激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測及消除方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法及消除方法，該檢測方法包括：將圖像采集模塊固定在置于激光干涉儀正前方的運(yùn)動平臺上使得激光干涉儀的激光光束照射到圖像采集模塊上后，移動運(yùn)動平臺使得其距離激光干涉儀的距離為第一距離，獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第一光斑圖像，然后計(jì)算出第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，繼續(xù)往同一方向移動運(yùn)動平臺使其繼續(xù)移動第二距離后，獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第二光斑圖像，然后計(jì)算出第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，最后計(jì)算出激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差。本發(fā)明操作簡單、快速且測量精度高，可廣泛應(yīng)用于激光測量【技術(shù)領(lǐng)域】中。
【專利說明】激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測及消除方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光測量【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測及消除方法。

【背景技術(shù)】
[0002]激光干涉儀測量系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)器和其他對位置精度要求高的系統(tǒng)進(jìn)行完整的校準(zhǔn)，可以精確地測量各種幾何尺寸和動態(tài)機(jī)器特性，在科研和工程研究領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于激光光束路徑與運(yùn)動軸之間的準(zhǔn)直偏差，導(dǎo)致測量距離與實(shí)際移動距離之間存在誤差，此誤差的大小與激光光束和運(yùn)動軸之間的準(zhǔn)直偏差角有關(guān)，通常稱之為余弦誤差。測量時，隨著激光行程的增大，余弦誤差將被逐漸放大，激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差對測量精度有極大的影響，為了減少準(zhǔn)直偏差帶來的測量誤差，必須將測量的激光光束調(diào)整與到激光干涉儀的運(yùn)動軸平行。目前校正激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差，主要有以下幾種方法:一、采用四象限探測器結(jié)合運(yùn)算電路檢測出激光點(diǎn)的偏移量，用戶可以根據(jù)檢測出來的偏移量調(diào)整激光干涉儀進(jìn)行校正，從而降低余弦誤差對測量精度的影響，調(diào)整激光干涉儀的方式為:根據(jù)檢測出的偏移量，對激光干涉儀進(jìn)行俯仰、偏擺、上下移動、左右移動等調(diào)整動作，但是這種方式調(diào)整到偏移量為零也不能確認(rèn)激光光束與運(yùn)動軸是平行的，因?yàn)榧す恻c(diǎn)在不同位置，測得的偏移量也是不同的，這種方式需要反復(fù)多次調(diào)節(jié)才能將余弦誤差盡量降低到最小，操作繁瑣且校準(zhǔn)效果差；二、采用PSD實(shí)時檢測激光點(diǎn)測量光斑的漂移位移，然后根據(jù)該漂移位移對激光干涉儀測量的位移進(jìn)行校正。但是目前大多數(shù)激光干涉儀并沒有開放二次開發(fā)接口，很難獲得測量的實(shí)時位移數(shù)據(jù)從而進(jìn)行位移校正，而且因?yàn)榧す飧缮鎯x的準(zhǔn)直偏差不僅僅會影響線性測量的精度，還會影響激光干涉條紋的強(qiáng)度、角度、直線度等的測量精度，這種校正方法不能解決這些問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法，本發(fā)明的另一目的是提供一種激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差消除方法。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0005]激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法，包括:
[0006]S1、將圖像采集模塊固定在置于激光干涉儀正前方的運(yùn)動平臺上，調(diào)整圖像采集模塊的位置使得激光干涉儀的激光光束照射到圖像采集模塊上；
[0007]S2、移動運(yùn)動平臺使得其距離激光干涉儀的距離為第一距離后，獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第一光斑圖像，然后計(jì)算出第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0008]S3、繼續(xù)往同一方向移動運(yùn)動平臺使其繼續(xù)移動第二距離后，獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第二光斑圖像，然后計(jì)算出第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)；
[0009]S4、根據(jù)第一距離、第二距離、第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差。
[0010]進(jìn)一步,所述步驟S4,包括:
[0011]S41、根據(jù)第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算獲得在同一坐標(biāo)系中，第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離和Y方向上的距離；
[0012]S42、根據(jù)下式獲得激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差，所述準(zhǔn)直偏差包括在X方向上的水平傾斜偏差、水平移動偏差以及在Y方向上的垂直傾斜偏差、垂直移動偏差:

【權(quán)利要求】
1.激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法，其特征在于，包括: . 51、將圖像采集模塊固定在置于激光干涉儀正前方的運(yùn)動平臺上，調(diào)整圖像采集模塊的位置使得激光干涉儀的激光光束照射到圖像采集模塊上； . 52、移動運(yùn)動平臺使得其距離激光干涉儀的距離為第一距離后，獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第一光斑圖像，然后計(jì)算出第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)； . 53、繼續(xù)往同一方向移動運(yùn)動平臺使其繼續(xù)移動第二距離后，獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第二光斑圖像，然后計(jì)算出第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)； . 54、根據(jù)第一距離、第二距離、第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法，其特征在于，所述步驟S4，包括: . 541、根據(jù)第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算獲得在同一坐標(biāo)系中，第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離和Y方向上的距離； . 542、根據(jù)下式獲得激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差，所述準(zhǔn)直偏差包括在X方向上的水平傾斜偏差、水平移動偏差以及在Y方向上的垂直傾斜偏差、垂直移動偏差:1 DXl= DX
上式中，DXl表示激光干涉儀在X方向上的水平傾斜偏差，DX2表示激光干涉儀在X方向上的水平移動偏差，DYl表示激光干涉儀在Y方向上的垂直傾斜偏差，DY2表示激光干涉儀在Y方向上的垂直移動偏差，A表不第一距離，B表不第二距離，DX表不第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離，DY表示第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的Y方向上的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法，其特征在于，所述步驟S4，包括: . 541、根據(jù)第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算獲得在同一坐標(biāo)系中，第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離和Y方向上的距離； .542、根據(jù)下式獲得激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差，所述準(zhǔn)直偏差包括在X方向上的水平傾斜角度、水平移動偏差和在Y方向上的垂直傾斜角度、垂直移動偏差:
上式中，θχ表示水平傾斜角度，DX3表示激光干涉儀在X方向上的水平移動偏差，θy表示垂直傾斜角度，DY3表示激光干涉儀在Y方向上的垂直移動偏差，A表示第一距離，B表示第二距離，DX表示第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離，DY表示第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的Y方向上的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法，其特征在于，所述第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離或Y方向上的距離為零。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差檢測方法，其特征在于，所述步驟SI中，激光干涉儀的激光光束經(jīng)過窄帶濾光片后再照射到圖像采集模塊上，所述窄帶濾波片的透光波長與激光光束的波長一致。
6.激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差消除方法，其特征在于，包括: 551、將圖像采集模塊固定在置于激光干涉儀正前方的運(yùn)動平臺上，調(diào)整圖像采集模塊的位置使得激光干涉儀的激光光束照射到圖像采集模塊上； 552、移動運(yùn)動平臺使得其距離激光干涉儀的距離為第一距離后，獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第一光斑圖像，然后計(jì)算出第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)； 553、繼續(xù)往同一方向移動運(yùn)動平臺使其繼續(xù)移動第二距離后，實(shí)時獲取激光光束照射到圖像采集模塊上的第二光斑圖像，然后計(jì)算出第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)； 554、根據(jù)第一距離、第二距離、第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差； 555、在同一坐標(biāo)系上實(shí)時顯不第一光斑圖像上的激光點(diǎn)和第二光斑圖像上的激光占.556、根據(jù)計(jì)算出的準(zhǔn)直偏差顯示出第二光斑圖像的激光點(diǎn)的調(diào)整指示位置，然后調(diào)整激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置發(fā)生變化并移動到調(diào)整指示位置； 557、獲取變化后的第二光斑圖像并計(jì)算出該時刻第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)后，根據(jù)第一距離、第二距離、第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及變化后的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算出調(diào)整后的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差，然后判斷激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差是否小于預(yù)設(shè)安全閾值，若是，則結(jié)束，否則返回執(zhí)行步驟SS2。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差消除方法，其特征在于，所述步驟SS4包括: SS41、根據(jù)第一光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)以及第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的坐標(biāo)，計(jì)算獲得在同一坐標(biāo)系中，第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離和Y方向上的距離； SS42、根據(jù)下式獲得激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差，所述準(zhǔn)直偏差包括在X方向上的水平傾斜偏差、水平移動偏差以及在Y方向上的垂直傾斜偏差、垂直移動偏差:
上式中，DXl表示激光干涉儀在X方向上的水平傾斜偏差，DX2表示激光干涉儀在X方向上的水平移動偏差，DYl表示激光干涉儀在Y方向上的垂直傾斜偏差，DY2表示激光干涉儀在Y方向上的垂直移動偏差，A表不第一距離，B表不第二距離，DX表不第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的X方向上的距離，DY表示第一光斑圖像上的激光點(diǎn)與第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的Y方向上的距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差消除方法，其特征在于，所述步驟SS6中所述調(diào)整指示位置包括水平擺動指示位置、水平移動指示位置、垂直擺動指示位置以及垂直移動指示位置，所述步驟SS6,包括: s561、按照依次進(jìn)行水平傾斜調(diào)整、水平移動調(diào)整、垂直傾斜調(diào)整、垂直移動調(diào)整的順序，根據(jù)計(jì)算出的水平傾斜偏差、水平移動偏差、垂直傾斜偏差和垂直移動偏差，區(qū)分顯不出水平擺動指示位置、水平移動指示位置、垂直擺動指示位置以及垂直移動指示位置； s562、在X方向上擺動調(diào)節(jié)激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到水平擺動指示位置，然后水平移動激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到水平移動指示位置； s563、在Y方向上擺動調(diào)節(jié)激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到垂直擺動指示位置，然后垂直移動激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到垂直移動指示位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差消除方法，其特征在于，所述步驟SS6中所述調(diào)整指示位置包括水平擺動指示位置、水平移動指示位置、垂直擺動指示位置以及垂直移動指示位置，所述步驟SS6,包括: s561、按照依次進(jìn)行垂直傾斜調(diào)整、垂直移動調(diào)整、水平移動調(diào)整、水平傾斜調(diào)整的順序，根據(jù)計(jì)算出的垂直傾斜偏差、垂直移動偏差、水平移動偏差和水平傾斜偏差，區(qū)分顯不出垂直擺動指示位置、垂直移動指示位置、水平移動指示位置以及水平擺動指示位置； s562、在Y方向上擺動調(diào)節(jié)激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到垂直擺動指示位置，然后垂直移動激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到垂直移動指示位置；s563、在X方向上水平移動激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到水平移動指示位置，然后擺動調(diào)節(jié)激光干涉儀使得實(shí)時顯示的第二光斑圖像上的激光點(diǎn)的位置移動到水平擺動指示位置。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光干涉儀的準(zhǔn)直偏差消除方法，其特征在于，所述步驟SSl中，激光干涉儀的激光光束經(jīng)過窄帶濾光片后再照射到圖像采集模塊上，所述窄帶濾波片的透光波長與激光光束 的波長一致。
【文檔編號】G01B9/02GK104075656SQ201410293481
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】歐陽祥波, 陳新, 夏鴻建, 王素娟 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)