[发明专利]基于共路差分和自校零的二维小角度激光测量方法与装置

说明书

本发明提供了一种基于共路差分和自校零的二维小角度激光测量方法与装置。该装置包括：激光发射单元、测量单元、敏感单元和校零光学单元，测量单元包括激光入射端、准直镜、隔离器、起偏器、分光镜、聚焦透镜、第二偏振分光镜、第一探测器和第二探测器；敏感单元包括第一偏振分光镜、参考反射镜和测量反射镜；校零光学单元由第三偏振分光镜、第三反射镜、第四反射镜和导轨组成。激光器出射的激光经过准直镜和起偏器后，得到两正交偏振光S光与P光，S光与P光经分光镜透射后沿相同轨迹出射。本发明中的S光与P光两路信号在测量单元与敏感单元之间完全共路，采用差分处理减少各种因素造成的光线漂移对测量结果的影响，提高了测量可靠性。

技术领域

本发明涉及空间几何精度检测技术领域，尤其涉及一种基于共路差分和自校零的二维角度激光测量方法与装置。

背景技术

随着精密制造、加工与装配技术的发展，对二维小角度或其变化的测量精度要求不断提高。激光自准直测量方法由于结构简单、测量精度较高，被广泛应用于二维小角度或角度变化的测量。然而，由于激光在空间传播时受到机械蠕变、空气扰动和激光器自身变化等诸多因素的影响，造成激光光线漂移，给测量带来误差。为了抑制光线漂移给测量带来的上述误差，通常采用共路方法。所谓共路方法是将激光光束分为参考光与测量光，由于两光束在传播过程中共路，在敏感单元端被分开，分别由固定的参考面以及被测面反射，然后在返回测量单元时继续共路，因此，参考光带有光线漂移的信息，测量光则带有光线漂移和被测角度的信息，通过检测参考光的漂移情况可实现对测量光的漂移的补偿。现有技术中的光线漂移补偿的方法有：

(1)申请人在《一种自动测量光线漂移角的激光准直系统与准直方法，ZL200410006321.9》公开了共路光线漂移实时测量与数字补偿方法，可以减少激光漂移对激光准直或自准直测量结果的影响，该方法的缺点为：要借助于角锥反射镜或猫眼镜获得激光光线漂移，适应于激光多自由度误差同时测量。

(2)发明专利“偏振光角锥靶标共光路补偿的二维光电自准直方法与装置”(ZL2011 1002 1730.6)与“偏振光平面镜参考共光路补偿的二维光电自准直方法与装置”(ZL2011 1002 1726.X)中，都提出一种实时控制光线漂移方法，控制器根据参考光束反映的漂移量实时控制二维光束偏转装置，抑制耦合在测量光束中的漂移量。该方法的缺点为：在实际使用过程中，采用压电陶瓷对光束偏转进行控制，补偿效果受到压电陶瓷自身迟滞特性、蠕变特性、温度特性以及其驱动电路的影响，且压电陶瓷控制系统的响应时间为ms级，有一定滞后性，同时引入硬件部分会增加测量装置的成本和复杂性。

此外，在长时间的测量过程中，除了光线漂移误差外，电路噪声以及测量单元机械结构稳定性也会引入测量误差。该误差并未在现有技术中的光线漂移补偿的方法得到补偿，限制了角度测量精度。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于共路差分和自校零的二维小角度激光测量方法与装置，以克服现有技术的问题。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于共路差分和自校零的二维小角度激光测量方法，包括：

步骤1、激光器出射的一束激光，经过准直镜扩束准直成平行光束，平行光束经过起偏器后，得到两正交偏振光S光与P光，S光与P光经分光镜透射后，沿相同轨迹出射；

步骤2、所述相同轨迹出射的S光与P光入射至第一偏振分光镜后，S光被第一偏振分光镜反射、P光被第一偏振分光镜透射；

步骤3、所述第一偏振分光镜的反射光经参考反射镜反射后，变为S′光，S′光经第一偏振分光镜反射后、沿原光路返回，S′经分光镜反射、聚焦透镜聚焦和第二偏振分光镜反射后，成像在第一探测器敏感面上，根据成像坐标计算出光线的角度漂移量；