[发明专利]一种基于双PSD的多自由度测量装置

说明书

本发明涉及一种基于双PSD的多自由度测量装置，由双PSD测量光学系统和光电二维精密转台组成，双PSD测量光学系统自身可以测量目标的x、y和绕x、绕y四个自由度，同时两台装置联用可以扩展为目标6自由度相对测量。另外双PSD测量光学系统可以瞄准目标，配合光电二维转台实现目标的空间方位角和俯仰角的测量；而且，双PSD测量光学系统与光电二维转台还能够通过互瞄，实现两台装置的相互定位，从而完成基准与测量面相隔离(目标与基准相隔较远或不在同一平面)时的特殊情况测量。

技术领域

本发明涉及一种基于双PSD的多自由度测量装置，属于激光测量技术领域。

背景技术

在航空航天、武器装备组装调试过程中，需要对组装零部件进行实时的装调和安装质量进行评估。这就要求对装调部件进行多自由度的实时监测和测量。目前，在相关生产加工现场，普遍使用经纬仪、跟踪仪和全站仪等仪器进行测量，但是无法满足实时监测和高精度测量的要求。另外国内部分研究机构研究相关专用的激光测量设备，但是使用范围较窄，无法满足相关领域的普遍要求。

匡萃方，冯其波等在论文《直线导轨四自由度同时测量方法的研究》中提出的四自由度测量方法，能够做到很高精度的四自由度测量，但是同样测量范围小的缺点使它难以在工业生产中应用；宋庆，王红平等提出的《双PSD实现长直导轨四自由度测量的新方法》，具有光路简洁，靶标简单的特点，但是缺点同样明显，一是理论上测量角度为零时，位移无法测量；二是工作距离较近，无法满足生产现场的长距离测量使用。

目前四自由度测量技术，主要存在以下几个问题：无法通过组合测量方式实现更多自由度扩展测量；片面要求高精度而导致测量量程小，不利于生产现场使用；距离工作较短，限制了仪器的使用环境；无法快速瞄准测量目标；没有功能参数扩展能力。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供基于双PSD的多自由度测量装置，具有测量范围大且精度高的特点，灵活调整位移和角度精度：具有目视观测瞄准功能：能够通过目视功能快速寻找目标，提高测量效率。

本发明技术解决方案：一种基于双PSD的多自由度测量装置，其特点在于：将多自由度测量光学系统与光电二维转台集成在一起，多自由度测量光学系统自身可以测量目标的x、y和绕x、绕y四个自由度，同时多自由度测量光学系统可以瞄准目标，配合光电二维转台实现目标的空间方位角和俯仰角的测量；而且两台仪器，即多自由度测量光学系统与光电二维转台还能够通过互瞄，实现两台仪器的定位，从而完成目标的6个自由度的同时测量。

所述多自由度测量光学系统包括激光器、第一BS、扩束前组、第二BS、调焦镜、扩束后组物镜、1/4波片、角锥棱镜、PBS、角度聚焦镜、用于角度测量的第一PSD、用于位置测量的第二PSD、作为正像的普罗棱镜、聚焦补偿镜、十字环形分划板、衰减片和目镜，上述各个部件形成总体光路分非成像的多自由度测量光路和成像的目视瞄准光路；

对于非成像的自多由度测量光路，首先由激光器发出的光束为P波线偏振光，经过第一BS半反半透后，然后在经过扩束前组，第二BS，调焦镜和扩束后组物镜对原光束进行准直扩束，形成准直光出射，出射光再经过1/4波片，1/4波片表面镀半反半透膜，形成两路测试光，一路是经半反半透膜反射光仍为P波线偏振光，然后在经过扩束后组物镜，调焦镜，第二BS，扩束前组，第一BS，PBS，角度聚焦镜，第一PSD形成基于PSD的角度测试光路；另一路透过1/4波片并经过角锥棱镜反射再次透过1/4波片形成S波线偏振光，然后S波线偏振光再经过扩束后组物镜，调焦镜，第二BS，扩束前组，第一BS，PBS，第二PSD形成位移测量光路；其中由第一BS半反半透，然后在经过扩束前组1，第二BS，调焦镜，扩束后组物镜组成的准直扩束系统具有变倍功能；

对于成像目视瞄准光路，则是由扩束后组物镜，调焦镜，第二BS，普罗棱镜，聚焦补偿镜，十字环形分划板，衰减片和目镜组成，形成的是一个具有内调焦功能，能够实现从0.5m－∞的清晰成像，对于通过成像快速寻找被测目标，并且能够对准目标进行空间角度测量。