组合调零高精度激光大工作距自准直装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于精密测量技术领域与光学工程领域，具体涉及一种组合调零高精度激光大工作距自准直装置与方法；该装置由光源、准直镜、反射镜、以及反馈成像系统组成；该方法通过调整反射镜，使反射光束回到反馈成像系统像面中心，再利用反射镜上的角度偏转测量装置来得到被测物表面的角度变化；由于本发明专利技术在传统自准直角度测量系统上增加了反射镜，因此能够避免被测物反射光偏离测量系统而导致无法测量的问题，进而具有在相同工作距离下增加自准直工作范围，或在相同自准直工作范围下增加工作距离的优势；此外，准直镜、反馈成像系统、反射镜等的具体设计，使本发明专利技术还具有结构简单、制作成本低；同时还能监测测量环境稳定性；以及快速测量的技术优势。

Combined zero adjusting high precision laser large working distance self collimation device and method

The invention belongs to the technical field of precision measurement and optical engineering field, in particular to a combined zero high precision laser large working distance collimation method and device; the device comprises a light source, a collimating lens, reflector, and feedback imaging system composition; the method by adjusting the mirror, the reflected beam back to the feedback image surface imaging system the center, mirror angle deflection measuring device to change the measured surface angle; the invention relates to a traditional autocollimation angle measurement system on the increase in the mirror, so it can avoid the measured reflection light from the measurement system and lead to the problem of measuring, which can increase the self collimation scope of work in the same working distance, or in the same scope of work under the self collimation increase the working distance advantage; in addition, the collimating mirror, mirror imaging system, feedback The utility model has the advantages of simple structure, low manufacturing cost, and can also monitor the stability of the measuring environment, and the technical advantages of rapid measurement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密测量
与光学工程领域，具体涉及一种组合调零高精度激光大工作距自准直装置与方法。
技术介绍
在精密测量
、光学工程领域、尖端科学实验领域和高端精密装备制造领域中，迫切需求在大工作距下进行大工作范围、高精度激光自准直技术。它支撑着上述领域技术与仪器装备的发展。在精密测量技术与仪器领域，激光自准直仪与圆光栅组合，可以进行任意线角度测量；激光自准直技术与多面棱体组合，可以进行面角度测量和圆分度测量；最大工作距离从几米至上百米；分辨力从0.1角秒至0.001角秒。在光学工程领域和尖端科学实验领域，激光自准直仪与两维互为垂直的两个圆光栅组合，可以进行空间角度的测量；由两路激光自准直仪组成位置基准，可以进行两两光轴夹角或平行性的测量。角度工作范围几十角秒至几十角分。在尖端科学实验装置和高端精密装备制造领域，采用激光自准直仪可以测量尖端科学实验装置和高端精密装备回转运动基准的角回转精度，测量直线运动基准的空间直线精度和两两运动基准的平行度和垂直度。激光自准直技术具有非接触、测量精度高、使用方便等优点，在上述领域中具有广泛应用。传统自准直仪如图1所示，该系统包括光源1、本文档来自技高网...

【技术保护点】
组合调零高精度激光大工作距自准直装置，其特征在于，包括光源(1)、透射式准直镜(21)、反射镜(3)、以及反馈成像系统(6)，所述反射镜(3)上设置有角度调整测量装置(4)；光源(1)出射的光束，经过透射式准直镜(21)准直成平行光束后，再由反射镜(3)反射，入射到被测物(5)的表面；从被测物(5)表面反射的光束，再经过反射镜(3)反射后，由反馈成像系统(6)采集成像；所述反馈成像系统(6)为以下两种形式中的：第一、反馈成像系统(6)包括图像传感器成像系统和四象限探测器成像系统；所述图像传感器成像系统包括第一反馈分光镜(61)和设置在透射式准直镜(21)焦点处的图像传感器(65)；从被测物(5...

【技术特征摘要】
1.组合调零高精度激光大工作距自准直装置，其特征在于，包括光源(1)、透射式准直镜(21)、反射镜(3)、以及反馈成像系统(6)，所述反射镜(3)上设置有角度调整测量装置(4)；光源(1)出射的光束，经过透射式准直镜(21)准直成平行光束后，再由反射镜(3)反射，入射到被测物(5)的表面；从被测物(5)表面反射的光束，再经过反射镜(3)反射后，由反馈成像系统(6)采集成像；所述反馈成像系统(6)为以下两种形式中的：第一、反馈成像系统(6)包括图像传感器成像系统和四象限探测器成像系统；所述图像传感器成像系统包括第一反馈分光镜(61)和设置在透射式准直镜(21)焦点处的图像传感器(65)；从被测物(5)表面反射的光束，再经过反射镜(3)反射后，先后经过透射式准直镜(21)投射、第一反馈分光镜(61)反射、由图像传感器(65)采集成像；在被测物(5)表面与光轴垂直的条件下，图像传感器(65)所成点像在像面中心位置；或所述图像传感器成像系统包括第一反馈分光镜(61)、第一反馈物镜(63)和设置在第一反馈物镜(63)焦点处的图像传感器(65)；从被测物(5)表面反射的光束，再经过反射镜(3)反射后，先后经过第一反馈分光镜(61)反射、第一反馈物镜(63)透射、由图像传感器(65)采集成像；在被测物(5)表面与光轴垂直的条件下，图像传感器(65)所成点像在像面中心位置；所述四象限探测器成像系统包括第二反馈分光镜(62)和设置在透射式准直镜(21)焦点处的四象限探测器(66)；从被测物(5)表面反射的光束，再经过反射镜(3)反射后，先后经过透射式准直镜(21)投射、第一反馈分光镜(61)反射、由四象限探测器(66)采集成像；在被测物(5)表面与光轴垂直的条件下，四象限探测器(66)所成点像在像面中心位置；或所述四象限探测器成像系统包括第二反馈分光镜(62)、第二反馈物镜(64)和设置在第二反馈物镜(64)焦点处的四象限探测器(66)；从被测物(5)表面反射的光束，再经过反射镜(3)反射后，先后经过第二反馈分光镜(62)反射、第二反馈物镜(64)透射、由四象限探测器(66)采集成像；在被测物(5)表面与光轴垂直的条件下，四象限探测器(66)所成点像在像面中心位置；第二、反馈成像系统(6)包括第一反馈分光镜(61)、以及由导轨(68)承载的图像传感器(65)和四象限探测器(66)，所述导轨(68)共有两个停顿位置，一个停顿位置使图像传感器(65)像面中心对应透射式准直镜(21)的焦点位置，另一个停顿位置使四象限探测器(66)像面中心对应透射式准直镜(21)的焦点位置；或反馈成像系统(6)包括第一反馈分光镜(61)、第一反馈物镜(63)、以及由导轨(68)承载的图像传感器(65)和四象限探测器(66)，所述导轨(68)共有两个停顿位置，一个停顿位置使图像传感器(65)像面中心位于第一反馈物镜(63)的焦点位置，另一个停顿位置使四象限探测器(66)像面中心位于第一反馈物镜(63)的焦点位置；所述角度调整测量装置(4)包括设置在反射镜(3)上的角度调整装置、角度偏转测量装置、以及万向轴(43)，角度调整装置包括第一驱动器(411)和第二驱动器(412)；角度偏转测量装置包括第一金属片(421)、第二金属片(422)、对应第一金属片(421)位置的第一电容传感器(423)、以及对应第二金属片(422)位置的第二电容传感器(424)；第一驱动器(411)、第一金属片(421)、以及万向轴(43)在一条直线上，第二驱动器(412)、第二金属片(422)、以及万向轴(43)在一条直线上，并且第一驱动器(411)与万向轴(43)的连线垂直第二驱动器(412)与万向轴(43)的连线；角度偏转测量装置还包括共光路自准直仪(429)。2.根据权利要求1所述的组合调零高精度激光大工作距自准直装置，其特征在于，还包括波前探测系统(7)和波前补偿系统(8)；所述波前探测系统(7)包括波前探测分光镜(71)、以及空气扰动波前探测器(72)和反射镜形变波前探测器(73)中的至少一个；所述波前探测分光镜(71)设置在反射镜(3)与被测物(5)之间，空气扰动波前探测器(72)设置在波前探测分光镜(71)的反射光路上，反射镜形变波前探测器(73)设置在反射镜(3)的二次反射光路上；所述波前补偿系统(8)包括补偿光源(81)、补偿准直镜(82)、以及透射式液晶空间光调制器(83)；补偿光源(81)出射的光束，经过补偿准直镜(82)准直成平行光束后，再由透射式液晶空间光调制器(83)调制，入射到波前探测分光镜(71)上。3.在权利要求1所述便携式组合调零高精度激光大工作距自准直装置上实现的便携式组合调零高精度激光大工作距自准直方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤a、点亮光源(1)，图像传感器(65)成像，根据点像偏离像面中心方向，利用第一驱动器(411)和第二驱动器(412)调整反射镜(3)角度，使点像回到图像传感器(65)像面中心区域；步骤b、四象限探测器(66)成像，得到步骤a结束后点像偏离四象限探测器(66)像面中心位置Δx和Δy，利用第一驱动器(411)和第二驱动器(412)调整反射镜(3)角度，使点像回到四象限探测器(66)像面中心位置；步骤c、读取第一电容传感器(423)的电容变化ΔC1，以及第二电容传感器(42...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭欣然，王超，谭久彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23