【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，用于各类拼接系统内相邻拼接部件间的角度的高精度测量，尤其是适合于需要实现拼接的地面空间天文望远镜主镜/主反射面之间拼接角度误差的高精度检测(包括共焦拼接镜面主动光学系统和主动反射面系统等)的多个场景。
技术介绍
1、高精度传感器技术是科学技术高度发展的必然选择。国际上重大科学工程中因为追求更大口径、更高性能等需求而采用创新拼接的方式，迫切需要高精度的拼接的测角传感器。比如：1)大型射电望远镜主反射面，通常采用大规模的子面板panel进行拼接，2)大型光学/红外天文望远镜，通常采用大规模的子镜sub-mirror进行拼接，3)一些大型空间组装的系统，在发射前折叠发射后展开再拼接，诸如此类，这些为了实现高精度的拼接，达到类似采用单块整块主反射面或者主镜或者整体系统的效果，需要对大规模的拼接部件进行实时的高精度的相对姿态(尤其是相邻拼接角度)的高精度测量尤为迫切，作为反馈驱动主动调整结构，实现完美的拼接系统的拼接角度误差的测量和控制，最终实现和维持高精度的系统性能。举例，主动反射面技术中，采用相邻子面板共用支撑点，相邻面板之间主要误差为二面角误差；在主动光学技术中，相邻子镜间的角度误差是子镜共焦全部内容和子镜共相的两大关键内容之一(共相误差主要包括角度误差tip/tilt和相邻子镜高低差piston)。
2、常见可用于高精度拼接角度误差测量的传感器很少，主要分为接触式和非接触式，直接检测式和间接检测式等等；接触式主要包括在背面或者侧面的一定距离上安装多个
3、基于干涉原理的拼接镜面用边缘传感器及其工作方法(cn201911064429.6)，能够基于等厚干涉的原理，高精度测量光学子镜间高低差，但是每个边缘传感器，包含多块光学元件和ccd，每个ccd需要供电和数据传输和并行处理，比起最简单的光斑位置算法，该方法特有的等厚圆形条纹处理算法复杂，线缆繁多，造价昂贵；另外也不适用于光学系统之外其它系统的拼接角度误差的测量。
4、基于四边形子面板四点支撑的射电望远镜共相检测方法(cn200910212710)和一种射电望远镜天线面形绝对定标装置和方法(cn201410316070.8)，是能够针对射电望远镜面板之间测角，但该方法中的激光光源很复杂，随着系统变化会有重力变形和热变形，系统误差和基准误差很大，且误差趋势变化复杂，无法进行长期的测量维持，线缆繁多；也完全不适用于光学系统中拼接角度误差测量。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，通过在拼接系统的拼缝上安装二分或三分的拼接式空心后向反射器，利用发射不影响系统工作的人造光源(有序扫描)和回射光斑位置测量的成像系统，通过数字图像高精度处理能直接高精度获取拼接系统的拼接角度误差。
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，包括安装于被测拼接系统中待测拼接位置的拼接式空心后向反射器，所述拼接式空心后向反射器包括若干个后向反射器单元，所述后向反射器单元的数量与待测拼接位置所涉及的待拼接单元的数量相同，在距离被测拼接系统预定距离或者预定角度范围设置有不影响系统使用的光源和回射光斑成像检测系统，所述光源的光照射到所述后向反射器单元，其反射光照射至回射光斑成像检测系统，通过对返回光斑进行光斑图像位移处理和测量，根据位移和角度正比关系，获得待拼接单元间的拼接角及其变化。
4、进一步的，所述拼接式空心后向反射器包括二分立的拼接式空心后向反射器，所述二分立的拼接式空心后向反射器包括2个二分立的拼接式空心后向反射器单元，分别安装于拼缝两侧的待拼接单元上。
5、进一步的，所述二分立的拼接式空心后向反射器基于三个相互正交的平面镜单元切分成为两个部分，其中一部分包含两块正交的反射镜，另一部分包含一块反射镜。
6、进一步的，所述拼接式空心后向反射器包括三分立的拼接式空心后向反射器，所述三分立的拼接式空心后向反射器包括3个三分立的拼接式空心后向反射器单元，分别安装于拼接点三侧的待拼接单元上。
7、进一步的，所述三分立的拼接式空心后向反射器基于三个相互正交的平面镜单元切分成为三个部分，每个部分均只包含一块反射镜。
8、进一步的，所述反射镜为镀有高反膜的平面镜。
9、进一步的，所述光源发出的光有序扫描被测拼接系统上的每条拼缝以及每个拼接点的拼接式空心后向反射器，返回的光束在回射光斑成像检测系统上形成光斑，最后光斑位置经图像处理获得拼接角度误差。
10、进一步的，通过增加光源或者采用扩散点光源以发出并行照射光束。
11、进一步的，对各组后向反射器单元，通过瞳孔定位出不同形状或者进行孔径编码，增加不同光束的系统偏置角。
12、进一步的，当拼接式空心后向反射器的加工和安装误差可以忽略，或者不可以忽略但可以测量和标定时，可测量出被测拼接系统的相邻拼接角度的绝对误差；当拼接式空心后向反射器的加工和安装误差不可以忽略时，可测量出被测拼接系统的相邻拼接角度的相对误差。
13、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
14、本专利技术一种基于后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，能直接实现广泛应用下的各种拼接系统的相邻拼接单元的角度误差测量，具有原理清晰明确、结构紧凑、工艺原理简单、安装精度要求低、造价便宜、易批量生产、安装调试测试方便等优点。本专利技术适用于各种拼接光学或非光学系统的拼接角度误差检测。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，包括安装于被测拼接系统中待测拼接位置的拼接式空心后向反射器，所述拼接式空心后向反射器包括若干个后向反射器单元，所述后向反射器单元的数量与待测拼接位置所涉及的待拼接单元的数量相同，在距离被测拼接系统预定距离或者预定角度范围设置有不影响系统使用的光源和回射光斑成像检测系统，所述光源的光照射到所述后向反射器单元，其反射光照射至回射光斑成像检测系统，通过对返回光斑进行光斑图像位移处理和测量，根据位移和角度正比关系，获得待拼接单元间的拼接角及其变化。
2.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述拼接式空心后向反射器包括二分立的拼接式空心后向反射器，所述二分立的拼接式空心后向反射器包括2个二分立的拼接式空心后向反射器单元，分别安装于拼缝两侧的待拼接单元上。
3.根据权利要求2所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述二分立的拼接式空心后向反射器基于三个相互正交的平面镜单元切分成为两个部分，其中一部分包含两块正交的反射镜，另
4.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述拼接式空心后向反射器包括三分立的拼接式空心后向反射器，所述三分立的拼接式空心后向反射器包括3个三分立的拼接式空心后向反射器单元，分别安装于拼接点三侧的待拼接单元上。
5.根据权利要求4所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述三分立的拼接式空心后向反射器基于三个相互正交的平面镜单元切分成为三个部分，每个部分均只包含一块反射镜。
6.根据权利要求3或5所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述反射镜为镀有高反膜的平面镜。
7.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述光源发出的光有序扫描被测拼接系统上的每条拼缝以及每个拼接点的拼接式空心后向反射器，返回的光束在回射光斑成像检测系统上形成光斑，最后光斑位置经图像处理获得拼接角度误差。
8.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，通过增加光源或者采用扩散点光源以发出并行照射光束。
9.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，对各组后向反射器单元，通过瞳孔定位出不同形状或者进行孔径编码，增加不同光束的系统偏置角。
10.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，当拼接式空心后向反射器的加工和安装误差可以忽略，或者不可以忽略但可以测量和标定时，可测量出被测拼接系统的相邻拼接角度的绝对误差；当拼接式空心后向反射器的加工和安装误差不可以忽略时，可测量出被测拼接系统的相邻拼接角度的相对误差。
...【技术特征摘要】
1.基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，包括安装于被测拼接系统中待测拼接位置的拼接式空心后向反射器，所述拼接式空心后向反射器包括若干个后向反射器单元，所述后向反射器单元的数量与待测拼接位置所涉及的待拼接单元的数量相同，在距离被测拼接系统预定距离或者预定角度范围设置有不影响系统使用的光源和回射光斑成像检测系统，所述光源的光照射到所述后向反射器单元，其反射光照射至回射光斑成像检测系统，通过对返回光斑进行光斑图像位移处理和测量，根据位移和角度正比关系，获得待拼接单元间的拼接角及其变化。
2.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述拼接式空心后向反射器包括二分立的拼接式空心后向反射器，所述二分立的拼接式空心后向反射器包括2个二分立的拼接式空心后向反射器单元，分别安装于拼缝两侧的待拼接单元上。
3.根据权利要求2所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述二分立的拼接式空心后向反射器基于三个相互正交的平面镜单元切分成为两个部分，其中一部分包含两块正交的反射镜，另一部分包含一块反射镜。
4.根据权利要求1所述的基于分立后向反射原理的拼接用共焦测角光学边缘传感器，其特征在于，所述拼接式空心后向反射器包括三分立的拼接式空心后向反射器，所述三分立的拼接式空心后向反射器包括3个三分立的拼接式空心后向反射器单元，分别安装于拼接点三侧的待拼接单元上。<...
【专利技术属性】
技术研发人员：张勇，刘鸿皓，李烨平，陆启帅，张茜，张超，李晓飞，倪季君，王佑，杨德华，沈世东，
申请(专利权)人：中国科学院南京天文光学技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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