CN103134447B - 基于双psd的激光空间角修正装置 - Google Patents

Abstract

基于双PSD的激光空间角修正装置，属于测量技术及激光技术应用领域。在激光光束作为基准光束使用中，需要对激光光束与激光接收器件之间空间角进行修正，获取激光垂直入射点坐标。基于双PSD的激光空间角修正装置主要由滤光片（1），装置外壳（2），处理电路（3），五棱镜（4），二维PSD位置传感器（5），通孔支座（6），透镜（7），空间角度校正PSD位置传感器（8）组成。实际使用过程中，激光进入装置后通过特制的五棱镜分成两束光束分别照射在两二维PSD位置传感器上，处理电路将两个二维PSD位置传感器信号送单片机处理后即可修正激光空间角，从而获得激光垂直入射到激光接收器件上的点的坐标。

Description

基于双PSD的激光空间角修正装置

技术领域

本发明涉及一种基于双PSD的激光空间角修正装置，属于测量技术及激光应用领域。

背景技术

在测量技术领域，激光光束通常起准直光束作用，然而由于激光器发出的光束无法实现垂直照射在激光接收器件上，激光光束与激光接收器件所在平面存在空间角，在高精度测量技术领域需要对空间角进行修正。

与本发明相关的现有技术领域中有“一种新型激光对中仪”(申请号：99255143.9)，其主要由激光器、一维PSD位置传感器器件、倾角传感器、半透半反镜和光电开关组成。在使用过程中需要在主动轴和从动轴靶盒上安装激光器，其中倾角传感器和一维PSD传感器安装在主动轴靶盒上，半透半反镜光电开关安装在从动轴靶盒上，其信号由计算机或单片机处理，该仪器对空间角的修正是通过对倾角传感器信号处理得出，但是倾角传感器只能对一个方向的角度倾斜进行测量无法实现空间角度测量，因此该方法在空间角度修正里是不完全的。

与本发明相关的现有技术领域中还有一种“激光向心对准、定位仪”(申请号：95208883.5)，其主要由激光器、反射光接收板、激光器支架、光轴调节器组成。在空间角度修正上，该仪器使用了一种球形铰链光轴调节器，当光轴与激光接受器件不垂直的时候通过调节光轴调节器对激光光源进行调节以达到激光光轴跟激光接受器件垂直的目的，但是该仪器并没有给出如何判断光轴与激光接受器件是否垂直，实际操作中存在较大的人为误差，在激光光束与激光接收器件之间的空间角度修正里是无效的。

发明内容

现有技术存在的问题是，激光光束与激光器接收器件所在平面之间的空间角采用倾角仪或者其他传感器件只能完成单一性方向的倾角修正无法实现空间角度修正。为解决现有技术的不足，我们发明了一种基于双PSD的激光空间角的修正装置。

本发明之基于双PSD的激光空间角的修正装置是这样实现的。见图1所示，基于双PSD的激光空间角修正装置主要由滤光片1、装置外壳2、处理电路3、五棱镜4、二维PSD位置传感器5、通孔支座6、透镜7、空间角度修正PSD位置传感器8组成。滤波片1安装与该装置外壳2上位于该装置的最前端，处理电路板3固定放置于机壳内，五棱镜4位于滤波片1之后放置在装置中，二维PSD位置传感器5放置于五棱镜后，位于该装置的最后端，透镜7水平放置于五棱镜4的下方，空间角度修正PSD位置传感器8水平放置于透镜7的焦平面上，且保证透镜4的光轴与PSD位置传感器5所在平面的法线平行。见图2所示，基于双PSD的激光空间角修正装置电路处理主要由二维PSD位置传感器5、空间角度修正PSD位置传感器8、信号放大-A/D转换处理模块、单片机处理器模块、显示电路模块组成。

本发明之基于双PSD的激光空间角度修正装置采用滤波片1是660nm波长滤波片，五棱镜4是定制五棱镜，其特征在于，五棱镜的一次反射面是半反半透涂层，二维PSD位置传感器5和空间角修正PSD位置传感器8是日本滨松公司生产S1880型PSD产品，透镜7焦距是20mm。

附图说明

附图1是本发明之基于双PSD的激光空间角修正装置示意图。该图同时还作为摘要附图。

附图2是本发明之基于双PSD的激光空间角修正装置之信号处理电路示意图。

附图1中，1是滤波片，2是装置外壳，3是信号处理电路板，4是五棱镜，5是二维PSD位置传感器，6是通孔支座架，7是透镜，8是空间角度修正PSD位置传感器。

具体实施方式

本发明之基于双PSD的激光空间角修正装置具体通过以下方式得以实现的。见图1所示，基于双PSD的激光空间角修正装置主要由滤光片1、装置外壳2、处理电路3、五棱镜4、二维PSD位置传感器5、通孔支座6、透镜7、空间角度修正PSD位置传感器8组成。其特征在于，滤波片1安装与该装置外壳2上位于该装置的最前端，处理电路板3固定放置于机壳内，五棱镜4位于滤波片1之后放置在装置中，二维PSD位置传感器5放置于五棱镜后，位于该装置的最后端，透镜7水平放置于五棱镜4的下方，空间角度修正PSD位置传感器8水平放置于透镜7的焦平面上，且保证透镜4的光轴与PSD位置传感器5所在平面的法线平行。

下面结合基于双PSD的空间角的修正方法说明本发明之基于双PSD的激光空间角修正装置在使用过程的这样实现，见图1、图2所示，其特征在于，当通过滤波片1进入装置的光束经镀有半反半透涂层的五棱镜分成两束光束分别在二维PSD位置传感器5和空间角修正PSD位置传感器8上形成两光斑，两二维PSD位置传感器将光斑位置信号经放大、A/D转换后送到单片机处理器中，单片机处理器根据“基于双PSD的空间角修正方法”所述坐标转换公式：

$\left\{\begin{array}{c}{x}^{\′}=x_{3}b\cos \mathrm{\ω}-y_{3}a\cos \mathrm{\ω}-\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\sin \mathrm{\ω}\\ y^{\′}=x_{3}b\sin \mathrm{\ω}-y_{3}a\sin \mathrm{\ω}+\frac{(m\·x_3+n\·y_3)}{p}\·\cos \mathrm{\ω}\end{array}\right.$

式子中，(x₅，y₅)是空间角修正PSD位置传感器8上光斑坐标，(x₃，y₃)是二维PSD位置传感器5上光斑坐标，其中f为聚焦透镜4的焦距； $n=\frac{y_5\cos \mathrm{\ω}}{f};$ p＝cosω； $a=\frac{y_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}};$ $b=\frac{x_5}{\sqrt{x_5^2+y_5^2}}.$

对二维PSD位置传感器上光斑坐标和空间角修正PSD位置传感器上坐标进行转换计算，从而获得激光垂直入射到二维PSD位置传感器上点坐标(x′，y′)，并将垂直入射点(x′，y′)送显示。

本发明之基于双PSD的空间角修正装置使用的滤波片1是660nm波长滤波片，五棱镜4的一次反射面镀有半反半透涂层，二维PSD位置传感器5和空间角修正PSD位置传感器8是日本滨松公司生产S1880型PSD产品，透镜7焦距是20mm，单片机采用ATMEGA16。

根据以上所述，本发明之基于双PSD的激光空间角修正装置即可修正激光光束与激光接收器件所在平面之间的空间角，获得激光光束垂直入射到激光接收器件上点的坐标，修正精度达0.1°，修正范围±3°。

Claims (4)

1.基于双PSD的激光空间角修正装置，其特征在于，该装置主要由滤光片（1），装置外壳（2），处理电路（3），五棱镜（4），二维PSD位置传感器（5），通孔支座（6），透镜（7），空间角度修正PSD位置传感器（8）组成；滤波片（1）安装与该装置外壳（2）上位于该装置的最前端，处理电路板（3）固定放置于机壳内，五棱镜（4）位于滤波片（1）之后放置在装置中，二维PSD位置传感器（5）放置于五棱镜（4）后，位于该装置的最后端，透镜（7）水平放置于五棱镜（4）的下方，空间角度修正PSD位置传感器（8）水平放置于透镜（7）的焦平面上，且保证五棱镜（4）的光轴与PSD位置传感器（5）所在平面的法线平行。

2.根据权利要求1所述的基于双PSD的激光空间角修正装置，其特征在于，采用了两个二维PSD位置传感器，且两者之间呈90°放置于五棱镜（4）的出射窗及透射窗两侧。

3.根据权利要求2所述的基于双PSD的激光空间角修正装置，其特征在于，五棱镜（4）的一次反射面上镀有半反半透涂层，光束经过五棱镜（4）后将分成两束光束，一束沿原方向传输另一束光束从五棱镜（4）出射窗射出。

4.根据权利要求3所述的基于双PSD的激光空间角修正装置，其特征在于，通过五棱镜（4）分成的两束光束中从出射窗射出的光束起参考作用。