記錄；步驟二安裝小孔光闌關(guān)閉激光發(fā)射系統(tǒng)，將成像屏5移除，替換具有 小孔的遮光板6，通過(guò)顯微CCD探測(cè)器7所記錄的光斑位置準(zhǔn)確調(diào)整小孔中心位置，使小孔位置與光斑位置重合；步驟三安裝輔助光源8進(jìn)行反射光斑的探測(cè)移除顯微CCD探測(cè)器7，
替換為輔助光源8，輔助光源8的光束通過(guò)小孔和長(zhǎng)焦平行光管1照射到被測(cè) 機(jī)械基準(zhǔn)面10上，將高精度平面鏡2的反射面粘接于被測(cè)機(jī)械基準(zhǔn)面10，長(zhǎng) 焦平行光管1出射光經(jīng)高精度平面鏡2反射后，將在CCD探測(cè)器4的光敏面 上成像，記錄成像光斑位置為B (x2，y2);步驟四得出方向角度偏差和俯仰角度偏差被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)9的法線 與被測(cè)機(jī)械基準(zhǔn)面lO法線沿方位軸方向角度偏差a、俯仰角度偏差p分別為ot=(x2-x!)/F， P=(y2-y!)/F 其中F為長(zhǎng)焦平行光管1的焦距。本發(fā)明提出了應(yīng)用于高精度光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)中，激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同 軸度進(jìn)行精確測(cè)量的方法?；谳o助光源及分光系統(tǒng)，利用焦平面成像法將測(cè) 量精度提高到O.lprad以上，當(dāng)長(zhǎng)焦平行光管的焦距為12m時(shí)，測(cè)量位置偏差 為lpm，測(cè)量精度為0.083prad。同時(shí)最小測(cè)量范圍不受成像光斑大小的限制。


圖l是步驟一中裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是步驟二中裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 是步驟三中裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是50%被測(cè)激光光束聚焦于CCD探測(cè)器4 上成像光斑位置A的效果圖；圖5是高精度平面鏡2反射在CCD探測(cè)器4上 成像光斑位置B的效果圖。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1 5說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的步驟如下步驟一探測(cè)被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)9出射光斑被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)9發(fā)出激 光光束，激光光束經(jīng)過(guò)長(zhǎng)焦平行光管1聚焦，聚焦后被測(cè)激光光束照射在長(zhǎng)焦 平行光管1出光口與焦點(diǎn)之間的h 1分光器3上，50%被測(cè)激光光束經(jīng)分光 器3反射聚焦于CCD探測(cè)器4上，并記錄成像光斑位置為A(^，y,)，另50% 被測(cè)激光光束在成像屏5上成點(diǎn)像，通過(guò)顯微CCD探測(cè)器7對(duì)光斑位置進(jìn)行 記錄；步驟二安裝小孔光闌關(guān)閉激光發(fā)射系統(tǒng)，將成像屏5移除，替換具有小孔的遮光板6，通過(guò)顯微CCD探測(cè)器7所記錄的光斑位置準(zhǔn)確調(diào)整小孔中 心位置，使小孔位置與光斑位置重合；
步驟三安裝輔助光源8進(jìn)行反射光斑的探測(cè)移除顯微CCD探測(cè)器7， 替換為輔助光源8，輔助光源8的光束通過(guò)小孔和長(zhǎng)焦平行光管1照射到被測(cè) 機(jī)械基準(zhǔn)面10上，將高精度平面鏡2的反射面粘接于被測(cè)機(jī)械基準(zhǔn)面10，長(zhǎng) 焦平行光管1出射光經(jīng)高精度平面鏡2反射后，將在CCD探測(cè)器4的光敏面 上成像，記錄成像光斑位置為B (x2,y2);步驟四得出方向角度偏差和俯仰角度偏差被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)9的法線與被測(cè)機(jī)械基準(zhǔn)面10法線沿方位軸方向角度偏差a、俯仰角度偏差P分別為a=(x2-Xl)/F， (3=(y2-y))/F 其中F為長(zhǎng)焦平行光管1的焦距。
具體實(shí)施方式
二本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于步驟二中的調(diào)整遮光板6的小孔中心位置，是將小孔置于長(zhǎng)焦平行光管1的焦平面處，在 顯微CCD探測(cè)器7位置不變的情況下監(jiān)測(cè)小孔中心位置，同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使 遮光板6的小孔中心與被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)9發(fā)射光路成像光斑位置重合。其它 組成和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于長(zhǎng)焦平行光 管1的焦距為12m， 口徑為400mm。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于高精度平面 鏡2為口徑為())300的平面鏡，面型精度(RMS)為L(zhǎng)70;U其它組成和步驟與具 體實(shí)施方式一相同。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于CCD探測(cè) 器4采用像元數(shù)被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)995(H)x596(V)面陣式CCD攝像機(jī)。其它 組成和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。選用敏通公司生產(chǎn)的MTV-1801。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于成像屏5為 半透明屏幕。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于遮光板6采 用針孔濾波器，小孔直徑為0.1mm。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
八本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式
一不同點(diǎn)在于顯微CCD 探測(cè)器7為帶有顯微鏡頭的CCD相機(jī)。其它組成和步驟與具體實(shí)施方式
一相 同。
權(quán)利要求
1、基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸度測(cè)量方法，其特征在于它的步驟如下步驟一探測(cè)被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)(9)出射光斑被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)(9)發(fā)出激光光束，激光光束經(jīng)過(guò)長(zhǎng)焦平行光管(1)聚焦，聚焦后被測(cè)激光光束照射在長(zhǎng)焦平行光管(1)出光口與焦點(diǎn)之間的1∶1分光器(3)上，50％被測(cè)激光光束經(jīng)分光器(3)反射聚焦于CCD探測(cè)器(4)上，并記錄成像光斑位置為A(x1，y1)，另50％被測(cè)激光光束在成像屏(5)上成點(diǎn)像，通過(guò)顯微CCD探測(cè)器(7)對(duì)光斑位置進(jìn)行記錄；步驟二安裝小孔光闌關(guān)閉激光發(fā)射系統(tǒng)，將成像屏(5)移除，替換具有小孔的遮光板(6)，通過(guò)顯微CCD探測(cè)器(7)所記錄的光斑位置準(zhǔn)確調(diào)整小孔中心位置，使小孔位置與光斑位置重合；步驟三安裝輔助光源(8)進(jìn)行反射光斑的探測(cè)移除顯微CCD探測(cè)器(7)，替換為輔助光源(8)，輔助光源(8)的光束通過(guò)小孔和長(zhǎng)焦平行光管(1)照射到被測(cè)機(jī)械基準(zhǔn)面(10)上，將高精度平面鏡(2)的反射面粘接于被測(cè)機(jī)械基準(zhǔn)面(10)，長(zhǎng)焦平行光管(1)出射光經(jīng)高精度平面鏡(2)反射后，將在CCD探測(cè)器(4)的光敏面上成像，記錄成像光斑位置為B(x2，y2)；步驟四得出方向角度偏差和俯仰角度偏差被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)(9)的法線與被測(cè)機(jī)械基準(zhǔn)面(10)法線沿方位軸方向角度偏差α、俯仰角度偏差β分別為α＝(x2-x1)/F，β＝(y2-y1)/F其中F為長(zhǎng)焦平行光管(1)的焦距。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸 度測(cè)量方法，其特征在于步驟二中的調(diào)整遮光板(6)的小孔中心位置，是將小 孔置于長(zhǎng)焦平行光管(l)的焦平面處，在顯微CCD探測(cè)器(7)位置不變的情況下 監(jiān)測(cè)小孔中心位置，同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，使遮光板(6)的小孔中心與被測(cè)激光發(fā)射 系統(tǒng)(9)發(fā)射光路成像光斑位置重合。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸 度測(cè)量方法，其特征在于長(zhǎng)焦平行光管(l)的焦距為12m， 口徑為400mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸 度測(cè)量方法，其特征在于高精度平面鏡(2)為口徑為(|)300的平面鏡，面型精度 (RMS)為1〃0入。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸 度測(cè)量方法，其特征在于CCD探測(cè)器(4)采用像元數(shù)被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng) (9)95(H)x596(V)面陣式CCD攝像機(jī)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸 度測(cè)量方法，其特征在于成像屏(5)為半透明屏幕。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸 度測(cè)量方法，其特征在于遮光板(6)采用針孔濾波器，小孔直徑為O.lmm。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸 度測(cè)量方法，其特征在于顯微CCD探測(cè)器(7)為帶有顯微鏡頭的CCD相機(jī)。
全文摘要
基于輔助光源的激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面同軸度測(cè)量方法。本發(fā)明涉及測(cè)量領(lǐng)域，它解決了在光束發(fā)散角小、指向控制精度要求高的光學(xué)測(cè)試系統(tǒng)中，激光發(fā)射軸與機(jī)械基準(zhǔn)面的夾角需要嚴(yán)格測(cè)出，目前并無(wú)方法對(duì)其進(jìn)行測(cè)量的問(wèn)題。步驟如下首先探測(cè)被測(cè)激光發(fā)射系統(tǒng)出射光斑；其次安裝小孔光闌；之后安裝輔助光源進(jìn)行反射光斑的探測(cè)；最終得出方向角度偏差和俯仰角度偏差?；谳o助光源及分光系統(tǒng)，利用焦平面成像法將測(cè)量精度提高到0.1μrad以上，同時(shí)最小測(cè)量范圍不受成像光斑大小的限制。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101210806SQ200710144880
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月20日
發(fā)明者于思源, 俞建杰, 劉劍峰, 楊玉強(qiáng), 譚立英, 韓琦琦, 晶 馬 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)