[发明专利]一种激光跟踪仪测量中环境补偿的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种激光跟踪仪测量中环境补偿的方法，属于光电工程技术领域，主要应用于激光跟踪仪测量时环境的补偿，特别是应用于激光跟踪仪大尺寸在线测量的环境补偿。

背景技术

在大尺寸高精度工件检测中，激光跟踪仪得到了越来越广泛的应用，然而，大尺寸测量通常是在线测量，环境带来的影响(主要包括空气折射率变化和相对位移及震动)成为限制测量精度的一个重要因素，而在生产车间创造实验室测量环境条件将导致检测成本大大提升，因此激光跟踪仪测量过程中的环境补偿是一个非常重要的课题。

现有的激光跟踪仪主要利用温度、湿度、气压传感器来监测空气折射率的变化进行测量的补偿，而这种补偿方式受限于传感器的数量，因此，它很难准确反映整个测量路径上环境的变化量。并且，传统的激光跟踪仪没有采取措施对测量过程中跟踪仪相对被测件发生的相对位移进行补偿，而这些因素将最终降低测量的精度，甚至导致测量的失败。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对目前大尺寸高精度在线检测中，由于测量过程中空气折射率变化及激光跟踪仪相对被测件的相对位移造成的检测精度的下降，提供一种结构简单、成本低廉的环境补偿方法。

本发明的技术解决方案：一种激光跟踪仪测量中环境补偿的方法，实现步骤如下：

第一步，从激光跟踪仪内置双频激光器的出射双频激光中分光出补偿用激光；

第二步，将补偿用激光投射至被测件上并由角锥棱镜反射形成补偿光路；

第三步，在补偿光路中加入干涉元器件，使补偿光路具备双频激光干涉测距功能；

第四步，在补偿光路中加入分光及PSD(位置敏感探测器)，使补偿光路具备PSD位移测量功能；

第五步，使用双频激光干涉测距数据及PSD位移测量数据对激光跟踪仪测量结果补偿。

所述的第一步中，从激光跟踪仪内置双频激光器的出射双频激光中分光出补偿用激光的方法为：在激光出射路径上加入分光镜，透过分光镜的光束为激光跟踪仪测量用激光，方向转折的光束为补偿用激光。

所述的第二步中，将补偿用激光投射至被测件上并由角锥棱镜反射形成补偿光路的方法为：

(1)加入平面反射镜，调整激光跟踪仪相对被测件姿态，并旋转平面反射镜进行光路调整实现补偿用激光投射。

(2)在确定激光投射位置后，在被测件上补偿用激光光束光斑位置处调整并固定并角锥反射镜。

所述的第三步中，在补偿光路中加入干涉元器件，使补偿光路具备双频激光干涉测距功能的方法为：

(1)在分光镜后加入干涉镜，形成光干涉；

(2)加入接收器对干涉测量光信号进行接收并转换；

(3)加入信号处理电路，利用光接收器信号与激光器信号得出位移变化量。

所述的第四步中，在补偿光路中加入分光及PSD，使补偿光路具备PSD位移测量功能的方法为：

(1)在角锥反射镜前添加分光镜，光束透过部分为双频干涉测距所用激光，光束转折部分为PSD位移测量所需激光。

(2)转折光路中加入滤光片用以过滤杂散光；

(3)在滤光片后加入二维PSD，用以进行二维位移探测。

(4)加入PSD信号处理模块对PSD测量信号处理，得出位移信号。

所述的第五步中，使用双频激光干涉测距数据及PSD位移测量数据对激光跟踪仪测量结果补偿的方法为：

(1)使用双频激光干涉测距结果l_r对激光跟踪仪距离测量结果l_t进行直接补偿，补偿后长度l_c为l_c＝l_t+l_r；

(2)使用PSD位移测量结果l_v、l_h对激光跟踪仪角度测量结果θ_t、φ_t进行补偿，其中l_v为PSD的y方向测量结果，l_h为PSD的x方向测量结果，θ_t为激光跟踪仪测量垂直角，φ_t为激光跟踪仪测量水平角，补偿后垂直角θ_c为补偿后水平角φ_c为