專利名稱：激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密計(jì)量測(cè)試技術(shù)，具體說(shuō)就是一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
世界各個(gè)國(guó)家對(duì)直線度測(cè)量領(lǐng)域一直給予高度重視，并不斷推出新型的高精度直線度測(cè)量方法和裝置，用以滿足日益增長(zhǎng)的對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求。目前國(guó)內(nèi)外在圓度、平行度以及表面粗糙度等計(jì)量領(lǐng)域已達(dá)到納米級(jí)測(cè)量精度水平，但是直線度的測(cè)量精度水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它計(jì)量項(xiàng)目。這種狀況嚴(yán)重制約了我國(guó)精密計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域的發(fā)展步伐。因此，對(duì)國(guó)內(nèi)直線度測(cè)量方法進(jìn)行研究，具有重要的意義。為了測(cè)量飛行器在空間的姿態(tài)，設(shè)計(jì)了一種基于合作目標(biāo)的姿態(tài)測(cè)量方法，該方法采用在飛行器表面安裝X型的激光發(fā)射裝置作為合作目標(biāo)，對(duì)飛行器姿態(tài)變化進(jìn)行了有效放大，從而可以提高測(cè)量精度。但是，設(shè)計(jì)中要求合作目標(biāo)中四個(gè)大功率激光器兩兩共線。因此制作合作目標(biāo)時(shí)進(jìn)行直線度校準(zhǔn)以及后期的測(cè)量?jī)蓽?zhǔn)直激光束之間的直線度誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償成為測(cè)量環(huán)節(jié)中關(guān)鍵的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測(cè)量方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)方法，步驟如下步驟一將激光器固定在轉(zhuǎn)臺(tái)中心，保證四個(gè)激光器出口在同一高度；步驟二 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)將激光器1發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)屏幕，記錄下光斑中心位置作為參考位置，并通過(guò)壓板壓緊固定；步驟三移動(dòng)相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時(shí)通過(guò)打磨激光器末端調(diào)整激光的發(fā)散角，使之對(duì)準(zhǔn)到參考位置，并保證激光器在相機(jī)的移動(dòng)過(guò)程中，始終能將光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置。此時(shí)確認(rèn)為單個(gè)激光器調(diào)整結(jié)束；步驟四將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令激光器3發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三。 此時(shí)，激光器1和激光器3發(fā)出的光束是兩反向光束；步驟五轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，令激光器2發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三；步驟六將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令激光器4發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三。 此時(shí)，激光器2和激光器4發(fā)出的光束是兩反向光束；到此激光器直線度校準(zhǔn)完成。由四個(gè)激光器組成的合作目標(biāo)發(fā)出X型激光束。所述的激光器合作目標(biāo)直線度誤差的測(cè)量方法，測(cè)量采取對(duì)稱觀測(cè)法，令轉(zhuǎn)臺(tái)沿正反兩方向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行兩次測(cè)量，取兩次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果；步驟如下步驟一將激光器合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使激光器1發(fā)出的激光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)使光斑中心在參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟二 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使激光器3發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟三移動(dòng)相機(jī)調(diào)節(jié)物距，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)使激光器3發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟四反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使激光器1發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟五兩次測(cè)量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角；步驟六重復(fù)步驟一到步驟五，測(cè)量激光器2和激光器4之間夾角。本發(fā)明為基于合作目標(biāo)的飛行器姿態(tài)測(cè)量方法提供激光器合作目標(biāo)，該合作目標(biāo)發(fā)出X型的雙向準(zhǔn)直激光束，對(duì)飛行器姿態(tài)變化進(jìn)行了有效放大。同時(shí)，激光器合作目標(biāo)中兩雙向準(zhǔn)直激光束的直線度對(duì)測(cè)量精度的影響很大，測(cè)量?jī)蓽?zhǔn)直激光束之間的夾角，進(jìn)行誤差修正，可以有效地提高空間姿態(tài)測(cè)量精度。


圖1為本發(fā)明的激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)示意圖；圖2為本發(fā)明的激光器合作目標(biāo)基本結(jié)構(gòu)圖；圖中四個(gè)激光器安裝在一個(gè)鋁合金支架上，其中激光器(1)和激光器(3)共線，發(fā)出兩束反向激光束，激光器(2)和激光器(4) 共線，發(fā)出兩束反向激光束。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例1 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明所述的激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)方法，步驟如下步驟一將激光器固定在轉(zhuǎn)臺(tái)中心，保證四個(gè)激光器出口在同一高度；步驟二 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)將激光器(1)發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)屏幕，記錄下光斑中心位置作為參考位置，并通過(guò)壓板壓緊固定；步驟三移動(dòng)相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時(shí)通過(guò)打磨激光器末端調(diào)整激光的發(fā)散角，使之對(duì)準(zhǔn)到參考位置，并保證激光器在相機(jī)的移動(dòng)過(guò)程中，始終能將光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置，此時(shí)確認(rèn)為單個(gè)激光器調(diào)整結(jié)束；步驟四將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令激光器(3)發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時(shí)，激光器(1)和激光器(3)發(fā)出的光束是兩反向光束；步驟五轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，令激光器(2)發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三；步驟六將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令激光器(4)發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時(shí)，激光器(2)和激光器(4)發(fā)出的光束是兩反向光束；到此激光器直線度校準(zhǔn)完成，由四個(gè)激光器組成的激光器合作目標(biāo)發(fā)出X型激光
束ο
本發(fā)明所述的激光器合作目標(biāo)直線度誤差的測(cè)量方法，測(cè)量采取對(duì)稱觀測(cè)法，令轉(zhuǎn)臺(tái)沿正反兩方向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行兩次測(cè)量，取兩次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果；步驟如下步驟一將激光器合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使激光器(1)發(fā)出的激光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)使光斑中心在參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟二 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使激光器(3)發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟三移動(dòng)相機(jī)調(diào)節(jié)物距，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)使激光器(3)發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟四反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使激光器(1)發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上， 紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟五兩次測(cè)量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角；步驟六重復(fù)步驟一到步驟五，測(cè)量激光器(2)和激光器⑷之間夾角。實(shí)施例2 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明校準(zhǔn)和測(cè)量時(shí)采用有基準(zhǔn)測(cè)量，選取的兩個(gè)基準(zhǔn) 大理石平板和鎂鋁平尺，精度均達(dá)到000級(jí)。激光器校準(zhǔn)所使用的平臺(tái)和平尺的精度均為000級(jí)；相機(jī)采用固定焦距鏡頭， 焦距15mm，鏡頭距離測(cè)量屏幕距離很近，且視場(chǎng)的軸線與鏡頭的軸線基本重合，因此焦距誤差對(duì)于測(cè)量影響不大，可以忽略；相機(jī)芯片為CMOS單色數(shù)字圖像傳感器，分辯率 1280 X 1024 (1，310，720個(gè)像素)，光學(xué)尺寸為1/1. 8英寸，像素尺寸為5. 2 μ mX 5. 2 μ m，并采用USB2. 0接口與計(jì)算機(jī)相連接；軟件采用VC編程語(yǔ)言自行開(kāi)發(fā)的光斑質(zhì)心實(shí)時(shí)計(jì)算程序。激光器合作目標(biāo)發(fā)出的激光束投射到屏幕上，攝像機(jī)拍攝屏幕上的光斑圖像，并將圖像傳到計(jì)算機(jī)，計(jì)算光斑中心坐標(biāo)(如圖1)；四個(gè)激光器安裝在一個(gè)鋁合金支架上，整體重量在125 130克。合作目標(biāo)激光器主要考慮激光器的輸出功率、出口半徑、激光發(fā)散角、激光波長(zhǎng)、工作時(shí)間、功耗等方面的因素。受所選攝像機(jī)的光譜響應(yīng)靈敏度等參數(shù)限制，選擇波長(zhǎng)650nm的紅色激光束可以得到較高的響應(yīng)度(如圖2)。實(shí)施例3 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明校準(zhǔn)與測(cè)量裝置由大理石平臺(tái)、平尺、屏幕、精密轉(zhuǎn)臺(tái)和采用USB2. 0接口與計(jì)算機(jī)相連接的相機(jī)組成。測(cè)量前對(duì)大理石平臺(tái)采用高精度電子水平儀進(jìn)行測(cè)試，表面平面度最大誤差為1. 62微米，滿足000等級(jí)要求。被測(cè)目標(biāo)放在轉(zhuǎn)臺(tái)上，鋁鎂平尺放在大理石平臺(tái)上，測(cè)量時(shí)相機(jī)可以沿平尺移動(dòng)，保證相機(jī)前后移動(dòng)時(shí)作直線運(yùn)動(dòng)，鏡頭的軸線方向保持不變。光斑質(zhì)心計(jì)算采用VC編程語(yǔ)言自行開(kāi)發(fā)的軟件，對(duì)輸入光斑圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)a)將激光器固定在轉(zhuǎn)臺(tái)中心，保證四個(gè)激光器出口在同一高度。b)確定并標(biāo)記好激光器正負(fù)方向。首先利用轉(zhuǎn)臺(tái)將第一激光器正方向?qū)?zhǔn)屏幕， 記錄下光斑中心位置作為參考中心位置。并通過(guò)壓板壓緊固定。c)移動(dòng)相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時(shí)通過(guò)打磨調(diào)整激光器末端的角度，使之對(duì)準(zhǔn)到參考中心點(diǎn)。保證激光器在相機(jī)的移動(dòng)過(guò)程中，始終能將光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考中心，此時(shí)確認(rèn)為單方向的激光器調(diào)整結(jié)束。d)將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令第二個(gè)激光器對(duì)準(zhǔn)屏幕，，將激光器負(fù)方向?qū)?zhǔn)參考中心(此時(shí)的參考中心點(diǎn)位置與上一參考中心點(diǎn)位置坐標(biāo)相對(duì)于相機(jī)的y軸對(duì)稱)。e)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)對(duì)其他兩個(gè)激光器進(jìn)行相同的調(diào)整。激光器調(diào)整一次后，放置一段時(shí)間，直到不會(huì)發(fā)生漂移為止。到此激光器調(diào)整完成。(2)激光器合作目標(biāo)直線度誤差測(cè)量激光器合作目標(biāo)直線度誤差測(cè)量步驟a)將合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使激光器光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)使一側(cè)的光斑中心調(diào)整到光斑參考中心位置上；紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo) 12.322°。b)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使另一反向激光束的光斑也調(diào)整到此位置，紀(jì)錄轉(zhuǎn)臺(tái)角度坐標(biāo) 192.335°。c)反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使另一束激光的光斑也調(diào)整到此位置，紀(jì)錄轉(zhuǎn)臺(tái)角度坐標(biāo) 12.324°。d)兩次測(cè)量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角為180. 012°e)重復(fù)a，b，c，d，步驟，測(cè)量另外兩準(zhǔn)直激光束之間夾角。目前所用的合作目標(biāo)完全按照上面步驟進(jìn)行調(diào)整，其精度為激光器單方向直線度ρ 20"，兩方向直線度ρ 1'，兩條光路夾角15°。
權(quán)利要求
1.一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)方法，其特征在于步驟如下 步驟一將激光器固定在轉(zhuǎn)臺(tái)中心，保證四個(gè)激光器出口在同一高度；步驟二 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)將激光器(1)發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)屏幕，記錄下光斑中心位置作為參考位置，并通過(guò)壓板壓緊固定；步驟三移動(dòng)相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時(shí)通過(guò)打磨激光器末端調(diào)整激光的發(fā)散角，使之對(duì)準(zhǔn)到參考位置，并保證激光器在相機(jī)的移動(dòng)過(guò)程中，始終能將光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置，此時(shí)確認(rèn)為單個(gè)激光器調(diào)整結(jié)束；步驟四將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令激光器C3)發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時(shí)，激光器(1)和激光器C3)發(fā)出的光束是兩反向光束；步驟五轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)，令激光器( 發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三； 步驟六將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令激光器(4)發(fā)出的激光束對(duì)準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時(shí)，激光器( 和激光器(4)發(fā)出的光束是兩反向光束；到此激光器直線度校準(zhǔn)完成，由四個(gè)激光器組成的激光器合作目標(biāo)發(fā)出X型激光束。
2.一種激光器合作目標(biāo)直線度誤差的測(cè)量方法，其特征在于測(cè)量采取對(duì)稱觀測(cè)法， 令轉(zhuǎn)臺(tái)沿正反兩方向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行兩次測(cè)量，取兩次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果；步驟如下步驟一將激光器合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)使激光器(1)發(fā)出的激光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)使光斑中心在參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟二 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使激光器C3)發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟三移動(dòng)相機(jī)調(diào)節(jié)物距，微調(diào)轉(zhuǎn)臺(tái)使激光器C3)發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟四反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使激光器(1)發(fā)出的激光束的光斑中心對(duì)準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)的角度坐標(biāo)；步驟五兩次測(cè)量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角；步驟六重復(fù)步驟一到步驟五，測(cè)量激光器⑵和激光器⑷之間夾角。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測(cè)量方法。直線度校準(zhǔn)方法步驟包括將激光器固定在轉(zhuǎn)臺(tái)中心，保證四個(gè)激光器出口在同一高度；確定并標(biāo)記激光器正負(fù)方向，記錄光斑中心位置作為參考中心位置；移動(dòng)相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，通過(guò)打磨調(diào)整激光器末端的角度，使之對(duì)準(zhǔn)到參考中心點(diǎn)；將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)180度，令第二個(gè)激光器對(duì)準(zhǔn)屏幕；校準(zhǔn)一次后放置一段時(shí)間，直到不會(huì)發(fā)生漂移為止。測(cè)量采取對(duì)稱觀測(cè)法，令轉(zhuǎn)臺(tái)沿正反兩方向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行兩次測(cè)量，取兩次測(cè)量的平均值作為測(cè)量結(jié)果。本發(fā)明激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測(cè)量方法，測(cè)量?jī)蓽?zhǔn)直激光束之間的夾角，進(jìn)行誤差修正，有效地提高空間姿態(tài)測(cè)量精度。
文檔編號(hào)G01C15/00GK102288198SQ201110117439
公開(kāi)日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者關(guān)鈺, 李凱, 袁峰, 趙玉華 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)