[发明专利]基于共路差分的多面体工件夹角变化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的多面体工件夹角变化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、第一反射镜和第二反射镜；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。激光器出射的一束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光两路信号在由测量单元到敏感单元之间都为共路信号，减小了测量误差，可以实现精密工件在不同状态下夹角变化的测量。

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的多面体工件夹角变化激光测量方法与装置。

背景技术

随着精密制造与加工技术的发展，对多面体工件夹角变化的测量精度要求不断提高。激光准直测量方法目前被广泛应用于多面体工件夹角变化测量。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，参考光只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的多面体工件夹角变化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的多面体工件夹角变化激光测量方法，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第一反射镜反射后，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、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包含光线角度漂移量误差的第一反射镜的二维角度信息；