CN116718355B - 一种逆反射样品位姿调整装置及调整方法 - Google Patents

一种逆反射样品位姿调整装置及调整方法 Download PDF

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Abstract

一种逆反射样品位姿调整装置及调整方法，基准体上设置有升降台，升降台上设置有水平旋转台，水平旋转台上设置有逆反射样品支架，逆反射样品支架为U形支撑架的两内侧壁中部铰接有样品安装板，样品安装板的顶部设置有第二照度探测器、中心位置设置有第一照度探测器、下部设置第五照度探测器，U形支撑架的两前侧壁上分别设置有第三照度探测器、第四照度探测器，第一照度探测器～第五照度探测器输出端与位于基准体一侧的数据处理及显示模块相连，数据处理及显示模块用于显示当前样品安装板的位姿及垂直方向和水平方向的偏转角度。本发明大幅提高了位姿调整精度与效率，降低了位姿调整难度。

Description

一种逆反射样品位姿调整装置及调整方法
技术领域
本发明属于光学性质的测试技术领域，具体涉及到一种逆反射样品位姿调整装置及调整方法。
背景技术
位姿调整恰当一方面可以确保设备放置平稳，正常运作，另一方面又是保证许多精密实验精度的决定性因素。例如在军事武器装备中，机动雷达和导弹发射车等到达预定作战阵地后都要求进行架设，此时必须对其位姿进行精确调整才可以使它们放置平稳，从而快速捕捉目标，实现精确打击。在许多光学实验中，例如小型激光器输出功率、脉冲重复率、脉冲能量等参数的测量，为了保证测量精度，必须使激光器的轴线与探测器探头轴线重合，这就需要对探测器位姿进行精确调整以减小实验误差。
在逆反射测量实验中，为了确保光源发出的光线垂直照射在待测逆反射样品表面，目前常见用的样品位姿调整方式为手动调整，首先转动逆反射样品支架，使支架背面的平面镜面对光源；其次在光学暗室中借助平面镜得到光源经平面镜后的反射光线与发射光线之间的夹角；然后反复调整逆反射样品支架的高度、转动角度与俯仰角度并锁定，使反射光线与发射光线重合；最后转动支架180°，使支架正面面向光源。此调整过程不仅对周围环境要求高、反复调整导致效率低，而且操作难度大、对操作的技术人员要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种结构简单、操作方便、位姿调整精度高和效率高的逆反射样品位姿调整装置及调整方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种逆反射样品位姿调整装置，基准体上设置有升降台，升降台上设置有水平旋转台，水平旋转台上设置有逆反射样品支架，所述逆反射样品支架为U形支撑架的两内侧壁中部铰接有样品安装板，样品安装板的顶部设置有第二照度探测器、中心位置设置有第一照度探测器、下部设置第五照度探测器，第一照度探测器的中心线与样品安装板的中心法线重合，第二照度探测器、第一照度探测器和第五照度探测器的中心线位于同一平面且相交于一点，该交点位于样品安装板后侧，U形支撑架的两前侧壁上分别设置有第三照度探测器、第四照度探测器，第三照度探测器、第四照度探测器的中心线与第一照度探测器的中心线位于同一平面且相交于一点，该交点位于样品安装板后侧，第一照度探测器、第二照度探测器、第三照度探测器、第四照度探测器、第五照度探测器输出端与位于基准体一侧的数据处理及显示模块相连，所述数据处理及显示模块用于显示当前样品安装板的位姿及垂直方向和水平方向的偏转角度。
作为一种优选技术方案，所述样品安装板及U形支撑架表面设置有经过磨砂处理的不透光材料层。
作为一种优选技术方案，所述安装板的纵截面为L形，材料为不锈钢，所述样品安装板上设置有样品固定磁铁。
作为一种优选技术方案，所述样品安装板与U形支撑架之间通过阻尼铰链相连。
作为一种优选技术方案，所述第一照度探测器与第二照度探测器中心线之间的夹角α12、所述第一照度探测器与第四照度探测器中心线之间的夹角α14、所述第一照度探测器与第三照度探测器中心线之间的夹角α13、所述第一照度探测器与第五照度探测器中心线之间的夹角α15均为30°～85°。
本发明还提供一种逆反射样品位姿调整装置的样品位姿调整方法，包括以下步骤：
步骤1.根据逆反射测量系统要求，将逆反射样品位姿调整装置移动到目标距离处，调整逆反射样品位姿调整装置的升降台及水平旋转台，使光源的光斑位于样品安装板中心的第一照度探测器上；
步骤2. 数据处理及显示模块比较第二照度探测器采集到的照度值E2与E1cosα12值的大小及第三照度探测器采集到的照度值E3与E1cosα13值的大小，E1为第一照度探测器采集到的照度值，判断出当前样品安装板垂直方向及水平方向的位姿状态并计算出样品安装板在垂直方向及水平方向的偏转角度并显示；
步骤3.根据数据处理及显示模块显示的样品安装板位姿状态及垂直方向和水平方向偏转角度，进行位姿调整，直至样品安装板水平方向和垂直方向偏转角度为0，则样品安装板正面与光源光束垂直，样品安装板位姿准确，最后将逆反射样品紧贴在样品安装板上，完成逆反射样品位姿调整。
作为一种优选技术方案，所述步骤2中数据处理及显示模块判断当前样品安装板垂直方向及水平方向的位姿状态及计算样品安装板在垂直方向及水平方向偏转角度的方法为：
1）垂直方向样品安装板的位姿及偏转角度
E2＞E1cosα12，样品安装板垂直方向呈前俯姿态，前俯偏转角度为θ 12 ，
；
E2＜E1cosα12，样品安装板垂直方向呈后仰姿态，后仰偏转角度为θ 15 ，
，E5为第五照度探测器采集到的照度值；
E2 =E1cosα12，样品安装板垂直方向位姿正确；
2）水平方向样品安装板的位姿及偏转角度
E3＞E1cosα13，样品安装板水平方向呈逆时针偏转姿态，偏转角度为θ 13 ，
；
E3＜E1cosα13，样品安装板水平方向呈顺时针偏转姿态，偏转角度为θ 14 ，
，E4为第四照度探测器采集到的照度值；
E3 =E1cosα13，样品安装板水平方向位姿正确。
本发明的有益效果如下：
本发明利用高灵敏度的光照度探测器，精确探测样品安装板位姿状态，获取样品安装板相对光源光束的位姿及偏转角度后再进行位姿调整，极大地提高了位姿调整精度与效率，降低了位姿调整难度。
附图说明
图1是本发明逆反射样品位姿调整装置的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是逆反射样品支架的结构示意图。
图4是本发明逆反射样品支架逆时针偏转姿态示意图。
图5是本发明逆反射样品支架顺时针偏转姿态示意图。
图6是本发明样品安装板前俯姿态示意图。
图7是本发明样品安装板后仰姿态示意图。
图中：基准体1、升降台2、水平旋转台3、逆反射样品支架4、U形支撑架4-1、样品安装板4-2、数据处理及显示模块5、第一照度探测器6、第五照度探测器7、第三照度探测器8、第二照度探测器9、第四照度探测器10、阻尼铰链11、样品固定磁铁12。
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，但本发明不限于下述的实施方式。
实施例1
在图1～7中，本实施例的逆反射样品位姿调整装置由基准体1、升降台2、水平旋转台3、逆反射样品支架4、数据处理及显示模块5连接构成，基准体1用于保持整个调整装置重心稳定，防止倾倒，基准体1上安装有升降台2，升降台2上安装有水平旋转台3，水平旋转台3上安装有逆反射样品支架4，升降台2用于实现逆反射样品支架4高度调节，水平旋转台3用于实现逆反射样品支架4周向偏转调整，逆反射样品支架4为U形支撑架4-1的两内侧壁中部通过阻尼铰链11铰接有样品安装板4-2，阻尼铰链11可以实现样品安装板4-2在任意位置停止，样品安装板4-2及U形支撑架4-1表面设置有经过磨砂处理的不透光材料层，避免产生镜面反射，样品安装板4-2的顶部安装有第二照度探测器9、中心位置安装有第一照度探测器6、下部安装第五照度探测器7，第一照度探测器6的中心线与样品安装板4-2的中心法线重合，第二照度探测器9、第一照度探测器6和第五照度探测器7的中心线位于同一平面且相交于一点，该交点位于样品安装板4-2后侧，U形支撑架4-1的两前侧壁上分别设置有第三照度探测器8、第四照度探测器10，第三照度探测器8、第四照度探测器10的中心线与第一照度探测器6的中心线位于同一平面且相交于一点，该交点位于样品安装板4-2后侧，基准体1的一侧设置有数据处理及显示模块5，数据处理及显示模块5为计算机，第一照度探测器6、第二照度探测器9、第三照度探测器8、第四照度探测器10、第五照度探测器7输出端与数据处理及显示模块5相连，数据处理及显示模块5根据第一照度探测器6、第二照度探测器9、第三照度探测器8、第四照度探测器10、第五照度探测器7采集到的照度值经内部处理后显示当前样品安装板4-2的位姿及垂直方向和水平方向的偏转角度。
本实施例样品安装板4-2的纵截面为L形，材料为不锈钢，样品安装板4-2上吸附有样品固定磁铁12，用于固定逆反射样品。
本实施例第一照度探测器6与第二照度探测器9中心线之间的夹角α12和第一照度探测器6与第五照度探测器7中心线线的夹角α15相等均为45°，第一照度探测器6与第四照度探测器10中心线之间的夹角α14和第一照度探测器6与第三照度探测器8中心线之间的夹角α13相等均为50°。
本实施例的逆反射样品位姿调整装置的样品位姿调整方法，包括以下步骤：
步骤1.根据逆反射测量系统要求，将逆反射样品位姿调整装置移动到目标距离处，调整逆反射样品位姿调整装置的升降台2及水平旋转台3，使光源的光斑位于样品安装板4-2中心的第一照度探测器6上；
步骤2. 数据处理及显示模块5比较第二照度探测器9采集到的照度值E2与E1cosα12值的大小及第三照度探测器8采集到的照度值E3与E1cosα13值的大小，E1为第一照度探测器6采集到的照度值，判断出当前样品安装板4-2垂直方向及水平方向的位姿状态并计算出样品安装板4-2在垂直方向和水平方向的偏转角度并显示，具体方法为：
1）垂直方向样品安装板4-2的位姿及偏转角度
E2＞E1cosα12，样品安装板4-2垂直方向呈前俯姿态，前俯偏转角度为θ 12 ，；
E2＜E1cosα12，样品安装板4-2垂直方向呈后仰姿态，后仰偏转角度为θ 15 ，，E5为第五照度探测器7采集到的照度值；
E2 =E1cosα12，样品安装板4-2垂直方向位姿正确；
2）水平方向样品安装板4-2的位姿及偏转角度
E3＞E1cosα13，样品安装板4-2水平方向呈逆时针偏转姿态，偏转角度为θ 13 ，；
E3＜E1cosα13，样品安装板4-2水平方向呈顺时针偏转姿态，偏转角度为θ 14 ，，E4为第四照度探测器10采集到的照度值；
E3 =E1cosα13，样品安装板4-2水平方向位姿正确；
步骤3. 根据数据处理及显示模块5显示的样品安装板4-2位姿状态及垂直方向和水平方向偏转角度，进行位姿调整，直至样品安装板4-2水平方向和垂直方向偏转角度为0，则样品安装板正面与光源光束垂直，样品安装板位姿准确，具体操作如下:
1）样品安装板4-2垂直方向呈前俯姿态时，将样品安装板4-2顶部向后拨动θ 12 角度；样品安装板4-2垂直方向呈后仰姿态时，将样品安装板4-2顶部向前拨动θ 15 角度；完成样品安装板4-2垂直方向的位姿调整；
2）样品安装板4-2水平方向呈顺时针偏转姿态时，通过水平旋转台将样品安装板4-2逆时针旋转θ 14 ；样品安装板4-2水平方向呈逆时针偏转姿态时，通过水平旋转台将样品安装板4-2顺时针旋转θ 13 ，完成样品安装板4-2的位姿调整。
最后将逆反射样品紧贴在样品安装板4-2上，通过样品固定磁铁12固定，完成逆反射样品位姿调整。
实施例2
在本实施例中，逆反射样品位姿调整装置的第一照度探测器6与第二照度探测器9中心线之间的夹角α12和第一照度探测器6与第五照度探测器7中心线线的夹角α15相等均为30°，第一照度探测器6与第四照度探测器10中心线之间的夹角α14和第一照度探测器6与第三照度探测器8中心线之间的夹角α13相等均为30°。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。
本实施例的逆反射样品位姿调整装置的样品位姿调整方法与实施例1相同。
实施例3
在本实施例中，逆反射样品位姿调整装置的第一照度探测器6与第二照度探测器9中心线之间的夹角α12和第一照度探测器6与第五照度探测器7中心线线的夹角α15相等均为85°，第一照度探测器6与第四照度探测器10中心线之间的夹角α14和第一照度探测器6与第三照度探测器8中心线之间的夹角α13相等均为85°。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。
本实施例的逆反射样品位姿调整装置的样品位姿调整方法与实施例1相同。
实施例4
在本实施例中，逆反射样品位姿调整装置的第一照度探测器6与第二照度探测器9中心线之间的夹角α12为45°，第一照度探测器6与第五照度探测器7中心线线的夹角α15为60°，第一照度探测器6与第四照度探测器10中心线之间的夹角α14为50°，第一照度探测器6与第三照度探测器8中心线之间的夹角α13为70°。其他零部件及零部件的连接关系与实施例1相同。
本实施例的逆反射样品位姿调整装置的样品位姿调整方法与实施例1相同。

Claims (5)

1.一种逆反射样品位姿调整装置，其特征在于：基准体上设置有升降台，升降台上设置有水平旋转台，水平旋转台上设置有逆反射样品支架，所述逆反射样品支架为U形支撑架的两内侧壁中部铰接有样品安装板，样品安装板的顶部设置有第二照度探测器、中心位置设置有第一照度探测器、下部设置第五照度探测器，第一照度探测器的中心线与样品安装板的中心法线重合，第二照度探测器、第一照度探测器和第五照度探测器的中心线位于同一平面且相交于一点，该交点位于样品安装板后侧，U形支撑架的两前侧壁上分别设置有第三照度探测器、第四照度探测器，第三照度探测器、第四照度探测器的中心线与第一照度探测器的中心线位于同一平面且相交于一点，该交点位于样品安装板后侧，第一照度探测器、第二照度探测器、第三照度探测器、第四照度探测器、第五照度探测器输出端与位于基准体一侧的数据处理及显示模块相连，所述数据处理及显示模块用于显示当前样品安装板的位姿及垂直方向和水平方向的偏转角度；所述第一照度探测器与第二照度探测器中心线之间的夹角α12、所述第一照度探测器与第四照度探测器中心线之间的夹角α14、所述第一照度探测器与第三照度探测器中心线之间的夹角α13、所述第一照度探测器与第五照度探测器中心线之间的夹角α15均为30°～85°。
2.根据权利要求1所述逆反射样品位姿调整装置，其特征在于：所述样品安装板及U形支撑架表面设置有经过磨砂处理的不透光材料层。
3.根据权利要求1所述逆反射样品位姿调整装置，其特征在于：所述安装板的纵截面为L形，材料为不锈钢，所述样品安装板上设置有样品固定磁铁。
4.根据权利要求1所述逆反射样品位姿调整装置，其特征在于：所述样品安装板与U形支撑架之间通过阻尼铰链相连。
5.根据权利要求1所述逆反射样品位姿调整装置的样品位姿调整方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.根据逆反射测量系统要求，将逆反射样品位姿调整装置移动到目标距离处，调整逆反射样品位姿调整装置的升降台及水平旋转台，使光源的光斑位于样品安装板中心的第一照度探测器上；
步骤2. 数据处理及显示模块比较第二照度探测器采集到的照度值E2与E1cosα12值的大小及第三照度探测器采集到的照度值E3与E1cosα13值的大小，E1为第一照度探测器采集到的照度值，判断出当前样品安装板垂直方向及水平方向的位姿状态并计算出样品安装板在垂直方向及水平方向的偏转角度并显示，具体方法为：
1）垂直方向样品安装板的位姿及偏转角度
E2＞E1cosα12，样品安装板垂直方向呈前俯姿态，前俯偏转角度为θ 12 ，
；
E2＜E1cosα12，样品安装板垂直方向呈后仰姿态，后仰偏转角度为θ 15 ，
，E5为第五照度探测器采集到的照度值；
E2 =E1cosα12，样品安装板垂直方向位姿正确；
2）水平方向样品安装板的位姿及偏转角度
E3＞E1cosα13，样品安装板水平方向呈逆时针偏转姿态，偏转角度为θ 13 ，
；
E3＜E1cosα13，样品安装板水平方向呈顺时针偏转姿态，偏转角度为θ 14 ，
，E4为第四照度探测器采集到的照度值；
E3 =E1cosα13，样品安装板水平方向位姿正确；
步骤3.根据数据处理及显示模块显示的样品安装板位姿状态及水平方向和垂直方向偏转角度，进行位姿调整，直至样品安装板水平方向和垂直方向偏转角度为0，则样品安装板正面与光源光束垂直，样品安装板位姿准确，最后将逆反射样品紧贴在样品安装板上，完成逆反射样品位姿调整。
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