本發(fā)明涉及光電技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

光電系統(tǒng)是測(cè)控儀器的重要組成部分，由實(shí)現(xiàn)光學(xué)變換的光學(xué)系統(tǒng)與實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的光電探測(cè)器組成。被測(cè)對(duì)象發(fā)出的光經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)闀?huì)聚光束、發(fā)散光束、平行光束或者其它形式的結(jié)構(gòu)光束，形成光信息被光電探測(cè)器接收，轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行處理。

隨著光電系統(tǒng)的發(fā)展，多光軸光學(xué)系統(tǒng)中包括多個(gè)不同的測(cè)量設(shè)備，如對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行跟蹤瞄準(zhǔn)的多個(gè)輔助設(shè)備，以及用于根據(jù)輔助設(shè)備得到的瞄準(zhǔn)位置對(duì)被測(cè)對(duì)象的光信息進(jìn)行捕獲的主設(shè)備。然而，主設(shè)備與輔助設(shè)備需要共享一個(gè)跟蹤架，為使多光軸光學(xué)系統(tǒng)的測(cè)量具有一致性，需要對(duì)各個(gè)測(cè)量設(shè)備的光軸進(jìn)行調(diào)節(jié)，務(wù)必保證各個(gè)測(cè)量設(shè)備的光軸平行性保持在一定的精度內(nèi)。

對(duì)傳統(tǒng)方法而言，多光軸光電系統(tǒng)的光軸標(biāo)校主要是使用與被測(cè)對(duì)象尺寸相當(dāng)?shù)拇罂趶狡矫骁R，另一種是利用自然星的方法。將光學(xué)系統(tǒng)與之對(duì)準(zhǔn)，可以形成自準(zhǔn)直光路對(duì)光學(xué)系統(tǒng)中的各個(gè)輔助設(shè)備的光軸位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。然而，大口徑平面鏡不僅制造成本巨大，同時(shí)需要光學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)粗調(diào)至一定的精度，可以通過(guò)大口徑平面鏡形成光路，大大制約了其效率。

因此，如何提高調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)中各個(gè)測(cè)量設(shè)備的光軸平行性的效率是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需要解決的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法，能夠提高調(diào)整光學(xué)系統(tǒng)中各個(gè)測(cè)量設(shè)備的光軸平行性的效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法，包括：

選取待測(cè)輔助設(shè)備，并計(jì)算與所述待測(cè)輔助設(shè)備的理想光軸重合的預(yù)定位置；

將點(diǎn)光源顯微鏡移動(dòng)至所述預(yù)定位置，發(fā)射與所述理想光軸平行的準(zhǔn)直光至位于所述待測(cè)輔助設(shè)備的焦點(diǎn)處的靶面；

判斷所述準(zhǔn)直光在所述靶面上形成的光斑是否與靶面中心重合，若否，則根據(jù)所述光斑與所述靶面中心之間的偏離距離計(jì)算所述待測(cè)輔助設(shè)備的實(shí)際光軸的位置；

根據(jù)所述實(shí)際光軸的位置以及所述理想光軸的位置計(jì)算光軸位置誤差。

優(yōu)選的，在上述方法中，將點(diǎn)光源顯微鏡移動(dòng)至所述預(yù)定位置，具體包括：

利用機(jī)械臂將點(diǎn)光源顯微鏡移動(dòng)至所述預(yù)定位置，所述光源顯微鏡設(shè)置于所述機(jī)械臂的移動(dòng)末端。

優(yōu)選的，在上述方法中，計(jì)算所述待測(cè)輔助設(shè)備的實(shí)際光軸的位置之后，還包括：

在所述機(jī)械臂上設(shè)置激光跟蹤儀靶球，并利用激光跟蹤儀獲取所述待測(cè)輔助設(shè)備的實(shí)際光軸的三維空間信息。

優(yōu)選的，在上述方法中，在所述機(jī)械臂上設(shè)置激光跟蹤儀靶球，具體包括：

在所述機(jī)械臂上設(shè)置三個(gè)所述激光跟蹤儀靶球，所述激光跟蹤儀靶球分別位于直角等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)位置。

本發(fā)明還提供了一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

位置選取模塊，用于選取待測(cè)輔助設(shè)備，并計(jì)算與所述待測(cè)輔助設(shè)備的理想光軸重合的預(yù)定位置；

顯微鏡移動(dòng)裝置，用于將點(diǎn)光源顯微鏡移動(dòng)至所述預(yù)定位置；

光源顯微鏡，用于發(fā)射與所述理想光軸平行的準(zhǔn)直光至位于所述待測(cè)輔助設(shè)備的焦點(diǎn)處的靶面；

判斷模塊，用于判斷所述準(zhǔn)直光在所述靶面上形成的光斑是否與靶面中心重合；

計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述光斑與所述靶面中心之間的偏離距離計(jì)算所述待測(cè)輔助設(shè)備的實(shí)際光軸的位置，根據(jù)所述實(shí)際光軸的位置以及所述理想光軸的位置計(jì)算光軸位置誤差。

優(yōu)選的，在上述系統(tǒng)中，所述顯微鏡移動(dòng)裝置為機(jī)械臂，所述光源顯微鏡設(shè)置于所述機(jī)械臂的移動(dòng)末端。

優(yōu)選的，在上述系統(tǒng)中，還包括：

設(shè)置于所述機(jī)械臂上的三個(gè)激光跟蹤儀靶球，所述激光跟蹤儀靶球分別位于直角等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)位置；

激光跟蹤儀，用于獲取所述待測(cè)輔助設(shè)備的實(shí)際光軸的三維空間信息。

優(yōu)選的，在上述系統(tǒng)中，所述光源顯微鏡發(fā)射的所述準(zhǔn)直光為功率為0.2mW、直徑為6mm的準(zhǔn)直激光或者紅色LED準(zhǔn)直光。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所提供的一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法，包括：選取待測(cè)輔助設(shè)備，并計(jì)算與所述待測(cè)輔助設(shè)備的理想光軸重合的預(yù)定位置；將點(diǎn)光源顯微鏡移動(dòng)至所述預(yù)定位置，發(fā)射與所述理想光軸平行的準(zhǔn)直光至位于所述待測(cè)輔助設(shè)備的焦點(diǎn)處的靶面；判斷所述準(zhǔn)直光在所述靶面上形成的光斑是否與靶面中心重合，若否，則根據(jù)所述光斑與所述靶面中心之間的偏離距離計(jì)算所述待測(cè)輔助設(shè)備的實(shí)際光軸的位置；根據(jù)所述實(shí)際光軸的位置以及所述理想光軸的位置計(jì)算光軸位置誤差。

本發(fā)明提供的多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法，通過(guò)將光源顯微鏡移動(dòng)至待測(cè)輔助設(shè)備的理想光軸重合的預(yù)定位置，發(fā)射與所述理想光軸平行的準(zhǔn)直光，形成的光斑與靶面中心之間的偏離距離得到光軸位置誤差。對(duì)待測(cè)輔助設(shè)備的光軸位置誤差進(jìn)行測(cè)量，以便于基于檢測(cè)結(jié)果對(duì)待測(cè)輔助設(shè)備的光軸位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于多光軸光學(xué)系統(tǒng)中包括了主設(shè)備與多個(gè)輔助設(shè)備，因此，在一個(gè)輔助設(shè)備的光軸調(diào)節(jié)結(jié)束后，接著對(duì)另一個(gè)輔助設(shè)備進(jìn)行裝調(diào)，直至全部子系統(tǒng)的軸線誤差得到檢測(cè)并裝調(diào)完成。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不僅可以節(jié)省成本，而且縮短誤差檢測(cè)時(shí)間，還可以適應(yīng)不同口徑光學(xué)系統(tǒng)的光軸誤差檢測(cè)任務(wù)。

本發(fā)明還提供了一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)，具有同樣的技術(shù)效果。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法示意圖。

在一種具體的實(shí)施方式中，提供一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法，包括：

步驟S1：選取待測(cè)輔助設(shè)備01，并計(jì)算與所述待測(cè)輔助設(shè)備01的理想光軸重合的預(yù)定位置。

其中，在多光軸光學(xué)系統(tǒng)中包括多個(gè)輔助設(shè)備與一個(gè)主設(shè)備，選取其中一個(gè)輔助設(shè)備作為待測(cè)輔助設(shè)備01。預(yù)定位置為需要光源顯微鏡PSM發(fā)射的準(zhǔn)直光束入射的位置，大體分布與待測(cè)輔助設(shè)備01的光軸重合。對(duì)于所到達(dá)的預(yù)定位置，可以通過(guò)空間機(jī)構(gòu)學(xué)的基本原理進(jìn)行計(jì)算，亦可在實(shí)際裝調(diào)的過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

步驟S2：將點(diǎn)光源顯微鏡02移動(dòng)至所述預(yù)定位置，發(fā)射與所述理想光軸平行的準(zhǔn)直光至位于所述待測(cè)輔助設(shè)備01的焦點(diǎn)處的靶面。

其中，PSM具有兩種工作模式，既可以作為小型的平行光管，又可在添加鏡頭之后，發(fā)射出標(biāo)準(zhǔn)的球面波。本實(shí)施例中，PSM作為一種便攜性設(shè)備，通過(guò)各種方式均可以將光源顯微鏡PSM移動(dòng)至預(yù)定位置后，即位于待測(cè)輔助設(shè)備01的理想光軸附近，利用其平行光管模式入射平行光。

本實(shí)施例中，通過(guò)機(jī)械臂04將PSM攜帶，使得PSM可達(dá)到位于機(jī)械臂04工作空間中的任意位置，結(jié)合機(jī)械臂04冗余的自由度，可實(shí)現(xiàn)PSM的出光口可以位于任意方向，出射光可自由指向。需要指出的是，將PSM移動(dòng)至預(yù)定位置的方式包括但不限于利用機(jī)械臂04進(jìn)行移動(dòng)，還可以利用其它裝置進(jìn)行移動(dòng)，均在保護(hù)范圍之內(nèi)。

PSM可以在除了繞光軸旋轉(zhuǎn)的自由度的另外五個(gè)自由度上進(jìn)行測(cè)量，故可以勝任多種測(cè)量要求，具有較大的動(dòng)態(tài)范圍，不需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)先的粗調(diào)。對(duì)于PSM來(lái)說(shuō)，不僅可以產(chǎn)生接近理想的點(diǎn)光源，同時(shí)又可以對(duì)于反射回來(lái)的光線成像。

需要指出的是，為了減少誤差，可在不同位置重復(fù)該步驟。

步驟S3：判斷所述準(zhǔn)直光在所述靶面上形成的光斑是否與靶面中心重合，若否，則根據(jù)所述光斑與所述靶面中心之間的偏離距離計(jì)算所述待測(cè)輔助設(shè)備01的實(shí)際光軸的位置。

其中，若所述準(zhǔn)直光在所述靶面上形成的光斑與靶面中心重合，則該待測(cè)輔助設(shè)備01的實(shí)際光軸位置就是理想光軸位置，若所述準(zhǔn)直光在所述靶面上形成的光斑并不與靶面中心重合，則該待測(cè)輔助設(shè)備01的實(shí)際光軸位置偏離理想光軸位置，即待測(cè)輔助設(shè)備01發(fā)生的偏移。

需要指出的是，優(yōu)選的情況下，可以根據(jù)主設(shè)備的理想光軸為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)其他輔助設(shè)備的實(shí)際光軸的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，均與主設(shè)備的理想光軸平行。

步驟S4：根據(jù)所述實(shí)際光軸的位置以及所述理想光軸的位置計(jì)算光軸位置誤差。

在一個(gè)輔助設(shè)備裝調(diào)結(jié)束后，接著對(duì)另一個(gè)輔助設(shè)備進(jìn)行裝調(diào)，直到全部輔助設(shè)備的軸線誤差得到檢測(cè)并裝調(diào)完成。

本發(fā)明提供的多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)方法，通過(guò)將光源顯微鏡移動(dòng)至待測(cè)輔助設(shè)備01的理想光軸重合的預(yù)定位置，發(fā)射與所述理想光軸平行的準(zhǔn)直光，形成的光斑與靶面中心之間的偏離距離得到光軸位置誤差。對(duì)待測(cè)輔助設(shè)備01的光軸位置誤差進(jìn)行測(cè)量，以便于基于檢測(cè)結(jié)果對(duì)待測(cè)輔助設(shè)備01的光軸位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于多光軸光學(xué)系統(tǒng)中包括了主設(shè)備與多個(gè)輔助設(shè)備，因此，在一個(gè)輔助設(shè)備的光軸調(diào)節(jié)結(jié)束后，接著對(duì)另一個(gè)輔助設(shè)備進(jìn)行裝調(diào)，直至全部子系統(tǒng)的軸線誤差得到檢測(cè)并裝調(diào)完成。相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不僅可以節(jié)省成本，而且縮短誤差檢測(cè)時(shí)間，還可以適應(yīng)不同口徑光學(xué)系統(tǒng)的光軸誤差檢測(cè)任務(wù)。

在上述方法的基礎(chǔ)上，將點(diǎn)光源顯微鏡02移動(dòng)至所述預(yù)定位置，具體包括：

利用機(jī)械臂04將點(diǎn)光源顯微鏡02移動(dòng)至所述預(yù)定位置，所述光源顯微鏡設(shè)置于所述機(jī)械臂04的移動(dòng)末端。

其中，在機(jī)械臂04的頂端位置，留有接口，可將PSM固定，本實(shí)施例中，機(jī)械臂04的臂展為2米，可實(shí)現(xiàn)4米級(jí)及其以下規(guī)模的多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸裝調(diào)，具有可移植性強(qiáng)，精度高的特點(diǎn)。

在上述方法的基礎(chǔ)上，計(jì)算所述待測(cè)輔助設(shè)備01的實(shí)際光軸的位置之后，還包括：

在所述機(jī)械臂04上設(shè)置激光跟蹤儀03靶球，并利用激光跟蹤儀03獲取所述待測(cè)輔助設(shè)備01的實(shí)際光軸的三維空間信息。

激光跟蹤儀03的工作基本原理是在目標(biāo)點(diǎn)上安置一個(gè)反射器，跟蹤頭發(fā)出的激光射到反射器上，又返回到跟蹤頭，當(dāng)目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，跟蹤頭調(diào)整光束方向來(lái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。同時(shí)，返回光束為檢測(cè)系統(tǒng)所接收，用來(lái)測(cè)算目標(biāo)的空間位置。簡(jiǎn)單的說(shuō)，激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的所要解決的問(wèn)題是靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地跟蹤一個(gè)在空間中運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)，同時(shí)確定目標(biāo)點(diǎn)的空間坐標(biāo)。

本實(shí)施例中，激光跟蹤儀03是一種典型的球坐標(biāo)三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x器，其精度是優(yōu)于機(jī)械臂04的定位精度的。如果需要得到各個(gè)輔助設(shè)備的實(shí)際軸線更加精確的位置信息，可在定位實(shí)際軸線的同時(shí)，利用激光跟蹤儀03對(duì)位置信息進(jìn)行更高精度的測(cè)量。在機(jī)械臂04之上安裝激光跟蹤儀03靶球，并提前做好標(biāo)校工作，利用高靶球與激光跟蹤儀03就可以獲得突破機(jī)械臂04精度的子系統(tǒng)光軸位置信息。

進(jìn)一步的，在所述機(jī)械臂04上設(shè)置激光跟蹤儀03靶球，具體包括：

在所述機(jī)械臂04上設(shè)置三個(gè)所述激光跟蹤儀03靶球，所述激光跟蹤儀03靶球分別位于直角等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)位置。

其中，利用三個(gè)位于直角等邊三角形，可在空間中確定PSM的姿態(tài)與位置，具體的利用激光跟蹤儀03測(cè)量空間位置請(qǐng)參考現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。

在另一種具體的實(shí)施方式中，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)示意圖。

本發(fā)明還提供了一種多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)，包括：

位置選取模塊，用于選取待測(cè)輔助設(shè)備01，并計(jì)算與所述待測(cè)輔助設(shè)備01的理想光軸重合的預(yù)定位置；

顯微鏡移動(dòng)裝置，用于將點(diǎn)光源顯微鏡02移動(dòng)至所述預(yù)定位置；

光源顯微鏡，用于發(fā)射與所述理想光軸平行的準(zhǔn)直光至位于所述待測(cè)輔助設(shè)備01的焦點(diǎn)處的靶面；

判斷模塊，用于判斷所述準(zhǔn)直光在所述靶面上形成的光斑是否與靶面中心重合；

計(jì)算模塊，用于根據(jù)所述光斑與所述靶面中心之間的偏離距離計(jì)算所述待測(cè)輔助設(shè)備01的實(shí)際光軸的位置，根據(jù)所述實(shí)際光軸的位置以及所述理想光軸的位置計(jì)算光軸位置誤差。

進(jìn)一步的，多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)中，所述顯微鏡移動(dòng)裝置為機(jī)械臂04，所述光源顯微鏡設(shè)置于所述機(jī)械臂04的移動(dòng)末端。

進(jìn)一步的，多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)還包括：

設(shè)置于所述機(jī)械臂04上的三個(gè)激光跟蹤儀03靶球，所述激光跟蹤儀03靶球分別位于直角等邊三角形的三個(gè)頂點(diǎn)位置；

激光跟蹤儀03，用于獲取所述待測(cè)輔助設(shè)備01的實(shí)際光軸的三維空間信息。

進(jìn)一步的，所述光源顯微鏡發(fā)射的所述準(zhǔn)直光為功率為0.2mW、直徑為6mm的準(zhǔn)直激光或者紅色LED準(zhǔn)直光。

需要指出的是，光源顯微鏡發(fā)射的所述準(zhǔn)直光包括但不限于上述準(zhǔn)直激光或者紅色LED準(zhǔn)直光，還可以為其它顏色的LED準(zhǔn)直光或者其它功率以及半徑參數(shù)的準(zhǔn)直光，根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，均在保護(hù)范圍內(nèi)。

本發(fā)明提供多光軸光學(xué)系統(tǒng)的光軸位置誤差檢測(cè)系統(tǒng)，利用PSM結(jié)合坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備如激光跟蹤儀03，不僅可以在大尺度上確定所測(cè)量點(diǎn)的位置，也可以在局部獲得較高的位置與角度精度，準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)際光軸的位置，對(duì)輔助設(shè)備的光軸進(jìn)行準(zhǔn)確的調(diào)整。

本說(shuō)明書中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。