[发明专利]基于角度测量的三角法测距误差补偿方法

摘要

本发明公开了一种基于角度测量的三角法测距误差补偿方法，属于三角法测距的误差补偿技术。该方法采用垂直入射三角法测距装置，将入射光分为两束，一部分垂直入射被测物体表面，其反射光的偏转角度经临界角角度测量装置检测；一束光采用垂直入射光三角法测距，测距结果中减去由于被测物体表面倾角变化引入的测量误差。补偿量的确定：转角测量值为零时，只有位移变化误差为零；根据偏移距离Λ计算的物面转角和测量值γ相等，只有角度变化位移为零；既有位移又有角度变化，由γ测量值经计算得到的线位移不等于Λ，再经计算，根据测量值Σ求得纯线位移x。本发明的优点在于根据测量被测物体表面倾角变化补偿角度变化引入的测量误差，提高位移测量的精度。

主权项

1.一种基于角度测量的三角法测距误差补偿方法，该方法采用基于角度测量的三角法测距误差补偿装置，该装置包括垂直入射三角法测距装置中的准直光源、凸透镜、被测物体表面或物体表面的反射镜，以及凸透镜后边的反射镜、光电接收器、1/4波片、偏光分光镜、分光镜、两个临界角棱镜、两个光电二极管，其特征在于将入射光分为两束，一部分垂直入射被测物体表面，其反射光的偏转角度经临界角角度测量装置检测；一束光采用垂直入射光三角法测距，然后，在测距结果中减去由于被测物体表面倾角变化引入的测量误差，所述的误差补偿量如下：1).只有位移变化时当只有位移变化时，入射角θi不变，反射光平行于主光线反射，反射角也不变，即图中的θ1＝θ2＝θ，经过透镜后汇聚于主光线与焦平面焦点上，得到：tgθ＝d/f，其中d为入射光到透镜中心距离，f为透镜的焦距，当被测面有向上/下位移x时，反射光在透镜上的偏移距离Δ为：Δ＝±2xtgθ (1)由Δ求得位移量x；2).只有角度变化时当被测面没有位移变化而只是以O点为初始点做一维小角度变化时，入射点O不变，因此反射光可以看作成由焦点O发出的散射光，经过透镜后变成平行光射出，当被测面左旋γ角时，令γ1＝γ2＝γ，反射光线向左转过2γ角，因此反射光在透镜上的偏移距离为：Λ1＝f[tgθ-tg(θ-2γ)] (2)当被测面右旋β角时，反射光线向右转过2β角，因此反射光在透镜上的偏移距离为：Λ2＝f[tg(θ+2γ)-tgθ] (3)通过角度测量装置测量出角位移量γ；3).既有位移又有角度变化由于位移移动方向不影响角度的测量，而且也不影响位移测量系统中角度的计算，不妨假设位移方向向下，(1)被测面有位移而且向左旋转γ角时，角度变化使反射光在透镜上的移动距离与位移变化所引起的偏移矢量相叠加，其关系式为：x＝x′+x′tgθtgγ (4)由入射光线与出射光线的位置关系可以得出：Δ＝x′[tgθ+tg(θ-2γ)] (5)角度变化由公式(2)给出，综合以上三式得到左旋位移∑总公式：$\Sigma =\Delta +\Lambda =\frac{x}{1+\mathrm{tg\theta tg\gamma }}[\mathrm{tg\theta }+\mathrm{tg}(\theta -2\gamma )]+f[\mathrm{tg\theta }-\mathrm{tg}(\theta -2\gamma )]---\left(6\right)$ 通过角度测量装置测量出角位移量γ以后，由式(6)求得实际偏移量x；(2)被测面有位移而且向右旋转γ角时，角度变化使反射光在透镜上的移动距离与位移变化所引起的偏移矢量相叠加，此时：x＝x′-x′tgθtgγ (7)由入射光线与出射光线的位置关系可以得出：Δ′＝x′[tgθ+tg(θ+2γ)] (8)角度变化由公式(3)给出，综合三式可以得出右旋位移总公式：$\Sigma ={\Delta }^{\prime }+\Lambda =\frac{x}{1-\mathrm{tg\theta tg\gamma }}[\mathrm{tg\theta }+\mathrm{tg}(\theta +2\gamma )]+f[\mathrm{tg}(\theta -2\gamma )-\mathrm{tg\theta }]---\left(9\right)$ 通过角度测量装置测量出角位移量γ以后，由式(9)求得实际偏移量x。