一种基于偏振分光自准直三维角度测量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，具体涉及一种基于偏振分光自准直三维角度测量装置与方法；该装置由光源、起偏器、分光镜、偏振分光镜、图像传感器、准直镜、固定平面反射镜以及合作靶标组成；该方法通过合作靶标，使测量光束分为两束相互垂直的测量光，分别经固定平面反射镜以及合作靶标反射后返回，分别在图像传感器上形成各自图像，利用该两图像位置解算出合作靶标相对于光轴的俯仰角、偏航角以及滚转角，从而具有对被测物空间三维转角的探测能力；由于本发明专利技术对于滚转角采用的是光杠杆放大原理，与俯仰角和偏航角的测量原理一致，因此对于三维角度测量均具有高精度大工作距的技术优势，进而具有在相同工作距离下增加测量精度，或在相同测量精度下增加工作距离的优势；由两路图像传感器分别接收两路测量光斑，降低了对后续图像处理技术的要求，提高了测量装置的频响。此外，本发明专利技术所设计的合作靶标具有结构简单、制作成本低的技术优势。

【技术实现步骤摘要】
一种基于偏振分光自准直三维角度测量装置与方法
本专利技术属于精密测量
，具体涉及一种基于偏振分光自准直三维角度测量装置与方法。
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、高精度的自准直三维角度测量技术。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，自准直仪与圆光栅组合，可以进行任意线角度测量；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，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；由两路自准直仪组成位置基准，可以进行空间三维角度的测量。角度工作范围从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。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，该装置包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于偏振分光自准直三维角度测量装置，其特征在于，包括光源(1)、分光镜(2)、第一图像传感器(3)、透射式准直镜(4)、合作靶标(5)、固定平面反射镜(6)、测量端偏振分光镜(8)、第二图像传感器(9)以及起偏器(10)，所述合作靶标(5)由平面反射镜(51)与偏振分光镜(53)组成；光源(1)出射的光束，首先经过起偏器(10)变为线偏振光，再经过透射式准直镜(4)准直成平行光束后，入射到合作靶标(5)中的偏振分光镜(53)上；透过偏振分光镜(53)的一路光束，经合作靶标(5)中的平面反射镜(51)反射后，沿原路返回，经测量端偏振分光镜(8)透射，最后由第一图像传感器(3)采集成像；而...

【技术特征摘要】
1.一种基于偏振分光自准直三维角度测量装置，其特征在于，包括光源(1)、分光镜(2)、第一图像传感器(3)、透射式准直镜(4)、合作靶标(5)、固定平面反射镜(6)、测量端偏振分光镜(8)、第二图像传感器(9)以及起偏器(10)，所述合作靶标(5)由平面反射镜(51)与偏振分光镜(53)组成；光源(1)出射的光束，首先经过起偏器(10)变为线偏振光，再经过透射式准直镜(4)准直成平行光束后，入射到合作靶标(5)中的偏振分光镜(53)上；透过偏振分光镜(53)的一路光束，经合作靶标(5)中的平面反射镜(51)反射后，沿原路返回，经测量端偏振分光镜(8)透射，最后由第一图像传感器(3)采集成像；而另一路光束经偏振分光镜(53)反射后，入射于固定平面反射镜(6)的表面上，再经固定平面反射镜(6)反射后，沿原路返回，经测量端偏振分光镜(8)反射，最后由第二图像传感器(9)采集成像；所述分光镜(2)设置在光源(1)与透射式准直镜(4)之间，第一图像传感器(3)与第二图像传感器(9)均设置在透射式准直镜(4)焦平面处，与光源(1)的位置共轭；从合作靶标(5)返回的两路光束，先后经过透射式准直镜(4)透射、分光镜(2)反射、经测量端偏振分光镜(8)分束，分别由第一图像传感器(3)与第二图像传感器(9)采集成像；在固定合作靶标(5)的被测物表面与光轴垂直，且不绕光轴方向旋转的条件下，第一图像传感器(3)与第二图像传感器(9)所成点像在像面中心位置；所述合作靶标(5)，包括偏振分光镜(53)和平面反射镜(51)，固定在被测物(7)的表面上，因此合作靶标(5)的空间三维角度变化即为被测物(7)的空间三维角度变化。而固定平面反射镜(6)则不与合作靶标(5)、被测物(7)连接，其固定于测量基座上；或所述合作靶标(5)，包括偏振分光镜(53)，固定在被测物(7)的表面上，因此合作靶标(5)的空间三维角度变化即为被测物(7)的空间三维角度变化。而固定平面反射镜(6)则不与合作靶标(5)、被测物(7)连接，其固定于测量基座上。此时被测物(7)的测量表面充当反射面，代替平面反射镜(51)。2.根据权利要求1所述的基于偏振分光自准直三维角度测量装置，其特征在于，还包括合作靶标(5)中的分光镜(52)，分光镜(11)，1/4波片(14)和两个检偏器(12)、(13)；所述分光镜(52)放置在合作靶标(5)中平面反射镜(51)前，起偏器(10)使光源(1)变为线偏振光，经分光镜(52)分为两束测量光；所述1/4波片(14)放置在分光镜(52)与固定平面反射镜(6)之间，经分光镜(52)反射的一束测量光束经1/4波片透射两次后偏振方向恰好与经分光镜(52)透射的第二束测量光的偏振方向相垂直；所述分光镜(11)放置在分光镜(2)与第一、第二图像传感器(3)、(9)之间，在探测端将两束测量光均匀分为两束，经检偏器(12)透射的测量光为经平面反射镜(51)反射的测量光，其汇聚于第一图像传感器(3)；经检偏器(11)透射的测量光为经固定平面反射镜(6)反射的测量光，其汇聚于第二图像传感器(9)。3.在权利要求1所述一种基于偏振分光自准直三维角度测量装置...

【专利技术属性】
技术研发人员：石剑，朱凡，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