CN109813235A - 一种长距离激光位移检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种长距离激光位移检测装置，包括激光器及光路控制系统、第一基准探测器、第二基准探测器、第一检测探测器、第二检测探测器、第三检测探测器、光路传输通道及其支撑架、抽真空设备、通道连接设备。激光光路在低压真空环境中传输，基准探测器及检测探测器均组装在真空环境内。第一基准探测器固定在激光器的出口处；第二基准探测器固定在装置的末端。第一检测探测器、第二检测探测器与第三检测探测器均布在第一基准探测器和第二基准探测器中间。本发明的激光位移检测装置通过基准探测器标定激光束的基准位置，使用检测探测器获取激光束的光斑横向偏移量，即可测出被测基准与激光对准基准的相对偏差。
Description
技术领域
本发明涉及位置监测技术领域，特别涉及一种长距离激光位移检测装置。
背景技术
随着科技发展需要，对粒子加速器关键元部件的稳定性要求越来越高，它们的定位精度和运行时其相对位置的稳定性决定着整个机器是否正常运行，比如新一代同步辐射光源、粒子对撞机等大科学工程的建造，整个系统对于准直安装的精度和机器运行时元部件的位置变化量要求非常高。现有长距离激光准直技术主要是菲涅尔波带板激光准直，使用环形波带片将激光聚焦在一点，当被测物发生位移变化时，根据激光的特点和光波干涉原理，可以计算出激光的偏移值，从而可以得出被测物偏移位移，真空环境下采用位置传感器采集图像时精度可以达到50微米每百米，但是距离长光斑会散开，在大气环境下该精度更低。国外使用激光位移检测技术情况，美国斯坦福2英里直线加速器上基于菲涅尔波带板的激光对准技术是最早的长距离激光对准技术，其精度为100微米。应用于欧洲X射线自由电子激光器设备对准的泊松斑激光对准系统精度为100微米至200微米。日本KEKB的粒子加速器激光对准系统精度为60微米。我国在长距离激光对准技术的研究起步较晚，开展的相关研究精度较低或者检测距离较短，尚无长距离高精度的激光位移检测装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的长距离激光位移检测装置。
本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种长距离激光位移检测装置。包括激光器及光路控制系统1、第一基准探测器2、第二基准探测器10、第一检测探测器7、第二检测探测器8、第三检测探测器9、光路传输通道3、支撑架6、抽真空设备4、通道连接设备5。光路传输通道3为低压真空环境，通过抽真空设备4获得低压真空环境。激光器及其光路控制系统1、第一基准探测器2、第一检测探测器7、第二检测探测器8、第三检测探测器9、第二基准探测器10依次组装在光路传输通道3上。
本发明的装置，第一基准探测器2和第二基准探测器10用于检测激光束的基准位置，第一检测探测器7、第二检测探测器8和第三检测探测器9用于检测激光束的光斑横向偏移量，即可测出被测基准与激光对准基准的相对偏差。
需要说明的是，本发明的装置中，在第一基准探测器2、第二基准探测器10、第一检测探测器7、第二检测探测器8、第三检测探测器9上分别使用了水平平移台12及垂直平移台13实现两个方向的平动，以便于不工作的探测器退出光路，避免遮挡激光束往更远距离的探测器方向传输。两个平移台上分别安装高精度光栅尺，探测器横向和纵向位置由水平平移台12及垂直平移台13内部的光栅尺测量得出。
需要说明的是，检测探测器的位移通过水平平移台12及垂直平移台13内部的光栅尺测量得出并反馈回控制系统进行计算。
需要说明的是，本发明的装置中，光路传输通道3内部表面涂有丙烯酸树脂黑色涂料，防止激光的反射及散射。
需要说明的是：第一基准探测器2固定在激光器及其光路控制系统1的出口处；第二基准探测器10固定在光路传输通道3的末端。第一检测探测器7、第二检测探测器8与第三检测探测器9均布在光路传输通道3中间。
需要说明的是：检测探测器的数量不局限于3个，可以根据检测距离的长度适当增加或减少数量。
需要说明的是：基准探测器及检测探测器均采用CCD成像系统作为探测传感器。CCD传感器也可以使用CMOS传感器代替使用。
本发明的装置在使用时，将激光器及光路控制系统1、第一基准探测器2、第二基准探测器10、支撑架6安装于定位基准上，光路传输通道3安装于支撑架6上，光路传输通道3连接抽真空设备4，将第一探测检测器7，第二探测检测器8，第三探测检测器9安装于被测基准上，首次安装后，测定每个探测检测器相对激光的位移并记录，后续测定每个探测器相对激光的位移偏差即可获得被测基准和定位基准的位移偏差。
本发明的装置，能够实现长距离位移偏差检测，激光束在真空环境中的长距离传输，并保持稳定穿过两个基准探测器，在被测基准上固定探测器，采用相关算法计算检测激光打在检测探测器上的位置偏差，结合检测探测器运动平台位置反馈数据进行计算，进而确定被测基准及激光束基准偏差，确定被测基准与定位基准的偏差，可使用于加速器设备的微位移检测，或其他设备的相对位置偏差。
本发明的有益效果在于：
本发明的长距离激光位移检测装置，激光束在真空环境下，且光路传输通道内部涂黑，有效防止激光的反射及散射。采用基准探测器及检测探测器相对位移检测方法，有效提高了检测精度，经过理论分析计算，检测精度能够达到10微米每百米。
附图说明
图1为本发明实施例中长距离激光位移检测装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中长距离激光位移检测装置的局部结构示意图。
图3为本发明实施例中长距离激光位移检测装置的探测器系统结构示意图。
图中，1为激光器及光路控制系统、2为第一基准探测器、10为第二基准探测器、7为第一检测探测器、8为第二检测探测器、9为第三检测探测器、3为光路传输通道、6为支撑架、4为抽真空设备、5为通道连接设备，11为探测器元件，12为垂直位移台，13为水平位移台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
在图1中，本发明一种长距离激光位移检测装置，包括激光器及光路控制系统1、第一基准探测器2、第二基准探测器10、第一检测探测器7、第二检测探测器8、第三检测探测器9、光路传输通道3、支撑架6、抽真空设备4、通道连接设备5构成。第一基准探测器2、第二基准探测器10安装于定位基准上，第一检测探测器7、第二检测探测器8、第三检测探测器9安装于被测基准上。
在图2中，本发明一种长距离激光位移检测装置第一基准探测器2安装于激光器及光路控制系统1后，光路传输通道3由支撑架6支撑并固定，光路传输通道3与第一基准探测器2之间采用通道连接设备5进行连接，主要是用于真空密封。
在图3中，本发明一种长距离激光位移检测装置的基准探测器及检测探测器结构，在第一基准探测器2、第二基准探测器10、第一检测探测器7、第二检测探测器8、第三检测探测器9上分别使用了水平平移台12及垂直平移台13实现两个方向的平动，以便于不工作的探测器退出光路，避免遮挡激光束往更远距离的探测器方向传输。两个平移台上分别安装高精度光栅尺，探测器横向和纵向位置由水平平移台12及垂直平移台13内部的光栅尺测量得出。
激光束及光路控制系统1发出激光束在光路传输通道3中传输，通过第一基准探测器2和第二基准探测器10测定激光束的位置并记录作为基准激光束。通过基准探测器的水平平移台12及垂直平移台13动作，将第一基准探测器2和第二基准探测器10的探测器退出激光束的光路，随后通过检测探测器的水平平移台12及垂直平移台13动作，将第一检测探测器7的探测器推至激光束的光路，检测基准激光束在第一检测探测器7上的激光位置，检测完成后再将第一检测探测器7退出激光束的光路。依次使用第二检测探测器8、第三检测探测器9进行激光位置检测。并将第一次检测探测器的检测结果作为后续检测探测器的位置校准基准，当被测基准相对于定位基准发生位置偏移时，通过检测探测器前后获得的激光位置偏差计算即可获得每个检测探测器相对激光。
Claims (4)
1.一种长距离激光位移检测装置，其特征在于：包括激光器及光路控制系统(1)、第一基准探测器(2)、第二基准探测器(10)、第一检测探测器(7)、第二检测探测器(8)、第三检测探测器(9)、光路传输通道(3)、支撑架(6)、抽真空设备(4)和通道连接设备(5)；所述光路传输通道(3)为低压真空环境，通过抽真空设备(4)获得低压真空环境；所述激光器及其光路控制系统(1)、第一基准探测器(2)、第一检测探测器(7)、第二检测探测器(8)、第三检测探测器(9)、第二基准探测器(10)依次组装在光路传输通道(3)上；第一基准探测器(2)和第二基准探测器(10)用于检测激光束的基准位置，第一检测探测器(7)、第二检测探测器(8)和第三检测探测器(9)用于检测激光束的光斑横向偏移量，即可测出被测基准与激光对准基准的相对偏差。
2.根据权利要求1所述的一种长距离激光位移检测装置，其特征在于：第一基准探测器(2)固定在激光器及其光路控制系统(1)的出口处；第二基准探测器(10)固定在光路传输通道(3)的末端；第一检测探测器(7)、第二检测探测器(8)与第三检测探测器(9)均布在光路传输通道(3)中间。
3.根据权利要求1所述的一种长距离激光位移检测装置，其特征在于：光路传输通道(3)内部表面涂有丙烯酸树脂黑色涂料，防止激光的反射及散射。
4.根据权利要求1所述的一种长距离激光位移检测装置，其特征在于：在第一基准探测器(2)、第二基准探测器(10)、第一检测探测器(7)、第二检测探测器(8)、第三检测探测器(9)上分别使用了水平平移台(12)及垂直平移台(13)实现两个方向的平动，以便于不工作的探测器退出光路，避免遮挡激光束往更远距离的探测器方向传输；两个平移台上分别安装高精度光栅尺，探测器横向和纵向位置由水平平移台(12)及垂直平移台(13)内部的光栅尺测量得出。
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