[发明专利]一种三维角度测量方法及其装置

权利要求书

1.一种三维角度测量装置，其特征在于：它包括移动部件和固定部件；移动部件包括半透半反镜或膜（6）和长角镜（7），半透半反镜设置在长角镜前，或在长角镜前表面镀半透半反膜；固定部件包括激光器（1）、扩束准直镜（2）、分束器（3）和两个消光筒（4-1和4-2）、两个滤光片（5-1和5-2）、两个衰减片（9-1和9-2）、两个探测器（10-1和10-2）、激光测距仪（8）及消光器（11），在固定部件的出光口和入光口分别对应设置第一滤光片（5-1）和第二滤光片（5-2），激光测距仪（8）安装在固定部件的中间；所述测量装置的结构为：激光器（1）光源发出的光束经扩束准直镜（2）后，再经分束器（3）分成两路传输，一路传输至消光器（11），另一路传输至移动部件；传输至移动部件的光束先依次经设置在固定部件的第一消光筒（4-1）、第一滤光片（5-1）后，再经设置在移动部件的半透半反镜或膜（6）分成两部分，一部分经反射后返回固定部件，另一部分进入设置在移动部件的长角镜（7）的内部传输；返回固定部件的反射光束依次经第一滤光片（5-1）、第一消光筒（4-1）、分束器（3）和第一衰减片（9-1），进入第一探测器（10-1）；在移动部件的长角镜内部设置两个45度角的全反射面，进入长角镜（7）的内部传输的光束经两次全反射面反射后，再传输到固定部件；传输到固定部件的全反射光束依次经第二滤光片（5-2）、第二消光筒（4-2）和第二衰减片（9-2），进入第二探测器（10-2）。

2.根据权利要求1所述的一种三维角度测量装置，其特征在于：经扩束准直镜输出的光束直径为探测器面阵的直径或边长的一半。

3.根据权利要求1所述的一种三维角度测量装置，其特征在于：激光器为带有温控的半导体激光器模组。

4.根据权利要求1所述的一种三维角度测量装置，其特征在于：探测器为位置探测器PSD，四象限探测器QD，或 CCD、CMOS面阵器件。

5.一种三维角度测量方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）将三维角度测量装置的固件部件安装在多维移动台上，三维角度测量装置的移动部件固定在被测目标上；所述测量装置的结构为：固件部件的激光器（1）光源发出的光束经扩束准直镜（2）后，再经分束器（3）分成两路传输，一路传输至消光器（11），另一路传输至移动部件；传输至移动部件的光束经半透半反镜或膜（6）分成两部分，一部分光束经反射后返回固定部件，进入第一探测器（10-1）形成光斑；另一部分光束入射进入长角镜（7）内部，经两次全反射面反射后，出射光传输到固定部件，进入第二探测器（10-2）形成光斑；

（2）粗调移动部件和固定部件的相对位置，使固定部件出光口出射的光束经移动部件的半反半透镜/膜反射后，反射光束返回至出光口；

（3）调节多维移动台上固定部件的六个自由度，使分别在第一探测器（10-1）和第二探测器（10-2）上形成的光斑的坐标处于零点坐标附近，记录初始位置；

（4）记录移动部件入射光束与出射光束之间的距离（d）；

（5）记录固定部件出光口到第一探测器（10-1）的光传输距离（l₁），用激光测距仪测量固定部件和移动部件之间的距离（l₂）；

（6）实时测量第一探测器（10-1）和第二探测器（10-2）上形成的光斑的坐标位移变化；

（7）分别按俯仰角（θx）、偏摆角（θy）和翻滚角（θr）的三维角度计算方法，得到被测目标的三维角度变化结果。