CN100552378C - 基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法 - Google Patents

基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法 Download PDF

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Abstract

基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法。本发明涉及测量领域，它解决了在光束发散角小、指向控制精度要求高的光学测试系统中，激光发射轴与机械基准面的夹角需要严格测出，目前并无方法对其进行测量的问题。步骤如下：首先将高精度平面镜的反射面粘接于被测机械基准面上；其次进行测量，将发出激光光束通过长焦平行光管聚焦，照射在长焦平行光管的1∶1分光器上，50%光束经分光器反射于CCD探测器，另50%透射到角棱镜上；之后角棱镜光束沿原光路返回，光束经高精度平面镜(2)反射后重新入射长焦平行光管，成像于CCD探测器(4)上；最后求得两光点的方向角度偏差α、俯仰角度偏差β。本发明的测量精度提高到0.1μrad以上。

Description

基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法
技术领域
本发明涉及测量领域，具体涉及基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法。
背景技术
将激光发射系统安装于机械承载平台时，要求其激光发射轴与承载平台的基准面法线精确对准，这就要求在安装过程中可对激光发射轴与机械基准面同轴度进行高精度测量。目前大多数光学系统对光学轴与机械轴间的角度差要求并不严格，不需要对其间的差异进行精确测量。但对于光束发散角小、指向控制精度要求高的光学测试系统，其激光发射轴与机械基准面的夹角需要严格测出，目前并无方法对其进行测量。
发明内容
本发明为了解决在光束发散角小、指向控制精度要求高的光学测试系统中，激光发射轴与机械基准面的夹角需要严格测出，目前并无方法对其进行测量的问题，而提出了一种基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法。
本发明的步骤如下：
步骤一：将高精度平面镜2的反射面粘接于被测机械基准面6上，使高精度平面镜2法线方向与被测机械基准面6法线方向平行，高精度平面镜2挡住激光发射系统7出光孔径，其粘接于被测机械基准面6上的工作面镀有反射率为50％的半透半反膜，相反的工作面镀增透膜；
步骤二：进行测量时，被测激光发射系统7发出激光光束，激光光束经过长焦平行光管1聚焦，聚焦后被测激光光束照射在长焦平行光管1出光口与焦点之间的1∶1分光器5上，50％光束经分光器5反射聚焦于CCD探测器4，另50％光束经分光器5透射后入射角棱镜3；
步骤三：角棱镜3将使被测激光光束的入射光束沿原光路返回，被测激光光束的反射光束经长焦平行光管1后入射到高精度平面镜2上，被测激光光束的反射光束经高精度平面镜2反射后重新入射长焦平行光管1，高精度平面镜2的反射光束成像于CCD探测器4上；
步骤四：当激光发射系统7光轴与被测机械基准面6法线存在角度偏差时，被测激光光束的入射光束成像光点A与高精度平面镜2的反射光束成像光点B不重合；当两光点沿x轴方向位置偏差量为Δx，沿y轴方向位置偏差量为Δy时，则激光发射系统7光轴与机械基准面法线沿方位轴方向角度偏差α、俯仰角度偏差β分别为：
α＝Δx/F，β＝Δy/F
其中F为长焦平行光管1的焦距。
本发明提出了应用于高精度光学测试系统中，激光发射轴与机械基准面同轴度进行精确测量的方法。基于角棱镜及分光系统将测量精度提高到0.1μrad以上。当长焦平行光管的焦距为10m时，测量位置偏差为1μm，测量精度可达到0.1μrad。
附图说明
图1是本发明的装置连接结构示意图；图2是被测激光光束的入射光束成像光点与高精度平面镜2的反射光束成像光点的效果图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式的步骤如下：
步骤一：将高精度平面镜2的反射面粘接于被测机械基准面6上，使高精度平面镜2法线方向与被测机械基准面6法线方向平行，高精度平面镜2挡住激光发射系统7出光孔径，其粘接于被测机械基准面6上的工作面镀有反射率为50％的半透半反膜，相反的工作面镀增透膜；
步骤二：进行测量时，被测激光发射系统7发出激光光束，激光光束经过长焦平行光管1聚焦，聚焦后被测激光光束照射在长焦平行光管1出光口与焦点之间的1∶1分光器5上，50％光束经分光器5反射聚焦于CCD探测器4，另50％光束经分光器5透射后入射角棱镜3；
步骤三：角棱镜3将使被测激光光束的入射光束沿原光路返回，被测激光光束的反射光束经长焦平行光管1后入射到高精度平面镜2上，被测激光光束的反射光束经高精度平面镜2反射后重新入射长焦平行光管1，高精度平面镜2的反射光束成像于CCD探测器4上；
步骤四：当激光发射系统7光轴与被测机械基准面6法线存在角度偏差时，被测激光光束的入射光束成像光点A与高精度平面镜2的反射光束成像光点B不重合；当两光点沿x轴方向位置偏差量为Δx，沿y轴方向位置偏差量为Δy时，则激光发射系统7光轴与机械基准面法线沿方位轴方向角度偏差α、俯仰角度偏差β分别为：
α＝Δx/F，β＝Δy/F
其中F为长焦平行光管1的焦距。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点在于长焦平行光管1的焦距为12m，口径为400mm。其它组成和步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同点在于高精度平面镜2为口径为φ300的平面镜，面型精度(RMS)为1/70λ。其它组成和步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同点在于CCD探测器4采用像元数795(H)×596(V)面阵式CCD摄像机。其它组成和步骤与具体实施方式一相同。选用敏通公司生产的MTV-1801。

Claims (2)

1、基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法，其特征在于它的步骤如下：
步骤一：将高精度平面镜(2)的反射面粘接于被测机械基准面(6)上，使高精度平面镜(2)法线方向与被测机械基准面(6)法线方向平行，高精度平面镜(2)挡住激光发射系统(7)出光孔径，其粘接于被测机械基准面(6)上的工作面镀有反射率为50％的半透半反膜，相反的工作面镀增透膜；
步骤二：进行测量时，被测激光发射系统(7)发出激光光束，激光光束经过长焦平行光管(1)聚焦，聚焦后被测激光光束照射在长焦平行光管(1)出光口与焦点之间的1∶1分光器(5)上，50％光束经分光器(5)反射聚焦于CCD探测器(4)，另50％光束经分光器(5)透射后入射角棱镜(3)；
步骤三：角棱镜(3)将使被测激光光束的入射光束沿原光路返回，被测激光光束的反射光束经长焦平行光管(1)后入射到高精度平面镜(2)上，被测激光光束的反射光束经高精度平面镜(2)反射后重新入射长焦平行光管(1)，高精度平面镜(2)的反射光束成像于CCD探测器(4)上；
步骤四：当激光发射系统(7)光轴与被测机械基准面(6)法线存在角度偏差时，被测激光光束的入射光束成像光点A与高精度平面镜(2)的反射光束成像光点B不重合；当两光点沿x轴方向位置偏差量为Δx，沿y轴方向位置偏差量为Δy时，则激光发射系统(7)光轴与机械基准面法线沿方位轴方向角度偏差α、俯仰角度偏差β分别为：
α＝Δx/F，β＝Δy/F
其中F为长焦平行光管(1)的焦距。
2、根据权利要求1所述的基于角棱镜的激光发射轴与机械基准面同轴度测量方法，其特征在于长焦平行光管(1)的焦距为12m，口径为400mm。
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