CN205102782U - 一种激光跟踪仪测长精度标定装置 - Google Patents
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Abstract
一种激光跟踪仪的测长精度标定装置，属于光学仪器测量和标定校准领域，为了解决现有技术存在超长高精度导轨标定精度低、加工成本高、测长范围小、占用空间大的问题，以双频激光干涉仪的干涉长度作为长度基准，由测程范围内相隔一定节距的平台组成虚拟导轨，以双频激光干涉仪的激光光束和二维位置敏感探测器作为调节基准，调节各节点平台上可调底座以实现虚拟导轨全行程高直线度，并调节激光干涉仪和激光跟踪仪光束平行度以消除阿贝误差，利用直角棱镜组调节测量光路中激光跟踪仪和激光干涉仪的光束间距，利用五棱镜组转折光路，实现在有限的空间内进行超长测程的激光跟踪仪的测长精度标定。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光跟踪仪的测长精度标定装置，属于光学仪器测量和标定校准领域。
背景技术
激光跟踪仪是国际上近年来发展起来的新型大尺寸空间三维坐标测量仪器，可对空间点进行实时跟踪测量，具有精度高、效率高、便携、操作简单等特点，是目前大尺寸空间三维坐标精密测量的主要手段。
激光跟踪仪的基本工作原理：激光器发射出的测量光束，经过干涉分光镜分为两束，一束直接传输到干涉仪上，另一束通过跟踪转镜射向目标反射镜。经过目标反射镜反射的光线平行于原光束返回，到达分光镜后一部分激光束被发射到光斑位置敏感器上，另一部分光束经干涉分光镜直接进入双频激光干涉仪进行位移干涉测量。当目标反射镜移动时，跟踪头实时调整光束方向对准反射器，进行空间距离测量。
目前，对激光跟踪仪的测长标定主要采用超长高精度导轨和双频激光干涉仪进行全测程标定。
采用超长高精度导轨进行全测程测长标定时，将双频激光干涉仪的目标反射镜和激光跟踪仪的反射靶镜固定在一起，沿高精度导轨线性移动，干涉仪和跟踪仪同时测量读数，以双频激光干涉仪的干涉测长作为标准值，与激光跟踪仪的测长结果进行对比，从而标定激光跟踪仪的测长误差。但它存在一定的缺陷：
由于目前激光跟踪仪的测长范围已经可以做到50m～100m，采用超长高精度导轨测量时需要长达50m以上的高精度导轨，其加工难度太大，成本高，不易实现。
上述超长高精度导轨由于加工时存在误差累积且在拼接安装时调整麻烦，不易达到标定所要求精度，因此对激光跟踪仪的标定精度也不会太高。
移动双频激光干涉仪的目标反射镜和激光跟踪仪的反射靶镜而不转折光路进行测长标定需要占用相当大的空间。
实用新型内容
本实用新型为了解决现有技术存在超长高精度导轨标定精度低、加工成本高、测长范围小、占用空间大的问题，提供了一种激光跟踪仪的测长精度标定装置。
本实用新型解决技术问题的方案是：
一种激光跟踪仪测长精度标定装置，其特征是，光学平台2上从左至右依次设置激光跟踪仪8、双频激光干涉仪1、干涉镜组夹具4和直角棱镜组夹具11，干涉镜组夹具4由下往上依次放置干涉镜组3、双频激光干涉仪目标反射镜13、激光跟踪仪反射靶镜组14，其中干涉镜组3由垂直纸面方向连接的干涉分光镜3-1和干涉反射镜3-2组成，直角棱镜组夹具11上放置直角棱镜组12，直角棱镜组12由下往上依次为第二直角棱镜12-2、第一直角棱镜12-1、第三直角棱镜12-3、第四直角棱镜12-4；
光学平台2右侧放置虚拟导轨5，五棱镜组9固定在五棱镜组夹具10上，五棱镜组夹具10放置在在虚拟导轨5上，五棱镜组9由下往上依次为第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2；
双频激光干涉仪1出射光束经干涉镜组3中的干涉分光镜3-1后分为两束，第一束经干涉分光镜3-1后水平出射，并依次经第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2反射，再水平出射并对准双频激光干涉仪目标反射镜13中心，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心，第二束经干涉分光镜3-1后进入干涉反射镜3-2，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心；
激光跟踪仪8出射光束依次经过第一直角棱镜12-1和第二直角棱镜12-2反射并水平出射，再依次经五棱镜9-1和五棱镜9-2反射后水平出射，再依次经过第三直角棱镜12-3和第四直角棱镜12-4后水平出射，并对准激光跟踪仪反射靶镜组14中的激光跟踪仪反射靶镜14-1中心，反射后原路返回至激光跟踪仪8内部的干涉系统和跟踪系统。
该装置还包括位置敏感探测器组6和位置敏感探测器组夹具7，位置敏感探测器组6由第一位置敏感探测器6-1和第二位置敏感探测器6-2组成，并由下往上依次固定在位置敏感探测器组夹具7上；用于调平虚拟导轨5和激光跟踪仪8光束以及调节测量光路与参考光路的平行度。
本实用新型的有益效果：以双频激光干涉仪的干涉长度作为长度基准，利用五棱镜转折光路，缩小了装置占用空间，同时增加了测长标定范围，采用一系列在测程范围内相隔一定节距的具有可调底座的固定平台和位置敏感探测器实现虚拟导轨，用虚拟导轨代替常规超长导轨，避免了超长导轨在加工和拼接安装时形成的累积误差，提高了标定精度，同时降低了加工成本和拼接调整难度，使得激光跟踪仪的测长精度标定易实现，也使得该装置易普及。
附图说明
图1：激光跟踪仪测长精度标定装置总体示意图。
图2：虚拟导轨调平示意图。
图3：激光跟踪仪光束调平示意图。
图4：测量光路与参考光路调平示意图。
图5：激光跟踪仪标定测量示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型装置作进一步更详细的说明。
如图1所示，一种激光跟踪仪测长精度标定装置，其特征是，光学平台2上从左至右依次设置激光跟踪仪8、双频激光干涉仪1、干涉镜组夹具4和直角棱镜组夹具11，干涉镜组夹具4由下往上依次放置干涉镜组3、双频激光干涉仪目标反射镜13、激光跟踪仪反射靶镜组14，其中干涉镜组3由垂直纸面方向连接的干涉分光镜3-1和干涉反射镜3-2组成，直角棱镜组夹具11上放置直角棱镜组12，直角棱镜组12由下往上依次为第二直角棱镜12-2、第一直角棱镜12-1、第三直角棱镜12-3、第四直角棱镜12-4。
光学平台2右侧放置虚拟导轨5，五棱镜组9固定在五棱镜组夹具10上，五棱镜组夹具10放置在在虚拟导轨5上，五棱镜组9由下往上依次为第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2；所述虚拟导轨5是由一个可移动平台P(N+1)和N个相隔一定节距的固定平台Pi(i＝1～N)组成，P1在左边，PN在右边，所述节距大小由采集被测点数确定，例如密集型0.5m或者稀疏型1m，固定平台个数N由激光跟踪仪8的测程决定。固定平台Pi(i＝1～N)和可移动平台P(N+1)上分别具有可调底座，其中，可移动平台P(N+1)位于固定平台Pi(i＝1～(N-1))和固定平台P(i+1)(i＝1～(N-1))之间，相当于导轨的滑块，在固定平台之间移动，用于转移五角棱镜组或位置敏感探测器组，利用可调底座调节虚拟导轨5的直线度。
双频激光干涉仪1出射光束经干涉镜组3中的干涉分光镜3-1后分为两束，第一束经干涉分光镜3-1后水平出射，并依次经第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2反射，再水平出射并对准双频激光干涉仪目标反射镜13中心，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心，第二束经干涉分光镜3-1后进入干涉反射镜3-2，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心。
激光跟踪仪8出射光束依次经过第一直角棱镜12-1和第二直角棱镜12-2反射并水平出射，再依次经五棱镜9-1和五棱镜9-2反射后水平出射，再依次经过第三直角棱镜12-3和第四直角棱镜12-4后水平出射，并对准激光跟踪仪反射靶镜组14中的激光跟踪仪反射靶镜14-1中心，反射后原路返回至激光跟踪仪8内部的干涉系统和跟踪系统。
该装置还包括位置敏感探测器组6和位置敏感探测器组夹具7，位置敏感探测器组6由第一位置敏感探测器6-1和第二位置敏感探测器6-2组成，并由下往上依次固定在位置敏感探测器组夹具7上；用于调平虚拟导轨5、激光跟踪仪8光束和调节测量光路与参考光路的平行度。
如图2所示，虚拟导轨5调平时，将位置敏感探测器组6中的第一位置敏感探测器6-1固定在位置敏感探测器组夹具7上，将位置敏感探测器组夹具7依次放在固定平台Pi(i＝1～N)和可移动平台P(N+1)的可调底座上，经N次调节可调底座使双频激光干涉仪1的光束对准第一位置敏感探测器6-1中心。
如图3所示，调平激光跟踪仪8光束时，将位置敏感探测器组6中的第二位置敏感探测器6-2固定在位置敏感探测器组夹具7上并位于第一位置敏感探测器6-1的上方，将位置敏感探测器组夹具7依次放在固定平台P1和固定平台PN的可调底座上，重复调节激光跟踪仪8，使位置敏感探测器组夹具7在两个位置处时激光跟踪仪8的光束均对准第二位置敏感探测器6-2中心。
如图4所示，调平测量光路与参考光路时，将五棱镜组9固定在五棱镜组夹具10上，并放置在虚拟导轨5的可调底座上，将位置敏感探测器组6固定在位置敏感探测器组夹具7上，并放置在干涉镜组夹具4和直角棱镜组夹具11之间的光学平台2上，调节直角棱镜组夹具11和五棱镜组夹具10使五棱镜组9从固定平台P1经可移动平台P(N+1)移动至固定平台PN过程中双频激光干涉仪1光束和激光跟踪仪8光束始终分别对准第一位置敏感探测器6-1中心和第二位置敏感探测器6-2中心。
Claims (5)
1.一种激光跟踪仪测长精度标定装置，其特征是，光学平台(2)上从左至右依次设置激光跟踪仪(8)、双频激光干涉仪(1)、干涉镜组夹具(4)和直角棱镜组夹具(11)，干涉镜组夹具(4)由下往上依次放置干涉镜组(3)、双频激光干涉仪目标反射镜(13)、激光跟踪仪反射靶镜组(14)，其中干涉镜组(3)由垂直纸面方向连接的干涉分光镜(3-1)和干涉反射镜(3-2)组成，直角棱镜组夹具(11)上放置直角棱镜组(12)，直角棱镜组(12)由下往上依次为第二直角棱镜(12-2)、第一直角棱镜(12-1)、第三直角棱镜(12-3)、第四直角棱镜(12-4)；
光学平台(2)右侧放置虚拟导轨(5)，五棱镜组(9)放置在虚拟导轨(5)上，五棱镜组(9)由下往上依次为第一五棱镜(9-1)和第二五棱镜(9-2)；
双频激光干涉仪(1)出射光束经干涉镜组(3)中的干涉分光镜(3-1)后分为两束，第一束经干涉分光镜(3-1)后水平出射，并依次经五棱镜(9-1)和五棱镜(9-2)反射，再水平出射并对准双频激光干涉仪目标反射镜(13)中心，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心，第二束经干涉分光镜(3-1)后进入干涉反射镜(3-2)，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心；
激光跟踪仪(8)出射光束依次经过第一直角棱镜(12-1)和第二直角棱镜(12-2)反射并水平出射，再依次经第一五棱镜(9-1)和第二五棱镜(9-2)反射后水平出射，再依次经过第三直角棱镜(12-3)和第四直角棱镜(12-4)后水平出射，并对准激光跟踪仪反射靶镜组(14)中的激光跟踪仪反射靶镜(14-1)中心，原路返回后进入激光跟踪仪8内部干涉系统及跟踪系统；
该装置还包括位置敏感探测器组(6)和位置敏感探测器组夹具(7)，位置敏感探测器组(6)由第一位置敏感探测器(6-1)和第二位置敏感探测器(6-2)组成，并由下往上依次固定在位置敏感探测器组夹具(7)上；用于调平虚拟导轨(5)和激光跟踪仪(8)光束以及调节测量光路与参考光路的平行度。
2.根据权利要求1所述的一种激光跟踪仪测长精度标定装置，其特征在于，所述虚拟导轨(5)是由一个可移动平台P(N+1)和N个相隔一定节距的固定平台Pi组成，i＝1～N，固定平台Pi和可移动平台P(N+1)上分别具有可调底座，可移动平台P(N+1)在固定平台之间移动，用于转移五角棱镜组(9)或位置敏感探测器组(6)，利用可调底座调节虚拟导轨(5)的直线度。
3.根据权利要求2所述的一种激光跟踪仪测长精度标定装置，其特征在于，在调平虚拟导轨(5)时，将位置敏感探测器组(6)中的第一位置敏感探测器(6-1)固定在位置敏感探测器组夹具(7)上，将位置敏感探测器组夹具(7)依次放置在固定平台Pi的可调底座上，经N次调节可调底座使双频激光干涉仪(1)的光束对准第一位置敏感探测器(6-1)中心。
4.根据权利要求2所述的一种激光跟踪仪测长精度标定装置，其特征在于，调平激光跟踪仪(8)光束时，将位置敏感探测器组(6)中的第二位置敏感探测器(6-2)固定在位置敏感探测器组夹具(7)上并位于第一位置敏感探测器(6-1)的上方，将位置敏感探测器组夹具(7)依次放在固定平台P1和固定平台PN的可调底座上，重复调节激光跟踪仪(8)，使位置敏感探测器组夹具(7)在两个位置处时激光跟踪仪(8)的光束均对准第二位置敏感探测器(6-2)中心。
5.根据权利要求2所述的一种激光跟踪仪测长精度标定装置，其特征在于，调平测量光路与参考光路时，将五棱镜组(9)固定在五棱镜组夹具(10)上，并放置在虚拟导轨(5)的可调底座上，将位置敏感探测器组(6)固定在位置敏感探测器组夹具(7)上，并放置在干涉镜组夹具(4)和直角棱镜组夹具(11)之间的光学平台(2)上，调节直角棱镜组夹具(11)和五棱镜组夹具(10)使五棱镜组(9)从固定平台P1经可移动平台P(N+1)移动至固定平台PN过程中双频激光干涉仪(1)光束和激光跟踪仪(8)光束始终分别对准第一位置敏感探测器(6-1)中心和第二位置敏感探测器(6-2)中心。
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