激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置及调整方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置及调整方法，调整装置包括具有圆弧面的激光发射器、球形光栅、四自由度调整架；激光发射器位于被测长度的一端点上，用于发射激光束；球形光阑位于被测长度的另一端点上，用于限制激光束，使激光束与被测长度平行；四自由度调整镜架位于被测长度的延长线上，且靠近球形光阑，用于安装平面镜并调整平面镜的位置及姿态，使激光束经平面镜反射后过激光跟踪仪的原点，调整方法是通过复现激光跟踪仪镜面折转测长的光路实现光路快速粗调，以及通过计算实现光路定量精调。及通过计算实现光路定量精调。及通过计算实现光路定量精调。

【技术实现步骤摘要】
激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置及调整方法


[0001]本专利技术涉及激光跟踪仪的光路调整，尤其涉及一种激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置及调整方法，属于精密工程测量领域。

技术介绍

[0002]利用激光跟踪仪的干涉测长功能的精度远优于角度测量功能的精度的特点，激光跟踪仪可应用于基准尺校准等高精度长度测量。测量时，为仅用激光跟踪仪的干涉测长功能，需调整激光跟踪仪位置使激光跟踪仪原点与被测长度的两端点呈三点共线。考虑到激光跟踪仪较为笨重，位置调整难度大，一般采用平面镜折转激光束以改变激光路径，代替调整激光跟踪仪的位置，即激光跟踪仪镜面折转测长。
[0003]激光跟踪仪镜面折转测长时，调整平面镜位置及姿态，使激光跟踪仪到被测长度两端点的水平角和垂直角分别一致，激光跟踪仪原点在平面镜中的虚像与被测长度的两端点呈三点共线。由于激光跟踪仪具备跟踪功能，平面镜调整不能简单照搬激光干涉仪“近调平移、远调角度”的方法，通常依靠测量人员的经验和感觉，需多次反复，耗费大量的时间和精力，尤其被测长度呈空间倾斜状态时，调整难度大大增加。

技术实现思路

[0004]为弥补现有激光跟踪仪镜面折转测长的光路调整方法效率低、难度大的不足，本专利技术提供一种结构简单、使用便利的激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置及调整方法，通过解决光路快速粗调和定量精调，替代传统依靠测量人员的经验和感觉反复调整的方法，实现激光跟踪仪镜面折转测长的光路调整效率提高和难度降低。具体来说，本专利技术着眼于如何实现研究光路快速调整，特别是实现快速地光路粗调和定量地光路精调。
[0005]本专利技术采取以下技术方案：
[0006]一种激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，包括具有圆弧面的激光发射器1、球形光栅2、四自由度调整架3；激光发射器1位于被测长度的一端点上，用于发射激光束；球形光阑2位于被测长度的另一端点上，用于限制激光束，使激光束与被测长度平行；四自由度调整镜架3位于被测长度的延长线上，且靠近球形光阑2，用于安装平面镜并调整平面镜的位置及姿态，使激光束经平面镜反射后过激光跟踪仪的原点，复现激光跟踪仪镜面折转测长的光路，以及定量调整光路。
[0007]优选的，所述激光发射器1包括球形外壳以及激光器。
[0008]进一步的，所述球形外壳的基础为不锈钢球，直径与测量所用的球面反射靶标的直径一致，固定在靶标靶座上；球形外壳上加工有轴线过球心的盲孔或通孔，如为盲孔，孔的深度大于球形外壳的半径，盲孔/通孔的直径与盲孔/通孔中安装的激光器的直径一致；激光器为可见光点光源，安装在球形外壳的盲孔/通孔内，过盈配合，激光器的激光束的延长线经过球形外壳的球心。
[0009]进一步的，球形光阑2的基础为不锈钢球，直径与测量所用的球面反射靶标的直径
一致，固定在靶标靶座上；其上加工有轴线过球心的通孔作为光阑的通光孔。
[0010]进一步的，在虚拟的XYZ空间内，所述四自由度调整架3包括一个X
‑
Z二维万向镜架以及一个X
‑
Z二维位移平台；用于激光跟踪仪镜面折转测长的平面镜安装在X
‑
Z二维万向镜架中，X
‑
Z二维万向镜架可用于调整平面镜的姿态，X
‑
Z二维万向镜架具有两个微分头，分别定量微调平面镜的偏摆和俯仰，X
‑
Z二维万向镜架的X轴与Z轴相交于平面镜中心，保证平面镜姿态调整时平面镜中心无平移；X
‑
Z二维万向镜架安装在X
‑
Z二维位移平台上，且X
‑
Z二维万向镜架的Z轴与X
‑
Z二维位移平台的Z轴平行，X
‑
Z二维位移平台可用于调整平面镜的平移和升降。
[0011]进一步的，所述圆弧面的激光发射器1为球形激光发射器或半球形激光发射器。
[0012]一种激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整方法，采用上述任意一项所述的激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，复现激光跟踪仪镜面折转测长的光路，实现激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速粗调；利用四自由度调整架的X
‑
Z二维万向镜架的定量微调，通过计算得到微分头需行进的位移，实现激光跟踪仪镜面折转测长的光路定量精调。
[0013]进一步的，所述光路快速粗调包括以下步骤：
[0014]S1、将球形激光发射器放置于被测长度的端点A处，将球形光阑放置于被测长度的端点B处，旋转球形激光发射器和球形光阑，使球形激光发射器的激光束穿过球形光阑的通光孔，此时球形激光发射器的激光束与被测长度平行；
[0015]S2、将四自由度调整架放置在被测长度的延长线上，且靠近球形光阑，使X
‑
Z二维位移平台的Z轴与激光跟踪仪的Z轴平行，X
‑
Z二维位移平台的X轴与被测长度在水平面的投影垂直；调整X
‑
Z二维位移平台，使激光发射器的激光束在平面镜上的入射点位于平面镜中心；调整X
‑
Z二维万向镜架的偏摆和俯仰，使激光发射器的激光束经平面镜反射后照射到激光跟踪仪的原点；
[0016]S3、取下被测长度两端点的球形激光发射器和球形光阑，将球形反射靶标放置在被测长度端点B处；激光跟踪仪的激光束引至平面镜，经平面镜反射在被测长度端点B处的球形反射靶标接光，记录测量软件中显示的水平角θ
B
、垂直角φ
B
；将球形反射靶标移至被测长度端点A处，记录测量软件中显示的的水平角θ
A
、垂直角φ
A
；根据光路可逆原理，θ
A
≈θ
B
，φ
A
≈φ
B
，激光跟踪仪镜面折转测长的光路粗调完成；
[0017]所述光路定量精调包括以下步骤：
[0018]S1
’
、计算Δθ＝θ
B
－θ
A
，Δφ＝φ
B
－φ
A
，其中θ
A
、θ
B
分别为测量软件中显示的被测长度端点A、B处的水平角，φ
A
、φ
B
分别为测量软件中显示的被测长度端点A、B处的垂直角；
[0019]S2
’
、旋动X
‑
Z二维万向镜架的两个微分头，使它们分别行进1个分度值d；将球形反射靶标依次放置在被测长度端点A、B处，记录测量软件中显示的水平角θ
’
A
、θ
’
B
和垂直角φ
’
A
、φ
’
B
；
[0020]S3
’
、再次计算Δθ
’
＝θ
’
B
－θ
’
A
，Δφ
’
＝φ
’
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，其特征在于：包括具有圆弧面的激光发射器(1)、球形光栅(2)、四自由度调整架(3)；激光发射器(1)位于被测长度的一端点上，用于发射激光束；球形光阑(2)位于被测长度的另一端点上，用于限制激光束，使激光束与被测长度平行；四自由度调整镜架(3)位于被测长度的延长线上，且靠近球形光阑(2)，用于安装平面镜并调整平面镜的位置及姿态，使激光束经平面镜反射后过激光跟踪仪的原点，复现激光跟踪仪镜面折转测长的光路，以及定量调整光路。2.如权利要求1所述激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，其特征在于：所述激光发射器(1)包括球形外壳以及激光器。3.如权利要求2所述激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，其特征在于：所述球形外壳的基础为不锈钢球，直径与测量所用的球面反射靶标的直径一致，固定在靶标靶座上；球形外壳上加工有轴线过球心的盲孔或通孔，如为盲孔，孔的深度大于球形外壳的半径，盲孔/通孔的直径与盲孔/通孔中安装的激光器的直径一致；激光器为可见光点光源，安装在球形外壳的盲孔/通孔内，过盈配合，激光器的激光束的延长线经过球形外壳的球心。4.如权利要求1所述激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，其特征在于：球形光阑(2)的基础为不锈钢球，直径与测量所用的球面反射靶标的直径一致，固定在靶标靶座上；其上加工有轴线过球心的通孔作为光阑的通光孔。5.如权利要求1所述激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，其特征在于：在虚拟的XYZ空间内，所述四自由度调整架(3)包括一个X
‑
Z二维万向镜架以及一个X
‑
Z二维位移平台；用于激光跟踪仪镜面折转测长的平面镜安装在X
‑
Z二维万向镜架中，X
‑
Z二维万向镜架可用于调整平面镜的姿态，X
‑
Z二维万向镜架具有两个微分头，分别定量微调平面镜的偏摆和俯仰，X
‑
Z二维万向镜架的X轴与Z轴相交于平面镜中心，保证平面镜姿态调整时平面镜中心无平移；X
‑
Z二维万向镜架安装在X
‑
Z二维位移平台上，且X
‑
Z二维万向镜架的Z轴与X
‑
Z二维位移平台的Z轴平行，X
‑
Z二维位移平台可用于调整平面镜的平移和升降。6.如权利要求1所述激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，其特征在于：所述圆弧面的激光发射器(1)为球形激光发射器或半球形激光发射器。7.一种激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整方法，其特征在于：采用权利要求1
‑
6中任意一项所述的激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整装置，复现激光跟踪仪镜面折转测长的光路，实现激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速粗调；利用四自由度调整架的X
‑
Z二维万向镜架的定量微调，通过计算得到微分头需行进的位移，实现激光跟踪仪镜面折转测长的光路定量精调。8.如权利要求7所述的激光跟踪仪镜面折转测长的光路快速调整方法，其特征在于：所述光路快速粗调包括以下步骤：S1、将球形激光发射器放置于被测长度的端点A处，将球形光阑放置于被测长度的端点B处，旋转球形激光发射器和球形光阑，使球形激光发射器的激光束穿过球形光阑的通光孔，此时球形...

【专利技术属性】
技术研发人员：任瑜，张丰，胡晓磊，汤亚杰，宋睿，傅云霞，
申请(专利权)人：上海市计量测试技术研究院，
类型：发明
国别省市：