CN104075656A - 激光干涉仪的准直偏差检测及消除方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了激光干涉仪的准直偏差检测方法及消除方法,该检测方法包括:将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上后,移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标,继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标,最后计算出激光干涉仪的准直偏差。本发明操作简单、快速且测量精度高,可广泛应用于激光测量技术领域中。
Description
技术领域
本发明涉及激光测量技术领域,特别是激光干涉仪的准直偏差检测及消除方法。
背景技术
激光干涉仪测量系统能够对机器和其他对位置精度要求高的系统进行完整的校准,可以精确地测量各种几何尺寸和动态机器特性,在科研和工程研究领域具有广泛的应用。在实际应用过程中,由于激光光束路径与运动轴之间的准直偏差,导致测量距离与实际移动距离之间存在误差,此误差的大小与激光光束和运动轴之间的准直偏差角有关,通常称之为余弦误差。测量时,随着激光行程的增大,余弦误差将被逐渐放大,激光干涉仪的准直偏差对测量精度有极大的影响,为了减少准直偏差带来的测量误差,必须将测量的激光光束调整与到激光干涉仪的运动轴平行。目前校正激光干涉仪的准直偏差,主要有以下几种方法:一、采用四象限探测器结合运算电路检测出激光点的偏移量,用户可以根据检测出来的偏移量调整激光干涉仪进行校正,从而降低余弦误差对测量精度的影响,调整激光干涉仪的方式为:根据检测出的偏移量,对激光干涉仪进行俯仰、偏摆、上下移动、左右移动等调整动作,但是这种方式调整到偏移量为零也不能确认激光光束与运动轴是平行的,因为激光点在不同位置,测得的偏移量也是不同的,这种方式需要反复多次调节才能将余弦误差尽量降低到最小,操作繁琐且校准效果差;二、采用PSD实时检测激光点测量光斑的漂移位移,然后根据该漂移位移对激光干涉仪测量的位移进行校正。但是目前大多数激光干涉仪并没有开放二次开发接口,很难获得测量的实时位移数据从而进行位移校正,而且因为激光干涉仪的准直偏差不仅仅会影响线性测量的精度,还会影响激光干涉条纹的强度、角度、直线度等的测量精度,这种校正方法不能解决这些问题。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明的目的是提供一种激光干涉仪的准直偏差检测方法,本发明的另一目的是提供一种激光干涉仪的准直偏差消除方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
激光干涉仪的准直偏差检测方法,包括:
S1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上;
S2、移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标;
S3、继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标;
S4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差。
进一步,所述步骤S4,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
进一步,所述步骤S4,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜角度、水平移动偏差和在Y方向上的垂直倾斜角度、垂直移动偏差:
上式中,θX表示水平倾斜角度,DX3表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,θY表示垂直倾斜角度,DY3表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
进一步,所述第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离或Y方向上的距离为零。
进一步,所述步骤S1中,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,所述窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。
本发明为解决技术问题所提出的另一技术方案是:
激光干涉仪的准直偏差消除方法,包括:
SS1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上;
SS2、移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标;
SS3、继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,实时获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标;
SS4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差;
SS5、在同一坐标系上实时显示第一光斑图像上的激光点和第二光斑图像上的激光点;
SS6、根据计算出的准直偏差显示出第二光斑图像的激光点的调整指示位置,然后调整激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置发生变化并移动到调整指示位置;
SS7、获取变化后的第二光斑图像并计算出该时刻第二光斑图像上的激光点的坐标后,根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及变化后的第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出调整后的激光干涉仪的准直偏差,然后判断激光干涉仪的准直偏差是否小于预设安全阈值,若是,则结束,否则返回执行步骤SS2。
进一步,所述步骤SS4包括:
SS41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
SS42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
进一步,所述步骤SS6中所述调整指示位置包括水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置,所述步骤SS6,包括:
SS61、按照依次进行水平倾斜调整、水平移动调整、垂直倾斜调整、垂直移动调整的顺序,根据计算出的水平倾斜偏差、水平移动偏差、垂直倾斜偏差和垂直移动偏差,区分显示出水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置;
SS62、在X方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置,然后水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置;
SS63、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置。
进一步,所述步骤SS6中所述调整指示位置包括水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置,所述步骤SS6,包括:
SS61、按照依次进行垂直倾斜调整、垂直移动调整、水平移动调整、水平倾斜调整的顺序,根据计算出的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差、水平移动偏差和水平倾斜偏差,区分显示出垂直摆动指示位置、垂直移动指示位置、水平移动指示位置以及水平摆动指示位置;
SS62、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置;
SS63、在X方向上水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置,然后摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置。
进一步,所述步骤SS1中,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,所述窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。
本发明的有益效果是:本发明的一种激光干涉仪的准直偏差检测方法,通过将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上后,移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标,进而继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标,最后根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差。本方法结合数字图像处理来获取激光干涉仪的准直偏差,操作简单、快速且测量精度高。
本发明的另一有益效果是:本发明的一种激光干涉仪的准直偏差消除方法,通过将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上后,移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标,进而继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标,最后根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差,然后实时显示第一光斑图像上的激光点和第二光斑图像上的激光点,并给出调整指示位置,使得使用者可以根据调整指示位置对激光干涉仪进行调整,在调整过程中,使用者可直接参照调整指示位置进行调整,避免了人眼直接观察激光点而造成的炫目等不良反应,而且操作简单、快速且测量精度高。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明的一种激光干涉仪的准直偏差检测及消除方法的实体操作示意图;
图2是图像采集模块在图1中的两处位置获得的两激光点之间的距离示意图;
图3是本发明的一种激光干涉仪的准直偏差消除方法的第一原理示意图;
图4是本发明的一种激光干涉仪的准直偏差消除方法的第二原理示意图;
图5是本发明的一种激光干涉仪的准直偏差消除方法的第三原理示意图;
图6是本发明的一种激光干涉仪的准直偏差消除方法的第四原理示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种激光干涉仪的准直偏差检测方法,包括:
S1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上;
S2、移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标;
S3、继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标;
S4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤S4,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤S4,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜角度、水平移动偏差和在Y方向上的垂直倾斜角度、垂直移动偏差:
上式中,θX表示水平倾斜角度,DX3表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,θY表示垂直倾斜角度,DY3表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
进一步作为优选的实施方式,所述第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离或Y方向上的距离为零。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤S1中,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,所述窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。
本发明还提供了一种激光干涉仪的准直偏差消除方法,包括:
SS1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上;
SS2、移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标;
SS3、继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,实时获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标;
SS4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差;
SS5、在同一坐标系上实时显示第一光斑图像上的激光点和第二光斑图像上的激光点;
SS6、根据计算出的准直偏差显示出第二光斑图像的激光点的调整指示位置,然后调整激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置发生变化并移动到调整指示位置;
SS7、获取变化后的第二光斑图像并计算出该时刻第二光斑图像上的激光点的坐标后,根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及变化后的第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出调整后的激光干涉仪的准直偏差,然后判断激光干涉仪的准直偏差是否小于预设安全阈值,若是,则结束,否则返回执行步骤SS2。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤SS4包括:
SS41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
SS42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤SS6中所述调整指示位置包括水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置,所述步骤SS6,包括:
SS61、按照依次进行水平倾斜调整、水平移动调整、垂直倾斜调整、垂直移动调整的顺序,根据计算出的水平倾斜偏差、水平移动偏差、垂直倾斜偏差和垂直移动偏差,区分显示出水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置;
SS62、在X方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置,然后水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置;
SS63、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤SS6中所述调整指示位置包括水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置,所述步骤SS6,包括:
SS61、按照依次进行垂直倾斜调整、垂直移动调整、水平移动调整、水平倾斜调整的顺序,根据计算出的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差、水平移动偏差和水平倾斜偏差,区分显示出垂直摆动指示位置、垂直移动指示位置、水平移动指示位置以及水平摆动指示位置;
SS62、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置;
SS63、在X方向上水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置,然后摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置。
进一步作为优选的实施方式,所述步骤SS1中,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,所述窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
实施例一
一种激光干涉仪的准直偏差检测方法,包括:
S1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上,优选的,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。图像采集模块可以采用数字相机,这里,数字相机实际上相当于固定在激光干涉仪的可动反射镜的位置,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上,实际上相当于将图像采集模块调整到与激光干涉仪的可动反射镜的光标大致处于同一位置。图1中附图标记1表示激光干涉仪,2表示激光光束,3表示图像采集模块,4表示运动平台。
S2、参照图1,移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离A后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标。
S3、参照图1,继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离B后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标。第二距离B应该适当地大一点,以便一光斑图像上的激光点的位置与第二光斑图像上的激光点的位置能区分开。
S4、根据第一距离A、第二距离B、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,如图2所示,图2中P1表示第一光斑图像上的激光点,P2表示第二光斑图像上的激光点,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
优选的,本实施例中第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离或Y方向上的距离为零,即激光干涉仪只在一个方向上有准直偏差,相应的,计算出来的准直偏差也只有X方向或Y方向上的。
下面结合第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离为零的情况来说明本实施例中准直偏差的公式的推导过程,即准直偏差只包括Y方向上的垂直倾斜偏差和垂直移动偏差。因为校正激光干涉仪的准直偏差较大时,可经过简单调节使得其准直偏差较小,本发明主要考虑校准很小的准直偏差,在图3所示的情况下,准直偏差很小,即在垂直方向的倾斜角度θ很小,因此倾斜角度θ满足关系式式中D表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离,因此,垂直倾斜偏差D1满足关系式同样的,垂直移动偏差D2满足关系式因此,只要将这里的D替换为DX或DY即可获得DX1、DX2或DY1、DY2的计算公式。
实施例二
一种激光干涉仪的准直偏差检测方法,包括:
S1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上,优选的,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。图像采集模块可以采用数字相机,这里,数字相机实际上相当于固定在激光干涉仪的可动反射镜的位置,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上,实际上相当于将图像采集模块调整到与激光干涉仪的可动反射镜的光标大致处于同一位置。图1中附图标记1表示激光干涉仪,2表示激光光束,3表示图像采集模块,4表示运动平台。
S2、参照图1,移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离A后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标。
S3、参照图1,继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离B后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标。第二距离B应该适当地大一点,以便一光斑图像上的激光点的位置与第二光斑图像上的激光点的位置能区分开。
S4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜角度、水平移动偏差和在Y方向上的垂直倾斜角度、垂直移动偏差:
上式中,θX表示水平倾斜角度,DX3表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,θY表示垂直倾斜角度,DY3表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,如图2所示,图2中P1表示第一光斑图像上的激光点,P2表示第二光斑图像上的激光点,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
因为校正激光干涉仪的准直偏差较大时,可经过简单调节使得其准直偏差较小,本发明主要考虑校准很小的准直偏差,在本实施方式中,准直偏差很小,即水平倾斜角度及垂直倾斜角度均很小,因此水平倾斜角度满足关系式垂直倾斜角度满足关系式因此可以计算得到水平倾斜角度及垂直倾斜角度的上述表示公式。
优选的,本实施例中第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离或Y方向上的距离为零,即激光干涉仪只在一个方向上有准直偏差,相应的,计算出来的准直偏差也只有X方向上的水平倾斜角度、水平移动偏差或Y方向上的垂直倾斜角度、垂直移动偏差。
本实施例与实施例一的区别是准直偏差的计算公式的不同,本实施例采用水平倾斜角度、水平移动偏差、垂直倾斜角度和垂直移动偏差来表示准直偏差。实际上根据本实施例获得的水平倾斜角度和垂直倾斜角度,也可以计算得到实施例一中的水平倾斜偏差和垂直倾斜偏差。不管准直偏差采用任何根据本实施例的准直偏差的计算公式能推断得到的公式来表示,均是落在本发明的保护范围内的。
实施例三
一种激光干涉仪的准直偏差消除方法,包括:
SS1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上。图像采集模块可以采用数字相机,这里,数字相机实际上相当于固定在激光干涉仪的可动反射镜的位置,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上,实际上相当于将图像采集模块调整到与激光干涉仪的可动反射镜的光标大致处于同一位置。图1中附图标记1表示激光干涉仪,2表示激光光束,3表示图像采集模块,4表示运动平台。
SS2、参照图1,移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离A后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标。
SS3、参照图1,继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离B后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标。第二距离B应该适当地大一点,以便一光斑图像上的激光点的位置与第二光斑图像上的激光点的位置能区分开。
SS4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差,包括:
SS41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
SS42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
本实施例是在实施例一的步骤后加入以下消除准直偏差的步骤,因此,关于准直偏差的详细获取过程这里不再进行描述。
SS5、在同一坐标系上实时显示第一光斑图像上的激光点和第二光斑图像上的激光点。
SS6、根据计算出的准直偏差显示出第二光斑图像的激光点的调整指示位置,然后调整激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置发生变化并移动到调整指示位置;
调整指示位置包括水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置,步骤SS6具体包括:
SS61、按照依次进行水平倾斜调整、水平移动调整、垂直倾斜调整、垂直移动调整的顺序,根据计算出的水平倾斜偏差、水平移动偏差、垂直倾斜偏差和垂直移动偏差,区分显示出水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置;
SS62、在X方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置,然后水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置;
SS63、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置。调节激光干涉仪后,激光光束照射到图像采集模块上的位置将会发生变化,因此,第二光斑图像上的激光点的位置也会发生变化,其实时显示的位置将会发生移动。垂直移动是指在垂直方向上移动,水平移动是指在水平方向上移动。
SS7、获取变化后的第二光斑图像并计算出该时刻第二光斑图像上的激光点的坐标后,根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及变化后的第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出调整后的激光干涉仪的准直偏差,然后判断激光干涉仪的准直偏差是否小于预设安全阈值,若是,则结束,否则返回执行步骤SS2。这里,判断激光干涉仪的准直偏差是否小于预设安全阈值的目的是使得准直偏差尽可能接近于零,因此,这里预设安全阈值越小越好。
实施例一中结合图3说明了准直偏差的计算过程,这里再结合图3及图4说明第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离为零的情况下,本消除方法对激光干涉仪的调节过程。结合实施例一可知,此情况下,准直偏差只包括Y方向上的垂直倾斜偏差和垂直移动偏差,相应地,调整激光干涉仪只有两种顺序:先进行垂直倾斜调整后进行垂直移动调整的顺序或先进行垂直移动调整后进行垂直倾斜调整的顺序,图3中下部分显示的是按照先进行垂直倾斜调整后进行垂直移动调整的顺序调整激光干涉仪时,所显示的垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置的情况,图3中,P1表示第一光斑图像上的激光点,P2表示第二光斑图像上的激光点,P3表示垂直摆动指示位置,P4表示移动指示位置,显然的,P4与P1重合。图4显示的是按照先进行垂直移动调整后进行垂直倾斜调整的顺序调整激光干涉仪时的示意图,所显示的垂直移动指示位置及垂直摆动指示位置情况,图4中P1表示第一光斑图像上的激光点,P2表示第二光斑图像上的激光点,P3表示垂直摆动指示位置,P4表示移动指示位置,同样的,P4与P1重合。
对于第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离为零的情况,或者是X方向上的距离与Y方向上的距离均不为零的情况,其调节原理也类似,这里不再一一进行论述。
实施例四
本实施例与实施例三基本相同,区别在于本实施例的步骤SS6包括以下步骤:
SS61、按照依次进行垂直倾斜调整、垂直移动调整、水平移动调整、水平倾斜调整的顺序,根据计算出的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差、水平移动偏差和水平倾斜偏差,区分显示出垂直摆动指示位置、垂直移动指示位置、水平移动指示位置以及水平摆动指示位置;
SS62、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置;
SS63、在X方向上水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置,然后摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置。
从以上步骤可以看出,本实施例与实施例三的区别在于根据准直偏差调节激光干涉仪的具体顺序上,准直偏差包括四个参数,因此不管按照什么顺序进行调节,均是落在本发明的保护范围内的。
实际上,也可以将水平倾斜调整和垂直倾斜调整叠加后显示摆动指示位置,同时将水平移动调整和垂直移动调整叠加后显示移动指示位置,按照先进行倾斜调整,后进行移动调整的顺序显示摆动指示位置、移动指示位置的情况如图5所示,图5中,P1表示第一光斑图像上的激光点,P2表示第二光斑图像上的激光点,P3表示摆动指示位置,P4表示移动指示位置,显然的,P4与P1重合,采用这种方式只需要显示调整指示位置,用户只需要进行两次调节即可。按照先进行移动调整,后进行倾斜调整的顺序显示移动指示位置、摆动指示位置的情况如图5所示,图5中,P1表示第一光斑图像上的激光点,P2表示第二光斑图像上的激光点,P3表示移动指示位置,P4表示摆动指示位置,显然的,P4与P1重合。
在本实施例中,图3至图6所关联的准直偏差消除方法实际上是不同的技术方案,因此,可以采用相同的附图标记表示不同的东西。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明,但本发明创造并不限于实施例,熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换,这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.激光干涉仪的准直偏差检测方法,其特征在于,包括:
S1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上;
S2、移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标;
S3、继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标;
S4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差。
2.根据权利要求1所述的激光干涉仪的准直偏差检测方法,其特征在于,所述步骤S4,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
3.根据权利要求1所述的激光干涉仪的准直偏差检测方法,其特征在于,所述步骤S4,包括:
S41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
S42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜角度、水平移动偏差和在Y方向上的垂直倾斜角度、垂直移动偏差:
上式中,θX表示水平倾斜角度,DX3表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,θY表示垂直倾斜角度,DY3表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
4.根据权利要求2所述的激光干涉仪的准直偏差检测方法,其特征在于,所述第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离或Y方向上的距离为零。
5.根据权利要求1所述的激光干涉仪的准直偏差检测方法,其特征在于,所述步骤S1中,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,所述窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。
6.激光干涉仪的准直偏差消除方法,其特征在于,包括:
SS1、将图像采集模块固定在置于激光干涉仪正前方的运动平台上,调整图像采集模块的位置使得激光干涉仪的激光光束照射到图像采集模块上;
SS2、移动运动平台使得其距离激光干涉仪的距离为第一距离后,获取激光光束照射到图像采集模块上的第一光斑图像,然后计算出第一光斑图像上的激光点的坐标;
SS3、继续往同一方向移动运动平台使其继续移动第二距离后,实时获取激光光束照射到图像采集模块上的第二光斑图像,然后计算出第二光斑图像上的激光点的坐标;
SS4、根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出激光干涉仪的准直偏差;
SS5、在同一坐标系上实时显示第一光斑图像上的激光点和第二光斑图像上的激光点;
SS6、根据计算出的准直偏差显示出第二光斑图像的激光点的调整指示位置,然后调整激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置发生变化并移动到调整指示位置;
SS7、获取变化后的第二光斑图像并计算出该时刻第二光斑图像上的激光点的坐标后,根据第一距离、第二距离、第一光斑图像上的激光点的坐标以及变化后的第二光斑图像上的激光点的坐标,计算出调整后的激光干涉仪的准直偏差,然后判断激光干涉仪的准直偏差是否小于预设安全阈值,若是,则结束,否则返回执行步骤SS2。
7.根据权利要求6所述的激光干涉仪的准直偏差消除方法,其特征在于,所述步骤SS4包括:
SS41、根据第一光斑图像上的激光点的坐标以及第二光斑图像上的激光点的坐标,计算获得在同一坐标系中,第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离和Y方向上的距离;
SS42、根据下式获得激光干涉仪的准直偏差,所述准直偏差包括在X方向上的水平倾斜偏差、水平移动偏差以及在Y方向上的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差:
上式中,DX1表示激光干涉仪在X方向上的水平倾斜偏差,DX2表示激光干涉仪在X方向上的水平移动偏差,DY1表示激光干涉仪在Y方向上的垂直倾斜偏差,DY2表示激光干涉仪在Y方向上的垂直移动偏差,A表示第一距离,B表示第二距离,DX表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的X方向上的距离,DY表示第一光斑图像上的激光点与第二光斑图像上的激光点的Y方向上的距离。
8.根据权利要求7所述的激光干涉仪的准直偏差消除方法,其特征在于,所述步骤SS6中所述调整指示位置包括水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置,所述步骤SS6,包括:
SS61、按照依次进行水平倾斜调整、水平移动调整、垂直倾斜调整、垂直移动调整的顺序,根据计算出的水平倾斜偏差、水平移动偏差、垂直倾斜偏差和垂直移动偏差,区分显示出水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置;
SS62、在X方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置,然后水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置;
SS63、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置。
9.根据权利要求7所述的激光干涉仪的准直偏差消除方法,其特征在于,所述步骤SS6中所述调整指示位置包括水平摆动指示位置、水平移动指示位置、垂直摆动指示位置以及垂直移动指示位置,所述步骤SS6,包括:
SS61、按照依次进行垂直倾斜调整、垂直移动调整、水平移动调整、水平倾斜调整的顺序,根据计算出的垂直倾斜偏差、垂直移动偏差、水平移动偏差和水平倾斜偏差,区分显示出垂直摆动指示位置、垂直移动指示位置、水平移动指示位置以及水平摆动指示位置;
SS62、在Y方向上摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直摆动指示位置,然后垂直移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到垂直移动指示位置;
SS63、在X方向上水平移动激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平移动指示位置,然后摆动调节激光干涉仪使得实时显示的第二光斑图像上的激光点的位置移动到水平摆动指示位置。
10.根据权利要求6所述的激光干涉仪的准直偏差消除方法,其特征在于,所述步骤SS1中,激光干涉仪的激光光束经过窄带滤光片后再照射到图像采集模块上,所述窄带滤波片的透光波长与激光光束的波长一致。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20160824 Termination date: 20210625 |