一种飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，包括聚焦透镜、光电探测器和处理机构，所述聚焦透镜用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束聚焦到所述光电探测器上，所述处理机构用于计算激光光轴与机械轴的倾斜量和平移量。本发明专利技术提供的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置是基于旋转成像和图像处理法进行检测，从而实现激光光轴与机械轴偏移量(包括倾斜与平移)的高精度测量。而且，本发明专利技术可以采用同一套标定装置对激光光轴与机械轴的倾斜与平移量进行检测，从而减小了测量误差以及简化了标定装置的整体结构。另外，本发明专利技术实现方便、结构简单，具有较高的测量精度。

A calibration device for femtosecond laser tracker axis geometry error

The invention discloses a femtosecond laser tracker axis geometry error calibration device comprises a focusing lens, a photoelectric detector and a processing mechanism, the focusing lens for the laser beam focusing femtosecond laser tracker emitted to the photoelectric detector, the processing mechanism for tilt and shift quantity calculation of the laser axis and mechanical axis. Femtosecond laser tracker axis geometry error calibration device is provided by the invention detect rotating imaging and image processing based on the method, so as to realize the laser axis and mechanical axis offset (including tilt and translation) high precision measurement. In addition, the invention can detect the inclination and the translation of the laser optical axis and the mechanical shaft with the same calibration device, thereby reducing the measurement error and simplifying the overall structure of the calibration device. In addition, the invention has the advantages of convenient realization, simple structure and high measurement precision.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光学检测
，特别是涉及飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置。
技术介绍
随着光电技术的发展，集目标探测、跟踪扫描和激光测距为一体的光电检测系统在大尺寸工业测量领域中得到了广泛的应用，如激光测距机，光电经纬仪、激光跟踪仪等等。飞秒激光跟踪仪是在传统激光跟踪仪的基础上，采用最先进的飞秒激光测距原理，使仪器测量范围更大、精度更高、测量速度更快，它突破了传统测距在测程、精度和测量速度方面难以协调的矛盾，从根本上解决长期困扰测距领域的技术瓶颈，是对传统测距技术的一次革命，是大型科学工程和大型高端装备制造中急需的测量装备。飞秒激光跟踪仪的工作原理：首先在目标点上安置一个反射器，其目的是将入射的激光光束按原路返回。然后将跟踪仪发出的激光光束瞄准目标反射器中心，当目标带着反射器一起移动时，跟踪仪发出的激光光束始终对准目标反射器中心，保持实时跟踪。此时，返回的光束被检测系统所接收，用来实时测算目标的空间坐标，从而确定目标的空间位置。飞秒激光跟踪仪光轴几何误差主要由激光光轴与机械轴倾斜误差和平移误差两个部分，为了提高仪器的指向精度和跟踪性能，需要保证仪器出射的激光光束和机械轴的重合，然而对现有的光学仪器设备当中，通常是依靠加工安装精度来进行保证，这种方式对加工和安装工艺要求较高，或者依靠人眼判断进行调节，这种方式一般精度较低。由于激光光束中心线难以实现直接测量，导致仪器的激光光轴与机械轴间的偏移量(包括倾斜与平移)也较难直接精确测量，从而无法实现精确的调节。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，以实现对仪器的激光光轴和机械轴同轴度检测的精确性。本专利技术提供的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置包括聚焦透镜、光电探测器和处理机构，所述聚焦透镜用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束聚焦到所述光电探测器上，所述处理机构用于计算激光光轴与机械轴的倾斜量和平移量。在本专利技术的一些实施例中，还包括位于飞秒激光跟踪仪的出光口与聚焦透镜之间的第一直角棱镜和第二直角棱镜，所述第一直角棱镜用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束反射至第二直角棱镜，所述第二直角棱镜用于将激光光束反射至聚焦透镜。在本专利技术的一些实施例中，还包括位于光电探测器与聚焦透镜之间平面反射镜，所述平面反射镜用于将聚焦后的激光光束反射至光电探测器。在本专利技术的一些实施例中，还包括位于光电探测器与平面反射镜之间衰减片。在本专利技术的一些实施例中，所述处理机构包括倾斜量计算单元，用于当所述光电探测器位于聚焦透镜的像方焦平面上、且所述标定装置随着机械轴一起旋转时，计算会聚在所述光电探测器上的激光光斑的移动轨迹的半径；其轨迹半径r1＝f'·tanθ，其中，θ为激光光束的中心轴与机械轴之间的夹角，f’为聚焦透镜的焦距。在本专利技术的一些实施例中，所述处理机构还包括平移量计算单元，用于当激光光轴与机械轴平行、且所述标定装置随着机械轴一起旋转时，计算会聚在所述光电探测器上的激光光斑的移动轨迹的半径，其轨迹半径其中，Δl为光电探测器与聚焦透镜像方焦平面的偏离距离，d为激光光束的中心轴与机械轴之间的平移量，。在本专利技术的一些实施例中，还包括支撑底板，所述支撑底板用于支撑起第一直角棱镜、第二直角棱镜、聚焦透镜、平面反射镜、衰减片和光电探测器。在本专利技术的一些实施例中，所述支撑底板上开设有凹槽，所述第一直角棱镜安装在该凹槽内，所述凹槽上开设有通孔，所述通孔用于导出飞秒激光跟踪仪发出的激光光束，从而使激光光束射入第一直角棱镜；所述支撑底板上的凹槽的两侧分别设置有第二直角棱镜安装架和光电探测器底座支撑柱，所述第二直角棱镜安装架用于支撑第二直角棱镜、聚焦透镜、平面反射镜，所述光电探测器底座支撑柱用于支撑衰减片、光电探测器。在本专利技术的一些实施例中，所述第二直角棱镜安装架上安装有聚焦透镜安装架，所述聚焦透镜安装架开设有凹槽，所述凹槽用于安装聚焦透镜；所述聚焦透镜安装架上安装有平面反射镜支架底柱，所述平面反射镜支架底柱上安装有平面反射镜支架，所述平面反射镜支架用于安装平面反射镜。在本专利技术的一些实施例中，所述标定装置还包括光电探测器底座、移动底板和光电探测器支撑底板，所述光电探测器底座作为光电探测器和光电探测器底座支撑柱的转接件，所述光电探测器支撑底板上连接移动底板，所述移动底板用于连接光电探测器底座支撑柱，从而固定光电探测器；所述光电探测器支撑底板上开设有两条滑道，所述移动底板能够在所述滑道上滑动，并与所述光电探测器支撑底板进行固定，从而使移动底板带动所述光电探测器进行移动。从上面的所述可以看出，本专利技术提供的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置是基于旋转成像和图像处理法进行检测，从而实现激光光轴与机械轴偏移量的高精度测量。而且，本专利技术可以采用同一套标定装置对激光光轴与机械轴的倾斜与平移量进行检测，从而减小了测量误差以及简化了标定装置的整体结构。另外，本专利技术实现方便、结构简单，具有较高的测量精度。附图说明图1为本专利技术一个实施例的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置的结构示意图；图2为本专利技术另一个实施例的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定原理图。其中：11-第一直角棱镜；12-第二直角棱镜；13-聚焦透镜；14-平面反射镜；15-衰减片；16-光电探测器；17-处理机构；201-支撑底板；202-第二直角棱镜安装架；203-光电探测器底座支撑柱；204-聚焦透镜安装架；205-聚焦透镜压圈；206-平面反射镜支架底柱；207-平面反射镜支架；208-平面反射镜压圈；209-衰减片压圈；210-衰减片安装架；211-光电探测器底座；212-移动底板；213-光电探测器支撑底板；31-激光光束；33-光电探测面；34-机械轴。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对专利技术实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。参见图1，其为本专利技术一个实施例的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置的结构示意图。作为本专利技术的一个实施例，所述飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置包括聚焦透镜13、光电探测器16和处理机构17，所述聚焦透镜13用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束聚焦到所述光电探测器16上，所述处理机构17用于计算激光光轴与机械轴的倾斜量和平移量。继而可以根据所述倾斜量和平移量调整激光光轴和机械轴，使两者同轴。进一步地，所述标定装置还包括位于飞秒激光跟踪仪的出光口与聚焦透镜12之间的第一直角棱镜11和第二直角棱镜12，如图1所示，所述第一直角棱镜11用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束反射至第二直角棱镜12，所述第二直角棱镜12用于将激光光束反射至聚焦透镜13。而且，所述标定装置还可以包括位于光电探测器16与聚焦透镜13之间平面反射镜14，所述平面反射镜14用于将聚焦后的激光光束反射至光电探测器16。在本专利技术的又一个实施例中，所述光电探测器16位于机械轴的一侧，所述第二直角棱镜12、平面反射镜14和聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，其特征在于，包括聚焦透镜、光电探测器和处理机构，所述聚焦透镜用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束聚焦到所述光电探测器上，所述处理机构用于计算激光光轴与机械轴的倾斜量和平移量。

【技术特征摘要】
1.一种飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，其特征在于，包括聚焦透镜、光电探测器和处理机构，所述聚焦透镜用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束聚焦到所述光电探测器上，所述处理机构用于计算激光光轴与机械轴的倾斜量和平移量。2.根据权利要求1所述的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，其特征在于，还包括位于飞秒激光跟踪仪的出光口与聚焦透镜之间的第一直角棱镜和第二直角棱镜，所述第一直角棱镜用于将飞秒激光跟踪仪发出的激光光束反射至第二直角棱镜，所述第二直角棱镜用于将激光光束反射至聚焦透镜。3.根据权利要求1所述的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，其特征在于，还包括位于光电探测器与聚焦透镜之间平面反射镜，所述平面反射镜用于将聚焦后的激光光束反射至光电探测器。4.根据权利要求3所述的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，其特征在于，还包括位于光电探测器与平面反射镜之间衰减片。5.根据权利要求1所述的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，其特征在于，所述处理机构包括倾斜量计算单元，用于当所述光电探测器位于聚焦透镜的像方焦平面上、且所述标定装置随着机械轴一起旋转时，计算会聚在所述光电探测器上的激光光斑的移动轨迹的半径；其轨迹半径r1＝f'·tanθ，其中，θ为激光光束的中心轴与机械轴之间的夹角，f’为聚焦透镜的焦距。6.根据权利要求5所述的飞秒激光跟踪仪光轴几何误差标定装置，其特征在于，所述处理机构还包括平移量计算单元，用于当激光光轴与机械轴平行、且所述标定装置随着机械轴一起旋转时，计算会聚在所述光电探测器上的激光光斑的移动轨迹的半径，其轨迹半径其中，Δl为光电探测器与聚焦透镜像方焦平面的偏离距离，d...

【专利技术属性】
技术研发人员：劳达宝，崔成君，周维虎，王国名，纪荣祎，董登峰，张滋黎，袁江，石俊凯，王岩庆，
申请(专利权)人：中国科学院光电研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11