一種高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域與光學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法；該裝置由光源、準(zhǔn)直鏡、反射鏡、以及反饋成像系統(tǒng)組成；該方法通過調(diào)整反射鏡，使反射光束回到反饋成像系統(tǒng)像面中心，再利用反射鏡上的角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置來(lái)得到被測(cè)物表面的角度變化；由于本發(fā)明在傳統(tǒng)自準(zhǔn)直角度測(cè)量系統(tǒng)上增加了反射鏡，因此能夠避免被測(cè)物反射光偏離測(cè)量系統(tǒng)而導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量的問題，進(jìn)而具有在相同工作距離下增加自準(zhǔn)直工作范圍，或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下增加工作距離的技術(shù)優(yōu)勢(shì)；此外，準(zhǔn)直鏡、反饋成像系統(tǒng)、反射鏡等的具體設(shè)計(jì)，使本發(fā)明還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作成本低；同時(shí)還能監(jiān)測(cè)測(cè)量環(huán)境穩(wěn)定性；以及快速測(cè)量的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】
一種高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域與光學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種高精度激光大工作 距自準(zhǔn)直裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在精密測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域、光學(xué)工程領(lǐng)域、尖端科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域和高端精密裝備制造領(lǐng) 域中，迫切需求在大工作距下進(jìn)行大工作范圍、高精度激光自準(zhǔn)直技術(shù)。它支撐著上述領(lǐng)域 技術(shù)與儀器裝備的發(fā)展。
[0003] 在精密測(cè)量技術(shù)與儀器領(lǐng)域，激光自準(zhǔn)直儀與圓光柵組合，可以進(jìn)行任意線角度 測(cè)量;激光自準(zhǔn)直技術(shù)與多面棱體組合，可以進(jìn)行面角度測(cè)量和圓分度測(cè)量;最大工作距離 從幾米至上百米;分辨力從0.1角秒至0.001角秒。
[0004] 在光學(xué)工程領(lǐng)域和尖端科學(xué)實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，激光自準(zhǔn)直儀與兩維互為垂直的兩個(gè)圓光 柵組合，可以進(jìn)行空間角度的測(cè)量；由兩路激光自準(zhǔn)直儀組成位置基準(zhǔn)，可以進(jìn)行兩兩光軸 夾角或平行性的測(cè)量。角度工作范圍幾十角秒至幾十角分。
[0005] 在尖端科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置和高端精密裝備制造領(lǐng)域，采用激光自準(zhǔn)直儀可以測(cè)量尖端 科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置和高端精密裝備回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)的角回轉(zhuǎn)精度，測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)的空間直線 精度和兩兩運(yùn)動(dòng)基準(zhǔn)的平行度和垂直度。
[0006] 激光自準(zhǔn)直技術(shù)具有非接觸、測(cè)量精度高、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在上述領(lǐng)域中具有廣 泛應(yīng)用。
[0007] 傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀如圖1所示，該系統(tǒng)包括光源1、透射式準(zhǔn)直鏡21、以及反饋成像系統(tǒng) 6;光源1出射的光束，經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡21準(zhǔn)直成平行光束后，入射到被測(cè)物5的反射面;從 被測(cè)物5反射面反射的光束，由反饋成像系統(tǒng)6采集成像。這種結(jié)構(gòu)下，只有從被測(cè)物5表面 反射的光束近原路返回，才能被反饋成像系統(tǒng)6采集成像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)有效測(cè)量。這個(gè)近原路 返回的條件限制，使得該系統(tǒng)存在以下兩方面缺點(diǎn)：
[0008] 第一、被測(cè)對(duì)象5反射鏡面法線與激光自準(zhǔn)直儀光軸夾角的范圍不能太大，否則會(huì) 造成反射光束偏離激光自準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直和微角度測(cè) 量；
[0009] 第二、被測(cè)對(duì)象5反射鏡面距離測(cè)量激光自準(zhǔn)直儀入瞳不能太遠(yuǎn)，否則只要反射光 軸與自準(zhǔn)直儀光軸偏離微小角度就會(huì)造成反射光束偏離激光自準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，進(jìn) 而導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)自準(zhǔn)直和微角度測(cè)量。
[0010] 以上兩個(gè)問題，使傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀器只能限定在小角度、小工作距離下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對(duì)傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀所存在的兩個(gè)問題，本發(fā)明公開了一種高精度激光大工作距自 準(zhǔn)直裝置與方法，同傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀相比，具有在相同工作距離下顯著增加自準(zhǔn)直工作范圍， 或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下顯著增加工作距離的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
[0012] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0013] 一種高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，包括光源、透射式準(zhǔn)直鏡、反射鏡、以及反 饋成像系統(tǒng)，所述反射鏡上設(shè)置有角度調(diào)整測(cè)量裝置;光源出射的光束，經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡 準(zhǔn)直成平行光束后，再由反射鏡反射，入射到被測(cè)物的表面;從被測(cè)物表面反射的光束，再 經(jīng)過反射鏡反射后，由反饋成像系統(tǒng)采集成像；
[0014] 所述反饋成像系統(tǒng)為以下兩種形式中的一種：
[0015] 第一、設(shè)置在光源與透射式準(zhǔn)直鏡之間，包括第一反饋分光鏡和設(shè)置在透射式準(zhǔn) 直鏡焦點(diǎn)處的圖像傳感器;從被測(cè)物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射后，先后經(jīng)過透射 式準(zhǔn)直鏡投射、第一反饋分光鏡反射、由圖像傳感器采集成像;在被測(cè)物表面與光軸垂直的 條件下，圖像傳感器所成點(diǎn)像在像面中心位置；
[0016] 第二、設(shè)置在透射式準(zhǔn)直鏡與反射鏡之間，包括第一反饋分光鏡、第一反饋物鏡和 設(shè)置在透射式準(zhǔn)直鏡焦點(diǎn)處的圖像傳感器;從被測(cè)物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射 后，先后經(jīng)過第一反饋分光鏡反射、第一反饋物鏡透射、由圖像傳感器采集成像;在被測(cè)物 表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器所成點(diǎn)像在像面中心位置；
[0017] 所述角度調(diào)整測(cè)量裝置包括設(shè)置在反射鏡上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝 置、以及萬(wàn)向軸，角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器;角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置包括第一 金屬片、第二金屬片、對(duì)應(yīng)第一金屬片位置的第一電容傳感器、以及對(duì)應(yīng)第二金屬片位置的 第二電容傳感器;第一驅(qū)動(dòng)器、第一金屬片、以及萬(wàn)向軸在一條直線上，第二驅(qū)動(dòng)器、第二金 屬片、以及萬(wàn)向軸在一條直線上，并且第一驅(qū)動(dòng)器與萬(wàn)向軸的連線垂直第二驅(qū)動(dòng)器與萬(wàn)向 軸的連線;角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置還包括共光路自準(zhǔn)直儀。
[0018] 一種在上述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精度激光大工作距自準(zhǔn) 直方法，包括以下步驟：
[0019] 步驟a、點(diǎn)亮光源，圖像傳感器成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置△ X和Δ y;
[0020] 步驟b、利用第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點(diǎn)像回 到像面中心位置；
[0021] 步驟c、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度變 化Δ Θ 2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物表面的角度變化Δα和Δβ;其中，A01 = fl(ACl，AC2)， 厶9.1=;2(八〔'1，八〔'2),厶〇1=^3:(八01，.八.0.2,4^)1，入(()2)和么擇=.￡4.(么01，么02，么91，么^)2);；|^1、1^2、1^3、1^4表 示4個(gè)函數(shù)。
[0022]上述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，還包括波前探測(cè)系統(tǒng)和波前補(bǔ)償系統(tǒng)；
[0023] 所述波前探測(cè)系統(tǒng)包括波前探測(cè)分光鏡、以及空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器和反射鏡形變 波前探測(cè)器中的至少一個(gè);所述波前探測(cè)分光鏡設(shè)置在反射鏡與被測(cè)物之間，空氣擾動(dòng)波 前探測(cè)器設(shè)置在波前探測(cè)分光鏡的反射光路上，反射鏡形變波前探測(cè)器設(shè)置在反射鏡的二 次反射光路上；
[0024] 所述波前補(bǔ)償系統(tǒng)包括補(bǔ)償光源、補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡、以及透射式液晶空間光調(diào)制器;補(bǔ) 償光源出射的光束，經(jīng)過補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間光調(diào)制器調(diào) 制，入射到波前探測(cè)分光鏡上。
[0025] 一種在上述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精度激光大工作距自準(zhǔn) 直方法，要求波前探測(cè)系統(tǒng)僅包括波前探測(cè)分光鏡和空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器；
[0026] 包括以下步驟：
[0027]步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0028]步驟b、點(diǎn)亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)；
[0029]步驟c、Gl=GA_GB，得到空氣擾動(dòng)造成的波前變化；
[0030]步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源，補(bǔ)償空氣 擾動(dòng)；
[0031 ]步驟e、圖像傳感器成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置Δ X和Δ y;
[0032] 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點(diǎn)像回 到像面中心位置；
[0033] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度變 化Δ Θ 2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物表面的角度變化Δα和Δβ;其中，A01 = fl(ACl，AC2)， Δφ1===Ι2(ΔΓ?,Δ(：2), Δα=β(ΔΘ 1，ΔΘ2，Δφ 1，Δφ2)和Δβ=Γ4(ΔΘ 1 "Δθ2，Δφ 1 .Δφ2); f 1、f2、f3、f4表 示4個(gè)函數(shù)。
[0034] 一種在上述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精度激光大工作距自準(zhǔn) 直方法，要求波前探測(cè)系統(tǒng)僅包括波前探測(cè)分光鏡和反射鏡形變波前探測(cè)器；
[0035] 包括以下步驟：
[0036] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0037] 步驟b、點(diǎn)亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 反射鏡形變波前探測(cè)器分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)；
[0038]步驟c、G2=GC_GD，得到空氣擾動(dòng)和反射鏡形變共同造成的波前變化；
[0039] 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源，補(bǔ)償空氣 擾動(dòng)和反射鏡形變；
[0040] 步驟e、圖像傳感器成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置Δ X和Δ y;
[0041] 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點(diǎn)像回 到像面中心位置；
[0042] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度變 化Δ Θ 2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物表面的角度變化Δα和Δβ;其中，A01 = fl(ACl，AC2)， Δφ1=?2(ΔΓ1 AC 2) Δα=Γ3(ΔΘ 1 ,ΔΘ2，Δφ 1 ,Δφ2)和 Δβ=Γ4(ΔΘ 1，ΔΘ2,Δφ 1 ,A(p2);f 1、f2、f3、f4 表 示4個(gè)函數(shù)。
[0043] 一種在上述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精度激光大工作距自準(zhǔn) 直方法，要求波前探測(cè)系統(tǒng)同時(shí)包括波前探測(cè)分光鏡、空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器和反射鏡形變 波前探測(cè)器；
[0044] 包括以下步驟：
[0045]步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0046]步驟b、點(diǎn)亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測(cè)器分別得到GC和GD兩 組數(shù)據(jù)；
[0047] 步驟c、G1 =GA-GB，得到空氣擾動(dòng)造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動(dòng)和反 射鏡形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變?cè)斐傻牟ㄇ白兓?br>[0048] 步驟 d、
[0049] 按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源，補(bǔ)償空氣擾動(dòng)；
[0050] 或
[0051] 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源，補(bǔ)償空氣擾動(dòng)和 反射鏡形變；
[0052] 或
[0053]按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源，補(bǔ)償反射鏡形變；
[0054] 步驟e、圖像傳感器成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置Δ X和Δ y;
[0055] 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器和第二驅(qū)動(dòng)器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點(diǎn)像回 到像面中心位置；
[0056] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度變 化Δ Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物表面的角度變化△ α和Δ β;其中，Δ 01 = f 1( △ C1，Δ C2)， Δφ 1 =β(Δ(?1，AC2), Δ'α=β(ΔΘi，ΔΘ2，Δφi，Δ(ρ2)和 Δβ=Γ4(ΔΘ 1 ,Δ,θ?,Αφ.Ι，Δφ2).;；|^1、1^2、1^3、1^4表 示4個(gè)函數(shù)。
[0057] 有益效果：
[0058] 同傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀相比，本發(fā)明增加了反射鏡以及設(shè)置在反射鏡上的角度調(diào)整測(cè)量 裝置，這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠在被測(cè)物入射光和反射光之間具有較大偏角或存在較大橫向位 移的情況下，通過角度調(diào)整測(cè)量裝置調(diào)整反射鏡姿態(tài)，確保反射光原路返回并被反饋成像 系統(tǒng)接收，進(jìn)而有效避免被測(cè)物反射光偏離測(cè)量系統(tǒng)而導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量的問題，進(jìn)而使得本 發(fā)明具有在相同工作距離下顯著增加自準(zhǔn)直工作范圍，或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下顯著增 加工作距離的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
[0059]除此之外，本發(fā)明還具有以下幾技術(shù)優(yōu)勢(shì)：
[0060] 第一、選擇透射式準(zhǔn)直鏡，使本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本低，使用方便；
[0061] 第二、選擇圖像傳感器作為反饋成像系統(tǒng)中的成像器件，利用圖像傳感器面積大 的特點(diǎn)，確保在被測(cè)物反射光與入射光偏角較大的情況下，反射光仍能夠進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的 入瞳，不會(huì)超出接收范圍，再與反射鏡相配合，實(shí)現(xiàn)反射光快速實(shí)時(shí)回位補(bǔ)償，使得本發(fā)明 自準(zhǔn)直工作范圍或工作距離得到極大延展；
[0062] 第三、選擇電容傳感器和共光路自準(zhǔn)直儀共同作為角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置，使得本發(fā) 明不僅能夠利用電容傳感器的超高位移靈敏度特性和在微小角度范圍內(nèi)線位移易于轉(zhuǎn)換 為角位移的優(yōu)良特性，使得本發(fā)明能夠在低采樣頻率(20Hz及以下)條件下具有非常高的測(cè) 量精度，角度最高測(cè)量分辨力可從傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀的〇. 〇〇5角秒提高到0.0005角秒，提高一個(gè) 數(shù)量級(jí)；而且能夠利用共光路自準(zhǔn)直儀測(cè)量精度受空氣環(huán)境變化影響小的優(yōu)良特性，使得 本發(fā)明能夠在空氣環(huán)境不穩(wěn)定的測(cè)量環(huán)境下，確保測(cè)量有效進(jìn)行;二者相結(jié)合，還能起到監(jiān) 測(cè)測(cè)量環(huán)境穩(wěn)定性的作用；
[0063] 第四、本發(fā)明還采用了以下技術(shù):第一驅(qū)動(dòng)器、第一金屬片、以及萬(wàn)向軸在一條直 線上，第二驅(qū)動(dòng)器、第二金屬片、以及萬(wàn)向軸在一條直線上，并且第一驅(qū)動(dòng)器與萬(wàn)向軸的連 線垂直第二驅(qū)動(dòng)器與萬(wàn)向軸的連線;這種兩條連線相互垂直的二維設(shè)置，使得不同連線方 向的數(shù)據(jù)互不干涉，無(wú)需解耦運(yùn)算，這樣能夠方便標(biāo)定，簡(jiǎn)化計(jì)算過程，提高測(cè)量速度。
【附圖說明】
[0064] 圖1是傳統(tǒng)自準(zhǔn)直角度測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065] 圖2是本發(fā)明高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實(shí)施例一的第一種結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0066]圖3是角度調(diào)整測(cè)量裝置中角度調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]圖4是角度調(diào)整測(cè)量裝置中角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置第一種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0068]圖5是角度調(diào)整測(cè)量裝置中角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置第二種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0069] 圖6是本發(fā)明高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實(shí)施例一的第二種結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0070] 圖7是本發(fā)明高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0071]圖8是本發(fā)明高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實(shí)施例三的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0072]圖9是本發(fā)明高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0073]圖中：1光源、21透射式準(zhǔn)直鏡、3反射鏡、4角度調(diào)整測(cè)量裝置、411第一驅(qū)動(dòng)器、412 第二驅(qū)動(dòng)器、421第一金屬片、422第二金屬片、423第一電容傳感器、424第二電容傳感器、 429傳統(tǒng)自準(zhǔn)直系統(tǒng)、43萬(wàn)向軸、5被測(cè)物、6反饋成像系統(tǒng)、61第一反饋分光鏡、63第一反饋 物鏡、65圖像傳感器、7波前探測(cè)系統(tǒng)、71波前探測(cè)分光鏡、72空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器、73反射 鏡形變波前探測(cè)器、8波前補(bǔ)償系統(tǒng)、81補(bǔ)償光源、82補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡、83透射式液晶空間光調(diào)制 器。 具體實(shí)施例
[0074]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明具體實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0075] 具體實(shí)施例一
[0076]本實(shí)施例是高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實(shí)施例。
[0077] 本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該自準(zhǔn)直裝 置包括光源1、透射式準(zhǔn)直鏡21、反射鏡3、以及反饋成像系統(tǒng)6,所述反射鏡3上設(shè)置有角度 調(diào)整測(cè)量裝置4;光源1出射的光束，經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡21準(zhǔn)直成平行光束后，再由反射鏡3 反射，入射到被測(cè)物5的表面;從被測(cè)物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射后，由反饋成 像系統(tǒng)6采集成像；
[0078] 所述反饋成像系統(tǒng)6設(shè)置在光源1與透射式準(zhǔn)直鏡21之間，包括第一反饋分光鏡61 和設(shè)置在透射式準(zhǔn)直鏡21焦點(diǎn)處的圖像傳感器65;從被測(cè)物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射 鏡3反射后，先后經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡21投射、第一反饋分光鏡61反射、由圖像傳感器65采集 成像;在被測(cè)物5表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器65所成點(diǎn)像在像面中心位置；
[0079]所述角度調(diào)整測(cè)量裝置4包括設(shè)置在反射鏡3上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝 置、以及萬(wàn)向軸43,角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動(dòng)器411和第二驅(qū)動(dòng)器412;角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置 包括第一金屬片421、第二金屬片422、對(duì)應(yīng)第一金屬片421位置的第一電容傳感器423、以及 對(duì)應(yīng)第二金屬片422位置的第二電容傳感器424;第一驅(qū)動(dòng)器411、第一金屬片421、以及萬(wàn)向 軸43在一條直線上，第二驅(qū)動(dòng)器412、第二金屬片422、以及萬(wàn)向軸43在一條直線上，并且第 一驅(qū)動(dòng)器411與萬(wàn)向軸43的連線垂直第二驅(qū)動(dòng)器412與萬(wàn)向軸43的連線，如圖3所示；角度偏 轉(zhuǎn)測(cè)量裝置還包括共光路自準(zhǔn)直儀429，所述共光路自準(zhǔn)直儀429可以安裝在反射鏡3的任 意一面，如圖4和圖5所不。
[0080] 需要說明的是，在本實(shí)施例中，反饋成像系統(tǒng)6還可以選擇如下結(jié)構(gòu)：設(shè)置在透射 式準(zhǔn)直鏡21與反射鏡3之間，包括第一反饋分光鏡61、第一反饋物鏡63和設(shè)置在透射式準(zhǔn)直 鏡21焦點(diǎn)處的圖像傳感器65;從被測(cè)物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射后，先后經(jīng)過 第一反饋分光鏡61反射、第一反饋物鏡63透射、由圖像傳感器65米集成像;在被測(cè)物5表面 與光軸垂直的條件下，圖像傳感器65所成點(diǎn)像在像面中心位置;如圖6所示。
[0081] 具體實(shí)施例二
[0082]本實(shí)施例是高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實(shí)施例。
[0083] 本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。在具體實(shí)施 例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置有波前探測(cè)系統(tǒng)7和波 前補(bǔ)償系統(tǒng)8;
[0084] 所述波前探測(cè)系統(tǒng)7包括波前探測(cè)分光鏡71和空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72;所述波前 探測(cè)分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測(cè)物5之間，空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72設(shè)置在波前探測(cè)分光 鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測(cè)器73設(shè)置在反射鏡3的二次反射光路上；
[0085]所述波前補(bǔ)償系統(tǒng)8包括補(bǔ)償光源81、補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補(bǔ)償光源81出射的光束，經(jīng)過補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測(cè)分光鏡71上。
[0086] 具體實(shí)施例三
[0087]本實(shí)施例是高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實(shí)施例。
[0088] 本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。在具體實(shí)施 例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置有波前探測(cè)系統(tǒng)7和波 前補(bǔ)償系統(tǒng)8;
[0089] 所述波前探測(cè)系統(tǒng)7包括波前探測(cè)分光鏡71和反射鏡形變波前探測(cè)器73;所述波 前探測(cè)分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測(cè)物5之間，空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72設(shè)置在波前探測(cè)分 光鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測(cè)器73設(shè)置在反射鏡3的二次反射光路上；
[0090] 所述波前補(bǔ)償系統(tǒng)8包括補(bǔ)償光源81、補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補(bǔ)償光源81出射的光束，經(jīng)過補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測(cè)分光鏡71上。
[0091] 具體實(shí)施例四
[0092]本實(shí)施例是高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實(shí)施例。
[0093]本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。在具體實(shí)施 例一的基礎(chǔ)上，本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置有波前探測(cè)系統(tǒng)7和波 前補(bǔ)償系統(tǒng)8;
[0094]所述波前探測(cè)系統(tǒng)7包括波前探測(cè)分光鏡71、空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72和反射鏡形 變波前探測(cè)器73;所述波前探測(cè)分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測(cè)物5之間，空氣擾動(dòng)波前探 測(cè)器72設(shè)置在波前探測(cè)分光鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測(cè)器73設(shè)置在反射鏡3 的二次反射光路上；
[0095]所述波前補(bǔ)償系統(tǒng)8包括補(bǔ)償光源81、補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補(bǔ)償光源81出射的光束，經(jīng)過補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測(cè)分光鏡71上。
[0096]對(duì)于以上自準(zhǔn)直裝置實(shí)施例，還有以下三點(diǎn)需要說明：
[0097] 第一、所述角度調(diào)整裝置中的第一驅(qū)動(dòng)器411和第二驅(qū)動(dòng)器412,既可以選擇驅(qū)動(dòng) 速度較快的步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，又可以選擇驅(qū)動(dòng)精度較高的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器，還 可以將步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器混合使用;本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù) 實(shí)際需要進(jìn)行合理選擇。
[0098] 第二、所述透射式準(zhǔn)直鏡21可以選擇二元光學(xué)透鏡，通普通光學(xué)透鏡相比，二元光 學(xué)透鏡更薄，有利于系統(tǒng)小型化，同時(shí)二元光學(xué)透鏡準(zhǔn)直性更好，有利于提高系統(tǒng)測(cè)量精 度。
[0099]第三、在以上所有自準(zhǔn)直裝置實(shí)施例中，角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置都只包括兩對(duì)金屬片 和電容傳感器的組合，這種設(shè)計(jì)是默認(rèn)反射鏡3在工作過程中不產(chǎn)生平移而做出的；如果考 慮到反射鏡3在工作中產(chǎn)生平移而影響測(cè)量精度，可以在萬(wàn)向軸43位置處放置第三對(duì)金屬 片和電容傳感器的組合，以抵消三個(gè)電容傳感器產(chǎn)生的相同平移，確保測(cè)量精度。
[0100] 具體實(shí)施例五
[0101] 本實(shí)施例是在具體實(shí)施例一所述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實(shí)施例。
[0102] 本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0103] 步驟a、點(diǎn)亮光源1，圖像傳感器65成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置ΔΧ和Ay;
[0104] 步驟b、利用第一驅(qū)動(dòng)器411和第二驅(qū)動(dòng)器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點(diǎn)像回到像面中心位置；
[0105] 步驟c、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ Θ1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Δ Θ 2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物5表面的角度變化△ α和Δ β;其中，Δ θ i = fl (ACl，AC2)，A$l:=.f2(ACl，AC2)，： Δα=￡3.(ΔΘ1.，Δθ：2，Δφ1.，Δφ2)4Ρ?Δβ=?·4(Δ#1，Δ:θ2，Δφ1，Δφ2)..; Π、f 2、f 3、f 4表示4個(gè)函數(shù)。
[0106] 本發(fā)明的主創(chuàng)新點(diǎn)在于增加了反射鏡3以及設(shè)置在反射鏡3上的角度調(diào)整測(cè)量裝 置4,這種結(jié)構(gòu)能夠在被測(cè)物5入射光和反射光之間具有較大偏角或存在較大橫向位移的情 況下，通過角度調(diào)整測(cè)量裝置調(diào)4整反射鏡姿態(tài)，使反射光原路返回并被反饋成像系統(tǒng)6接 收，有效避免被測(cè)物反射光偏離測(cè)量系統(tǒng)而導(dǎo)致無(wú)法測(cè)量的問題。
[0107] 然而，反射鏡3的引入，其面型誤差會(huì)傳遞到最終結(jié)果中，降低系統(tǒng)的測(cè)量精度；同 時(shí)，工作距離的增加又使得反射鏡3與被測(cè)物5之間的空氣擾動(dòng)不可忽略，也會(huì)降低系統(tǒng)的 測(cè)量精度?？梢?，要想實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量，就必須考慮到反射鏡3面型誤差以及反射鏡3與被測(cè) 物5之間空氣擾動(dòng)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，為此，設(shè)計(jì)了具體實(shí)施例六、具體實(shí)施例七、以及具體 實(shí)施例八。
[0108] 具體實(shí)施例六
[0109] 本實(shí)施例是在具體實(shí)施例二所述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實(shí)施例。
[0110] 本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0111] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0112] 步驟b、點(diǎn)亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)；
[0113]步驟c、G1 =GA_GB，得到空氣擾動(dòng)造成的波前變化；
[0114] 步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源81，補(bǔ)償 空氣擾動(dòng)；
[0115] 步驟e、圖像傳感器65成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置ΔΧ和Ay;
[0116] 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器411和第二驅(qū)動(dòng)器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點(diǎn)像回到像面中心位置；
[0117] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ Θ1和ΔφΙ同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Δ Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物5表面的角度變化Δ α和Δ β;其中，Δ θ 1 = Π (Δ C1，Δ C2)，Δφ?- Π2(Δ(：?，Δ(：、2)，Δα=:β(ΔΘ1，ΔΘ2，Δφ1，Δφ2)^ρΔβ=Γ4(ΔΘ1，ΔΘ2，Δφ1，Δφ2); Π、f 2、f 3、f 4表示4個(gè)函數(shù)。
[0118] 在具體實(shí)施例二的裝置上實(shí)施本實(shí)施例的方法，能夠利用空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72 將空氣擾動(dòng)進(jìn)行分離，進(jìn)而利用波前補(bǔ)償系統(tǒng)8對(duì)空氣擾動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)空氣擾動(dòng) 影響的高精度測(cè)量。
[0119] 具體實(shí)施例七
[0120]本實(shí)施例是在具體實(shí)施例三所述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實(shí)施例。
[0121] 本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0122] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0123] 步驟b、點(diǎn)亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，反射鏡形變波前探測(cè)器73分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)；
[0124] 步驟c、G2=GC_GD，得到空氣擾動(dòng)和反射鏡形變共同造成的波前變化；
[0125] 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源81，補(bǔ)償 空氣擾動(dòng)和反射鏡形變；
[0126] 步驟e、圖像傳感器65成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置△ X和Δ y;
[0127] 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器411和第二驅(qū)動(dòng)器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點(diǎn)像回到像面中心位置；
[0128] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ Θ1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Δ Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物5表面的角度變化△ α和Δ β;其中，Δ θ 1 = f 1 (Δ Cl，Δ C2)，Δ(ρ1=Ρ2(Δ<Ι?，ΔΓ2)，Δ?=β(ΔΘΙ,ΔΘ2，ΔφΙ,Δφ2)^ρΔβ=Γ4(ΔΘ1,ΔΘ2，Δφ1,Δφ2); Π、f 2、f 3、f 4表示4個(gè)函數(shù)。
[0129] 在具體實(shí)施例三的裝置上實(shí)施本實(shí)施例的方法，能夠利用反射鏡形變波前探測(cè)器 73將空氣擾動(dòng)與反射鏡形變進(jìn)行整體分離，進(jìn)而利用波前補(bǔ)償系統(tǒng)8對(duì)空氣擾動(dòng)與反射鏡 形變進(jìn)行整體補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)空氣擾動(dòng)和反射鏡形變影響的高精度測(cè)量。
[0130] 具體實(shí)施例八
[0131]本實(shí)施例是在具體實(shí)施例四所述高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實(shí)施例。
[0132] 本實(shí)施例的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0133] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0134] 步驟b、點(diǎn)亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測(cè)器73分別得到GC 和⑶兩組數(shù)據(jù)；
[0135] 步驟c、Gl=GA-GB，得到空氣擾動(dòng)造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動(dòng)和反 射鏡形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變?cè)斐傻牟ㄇ白兓?br>[0136] 步驟 d、
[0137] 按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源81，補(bǔ)償空氣擾 動(dòng)；
[0138] 或
[0139] 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源81，補(bǔ)償空氣擾 動(dòng)和反射鏡形變；
[0140] 或
[0141]按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源81，補(bǔ)償反射鏡形 變；
[0142] 步驟e、圖像傳感器65成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置ΔΧ和Ay;
[0143] 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器411和第二驅(qū)動(dòng)器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點(diǎn)像回到像面中心位置；
[0144] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Δ Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物5表面的角度變化Δ α和Δ β;其中，Δ θ 1 = Π (Δ C1，Δ C2)，A(pl=i2(ACl，AC2:)，Δ.α=￡3:(ΔΘ1,ΔΘ2,Δφ1,Δφ'2)和Δβ=Γ4(Δ.Θ1,ΔΘ2,Δφ1,Δφ2) :;. Π、f 2、f 3、f 4表示4個(gè)函數(shù)。
[0145] 在具體實(shí)施例四的裝置上實(shí)施本實(shí)施例的方法，能夠利用空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器72 和反射鏡形變波前探測(cè)器73將空氣擾動(dòng)和反射鏡形變進(jìn)行單獨(dú)分離，進(jìn)而選擇性地對(duì)空氣 擾動(dòng)進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償、對(duì)反射鏡形變進(jìn)行單獨(dú)補(bǔ)償、或?qū)諝鈹_動(dòng)與反射鏡形變進(jìn)行整體補(bǔ) 償，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)空氣擾動(dòng)、或無(wú)反射鏡形變、或無(wú)空氣擾動(dòng)和反射鏡形變影響的高精度測(cè) 量。
[0146] 本實(shí)施例還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，那就是將空氣擾動(dòng)和反射鏡形變單獨(dú)分離后，能對(duì)每一 部分對(duì)結(jié)果的影響大小進(jìn)行單獨(dú)評(píng)估，不僅能夠找出空氣擾動(dòng)和反射鏡形變中，誰(shuí)是影響 測(cè)量精度的主要矛盾，而且能夠?qū)Ψ瓷溏R變形進(jìn)行單獨(dú)評(píng)估，同時(shí)對(duì)反射鏡加工質(zhì)量進(jìn)行 有效評(píng)價(jià)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，其特征在于，包括光源（I)、透射式準(zhǔn)直鏡 (21)、反射鏡(3)、以及反饋成像系統(tǒng)(6)，所述反射鏡(3)上設(shè)置有角度調(diào)整測(cè)量裝置(4); 光源（1)出射的光束，經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡(21)準(zhǔn)直成平行光束后，再由反射鏡(3)反射，入射 到被測(cè)物(5)的表面;從被測(cè)物(5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡(3)反射后，由反饋成像 系統(tǒng)(6)采集成像； 所述反饋成像系統(tǒng)(6)為以下兩種形式中的一種： 第一、設(shè)置在光源（1)與透射式準(zhǔn)直鏡(21)之間，包括第一反饋分光鏡(61)和設(shè)置在透 射式準(zhǔn)直鏡（21)焦點(diǎn)處的圖像傳感器(65);從被測(cè)物（5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡 (3)反射后，先后經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡（21)投射、第一反饋分光鏡（61)反射、由圖像傳感器 (65)采集成像;在被測(cè)物(5)表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器(65)所成點(diǎn)像在像面中 心位置； 第二、設(shè)置在透射式準(zhǔn)直鏡（21)與反射鏡(3)之間，包括第一反饋分光鏡(61)、第一反 饋物鏡(63)和設(shè)置在透射式準(zhǔn)直鏡(21)焦點(diǎn)處的圖像傳感器(65);從被測(cè)物(5)表面反射 的光束，再經(jīng)過反射鏡(3)反射后，先后經(jīng)過第一反饋分光鏡(61)反射、第一反饋物鏡(63) 透射、由圖像傳感器(65)采集成像;在被測(cè)物（5)表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器 (65)所成點(diǎn)像在像面中心位置； 所述角度調(diào)整測(cè)量裝置(4)包括設(shè)置在反射鏡(3)上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝 置、以及萬(wàn)向軸(43)，角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動(dòng)器(411)和第二驅(qū)動(dòng)器(412);角度偏轉(zhuǎn)測(cè) 量裝置包括第一金屬片(421)、第二金屬片(422)、對(duì)應(yīng)第一金屬片(421)位置的第一電容傳 感器(423)、以及對(duì)應(yīng)第二金屬片(422)位置的第二電容傳感器(424);第一驅(qū)動(dòng)器(411)、第 一金屬片(421)、以及萬(wàn)向軸(43)在一條直線上，第二驅(qū)動(dòng)器(412)、第二金屬片(422)、以及 萬(wàn)向軸（43)在一條直線上，并且第一驅(qū)動(dòng)器（411)與萬(wàn)向軸（43)的連線垂直第二驅(qū)動(dòng)器 (412)與萬(wàn)向軸(43)的連線；角度偏轉(zhuǎn)測(cè)量裝置還包括共光路自準(zhǔn)直儀(429)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，其特征在于，還包括波前探 測(cè)系統(tǒng)(7)和波前補(bǔ)償系統(tǒng)(8); 所述波前探測(cè)系統(tǒng)（7)包括波前探測(cè)分光鏡（71)、以及空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器(72)和反 射鏡形變波前探測(cè)器(73)中的至少一個(gè);所述波前探測(cè)分光鏡(71)設(shè)置在反射鏡(3)與被 測(cè)物(5)之間，空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器(72)設(shè)置在波前探測(cè)分光鏡(71)的反射光路上，反射鏡 形變波前探測(cè)器(73)設(shè)置在反射鏡(3)的二次反射光路上； 所述波前補(bǔ)償系統(tǒng)(8)包括補(bǔ)償光源(81)、補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡(82)、以及透射式液晶空間光調(diào) 制器(83);補(bǔ)償光源(81)出射的光束，經(jīng)過補(bǔ)償準(zhǔn)直鏡(82)準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式 液晶空間光調(diào)制器(83)調(diào)制，入射到波前探測(cè)分光鏡(71)上。3. -種在權(quán)利要求1所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的便攜式高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、點(diǎn)亮光源（1)，圖像傳感器(65)成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置△ X和△ y; 步驟b、利用第一驅(qū)動(dòng)器(411)和第二驅(qū)動(dòng)器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點(diǎn)像回到像面中心位置； 步驟c、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化ACl，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ 1，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到 反射鏡(3)的角度變化△ Θ2和AcpSi進(jìn)而得到被測(cè)物(5)表面的角度變化△ α和△ β;其中，△ θ l = fl( ACl，AC2)，Δφ1=Γ2(Δ(:?，Δ(〕2) .， Δα=.β(ΔΘ1，ΔΘ2,Δφ1，Δφ2)和 Δβ=?、4(ΔΘ 1 ,ΛΘ2,Δφ 1 ,Λφ2): fl、f2、f3、f4表示 4個(gè)函數(shù)。4. 一種在權(quán)利要求2所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的便攜式高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測(cè)系統(tǒng)(7)僅包括波前探測(cè)分光鏡(71)和空氣擾 動(dòng)波前探測(cè)器(72); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點(diǎn)亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器(72)分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G1 =GA-GB，得到空氣擾動(dòng)造成的波前變化； 步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源(81)，補(bǔ)償 空氣擾動(dòng)； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置△ X和Δ y; 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器(411)和第二驅(qū)動(dòng)器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點(diǎn)像回到像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化ACl，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到 反射鏡⑶的角度變化A Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物(5)表面的角度變化Δα和Δβ;其中，ΔΘ l = fl(ACl,AC2), Δφ1=￡2(Δ?,Δ02) , Δα=0(ΔΘ1，ΔΘ2，Δφ1，Δφ2)和 Δβ=?4(Δ:θ 1 ,ΔΘ2,Δφ 1 ,Δφ2>; Π 、f2、f3、f4表示 4個(gè)函數(shù)。5. -種在權(quán)利要求2所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的便攜式高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測(cè)系統(tǒng)(7)僅包括波前探測(cè)分光鏡(71)和反射鏡 形變波前探測(cè)器(73); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點(diǎn)亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 反射鏡形變波前探測(cè)器(73)分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G2 = GC-GD，得到空氣擾動(dòng)和反射鏡形變共同造成的波前變化； 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源(81)，補(bǔ)償 空氣擾動(dòng)和反射鏡形變； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置△ X和Δ y; 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器(411)和第二驅(qū)動(dòng)器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點(diǎn)像回到像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化ACl，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ 1，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到 反射鏡(3)的角度變化△ Θ 2和Δφ2，進(jìn)而得到被測(cè)物(5)表面的角度變化Δα和Δβ;其中，ΔΘ l = fl(ACl,AC2), Δφ1=?2(Δ0?,ΔΓ2) ， Δα=β(Δ01，ΔΘ2,Δφ1，Δ(ρ2)和 Δβ=?4(Δθ 1，Δθ2，Δφ1，Δφ2); f I、f 2、f 3、f 4表示 4個(gè)函數(shù)。6. -種在權(quán)利要求2所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實(shí)現(xiàn)的便攜式高精 度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測(cè)系統(tǒng)(7)同時(shí)包括波前探測(cè)分光鏡(71)、空氣擾 動(dòng)波前探測(cè)器(72)和反射鏡形變波前探測(cè)器(73); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點(diǎn)亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動(dòng)波前探測(cè)器(72)分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測(cè)器(73)分別得到 GC和⑶兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G1 = GA-GB，得到空氣擾動(dòng)造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動(dòng)和反射鏡 形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變?cè)斐傻牟ㄇ白兓? 步驟d、 按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源(81)，補(bǔ)償空氣擾 動(dòng)； 或 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源（81)，補(bǔ)償空氣擾 動(dòng)和反射鏡形變； 或 按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點(diǎn)亮補(bǔ)償光源(81)，補(bǔ)償反射鏡形 變； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，得到點(diǎn)像偏離像面中心位置△ X和Δ y; 步驟f、利用第一驅(qū)動(dòng)器(411)和第二驅(qū)動(dòng)器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點(diǎn)像回到像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化ACl，以及第二電容傳感器(424)的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ?，同時(shí)通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到 反射鏡⑶的角度變化A Θ2和Δφ2,進(jìn)而得到被測(cè)物(5)表面的角度變化△ α和Λ β;其中，△ Θ l = fl(ACl,AC2), Δφ1==β(Δ(：?,ΔΓ2) ， Δα=β(ΔΘ!，ΔΘ2,Δφ!，Δφ2)和 Δβ=?4(ΔΘ1，ΔΘ2,Δφ1，Δφ2);Π 、?2、Γ3、?4表示 4個(gè)函數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK106017364SQ201610639132
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年8月7日
【發(fā)明人】譚欣然, 朱凡, 王超, 譚久彬
【申請(qǐng)人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)