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专利号: 2015102169911
申请人: 长春理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

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(1)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(1)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;

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,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,可移动平台P(N+1)在固定平台之间移动,用于转移五棱镜组(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。

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,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,i=1~N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。

3.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,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。

4.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,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。

5.一种激光跟踪仪测长精度标定方法,其特征是,该方法包括以下步骤:

第一步,调平虚拟导轨(5);

双频激光干涉仪(1)和干涉镜组夹具(4)放在光学平台(2)上,双频激光干涉仪(1)的出射光束对准干涉分光镜(3-1)中心,干涉分光镜(3-1)和干涉反射镜(3-2)垂直于纸面方向连接并放置在干涉镜组夹具(4)上;

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,经干涉分光镜(3-1)后的第一束光进入干涉反射镜(3-2)反射,调节双频激光干涉仪(1)和干涉镜组夹具(4),使反射光原路返回后对准双频激光干涉仪(1)的辅助对准光阑中心,经干涉分光镜(3-1)后的第二束光水平出射;

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,位置敏感探测器组夹具(7)放置在固定平台PN上的可调底座上,调节可调底座和位置敏感探测器组夹具(7),使经干涉分光镜(3-1)后的第二束光对准第一位置敏感探测器(6-1)中心零位,固定该可调底座;移动位置敏感探测器夹具(7)和第一位置敏感探测器(6-1)至固定平台Pi,i=1~(N-1)和可移动平台P(N+1)上的可调底座上,调节可调底座,使经干涉分光镜(3-1)后的第二束光对准第一位置敏感探测器(6-1)中心零位,固定可调底座,此时可认为虚拟导轨已调平;

第二步,调节激光跟踪仪(8)光束与双频激光干涉仪(1)光束平行;

激光跟踪仪(8)放置在光学平台(2)上,位于双频激光干涉仪(1)的左边,光束向右出射,光束指向球坐标为(5000mm,180°,90°)的空间点,关闭伺服;将位置敏感探测器夹具(7)固定在固定平台PN上的可调底座上,同时将第二位置敏感探测器(6-2)固定在位置敏感探测器夹具(7)上,且位于第一位置敏感探测器(6-1)的上部,使第二位置敏感探测器(6-2)中心对准激光跟踪仪(8)出射光束;调节激光跟踪仪(8)和位置敏感探测器夹具(7)使激光跟踪仪光束对准第二位置敏感探测器(6-2)中心零位;移动位置敏感探测器夹具(7)至固定平台P1的可调底座上,若激光跟踪仪(8)光束不在第二位置敏感探测器(6-2)中心零位,则调节激光跟踪仪(8)使激光跟踪仪(8)光束对准第二位置敏感探测器(6-2)中心零位,重新移动位置敏感探测器夹具(7)至固定平台PN上的可调底座上,若激光跟踪仪(8)光束不在第二位置敏感探测器(6-2)中心零位,则再次调节激光跟踪仪使激光跟踪仪(8)光束对准第二位置敏感探测器(6-2)中心零位,如此反复直至满足要求,此时可认为激光跟踪仪(8)光束与双频激光干涉仪(1)光束平行;

第三步,调节测量光路与参考光路平行;

调节第一直角棱镜(12-1)和第二直角棱镜(12-2)的高度缩小激光跟踪仪(8)光束和双频激光干涉仪(1)光束的间距使两光束可以同时通过第一五棱镜(9-1)和第二五棱镜(9-

2);第一五棱镜(9-1)和第二五棱镜(9-2)自下而上固定在五棱镜组夹具(10)上并对准双频激光干涉仪(1)光束和激光跟踪仪(8)光束,五棱镜组夹具(10)固定在固定平台PN上的可调底座上;调节五棱镜组夹具(10)使两光束经第二五棱镜(9-2)后出射高度高于激光跟踪仪(8); 调节第三直角棱镜(12-3)和第四直角棱镜(12-4)的高度,扩大激光跟踪仪(8)光束和双频激光干涉仪(1)光束的间距,使两光束分别对准第一位置敏感探测器(6-1)和第二位置敏感探测器(6-2)中心;调节直角棱镜组夹具(11)和五棱镜组夹具(10)使两光束在第一位置敏感探测器(6-1)和第二位置敏感探测器(6-2)中心零位;移动五棱镜组夹具(10)至固定平台P1上的可调底座上,若激光跟踪仪(8)光束和双频激光干涉仪(1)光束不在第一位置敏感探测器(6-1)或第二位置敏感探测器(6-2)中心零位,则重新调节使其位于中心零位,重新移动五棱镜组夹具(10)至固定平台PN上的可调底座上,若激光跟踪仪(8)光束和双频激光干涉仪(1)光束不在第一位置敏感探测器(6-1)或第二位置敏感探测器(6-2)中心零位,则重新调节使其位于中心零位,如此反复直至满足要求,此时视为测量光路和参考光路平行,消除了阿贝误差的影响;

第四步,调节双频激光干涉仪目标反射镜(13)和激光跟踪仪反射靶镜(14-1)位置使其中心分别对准各自光束形成测量回路;

五棱镜组夹具(10)安装到固定平台PN上的可调底座上,移除位置敏感探测器组(6)和位置敏感探测器组夹具(7),将双频激光干涉仪目标反射镜(13)和激光跟踪仪反射靶镜组(14)自下而上固定在干涉镜组夹具(4)上,其中,激光跟踪仪反射靶镜组(14)包括激光跟踪仪反射靶镜(14-1)和激光跟踪仪反射靶镜底座(14-2),调节干涉镜组夹具(4)使双频激光干涉仪目标反射镜(13)中心和激光跟踪仪反射靶镜(14-1)中心分别对准双频激光干涉仪(1)光束和激光跟踪仪(8)光束,并使双频激光干涉仪(1)信号满格;移动五棱镜组夹具(10)至固定平台P1上的可调底座上,若激光跟踪仪(8)光束和双频激光干涉仪(1)光束不在激光跟踪仪反射靶镜(14-1)和激光干涉仪目标反射镜(13)中心,则重新调节使激光干涉仪目标反射镜(13)中心和激光跟踪仪反射靶镜(14-1)中心分别对准双频激光干涉仪(1)光束和激光跟踪仪(8)光束,且双频激光干涉仪(1)信号满格;再次移动五棱镜组夹具(10)至固定平台PN上的可调底座上,若激光跟踪仪(8)光束和双频激光干涉仪(1)光束不在激光跟踪仪反射靶镜(14-1)、双频激光干涉仪目标反射镜(13)中心,则重新调节使双频激光干涉仪目标反射镜(13)中心和激光跟踪仪反射靶镜(14-1)中心分别对准双频激光干涉仪(1)光束和激光跟踪仪(8)光束,且双频激光干涉仪 (1)信号满格;如此反复直至满足要求,此时可以开始测量;

第五步,测量;

将五棱镜组夹具(10)放置在固定平台P1上的可调底座上,将可移动平台P(N+1)靠近固定平台P1打开激光跟踪仪(8)伺服,将激光跟踪仪反射靶镜(14-1)“回巢”,再将激光跟踪仪反射靶镜(14-1)移动至第一直角棱镜(12-1)处,迅速断光,此时激光跟踪仪8光束依次经过第二直角棱镜(12-2)、第一五棱镜(9-1)、第二五棱镜(9-2)、第三直角棱镜(12-3)和第四直角棱镜(12-4)出射,再将激光跟踪仪反射靶镜(14-1)移动至第四直角棱镜(12-4)处续光,放至反射靶镜底座(14-2)上,软件中设置环境补偿参数;重新打开双频激光干涉仪(1)的测量软件,设置环境自动补偿,规定待测点;开始测量起始点,双频激光干涉仪(1)的测量读数为L1,激光跟踪仪(8)的测量示数为(d1,α1,β1),测量完成后移动五棱镜组夹具(10)至可移动平台P(N+1)上,缓慢移动可移动平台P(N+1)至固定平台P2,该过程中通过调节可移动平台P(N+1)上的可调底座使双频激光干涉仪(1)的信号需尽量保持满格,将五棱镜组夹具(10)移至固定平台P2上的可调底座上,测量第二点,双频激光干涉仪(1)的测量读数为L2,激光跟踪仪(8)的测量示数为(d2,α2,β2);完成后测第i,i=3~N点,双频激光干涉仪(1)的测量读数为Li,激光跟踪仪(8)的测量示数为(di,αi,βi),重复上述操作,直至测量第N点结束;

第六步,数据处理;

双频激光干涉仪(1)的测距示数为LG=Llo+LBi+LFi,i=0~N,其中Llo为五棱镜组(9)在初始位置固定平台P1处双频激光干涉仪(1)的读数,LFi为第一五棱镜(9-1)移动i个节距产生的光程,LBi为第二五棱镜(9-2)移动i个节距产生的光程,当i=0时,LBi=LFi=0;激光跟踪仪(8)的测距示数为dT=dT0+dBi+dFi,其中dT0为五棱镜组(9)在初始位置固定平台P1处激光跟踪仪(8)的读数dT=dT0+dBi+dFi,dFi为第一五棱镜(9-1)移动i个节距产生的光程,dBi为第二五棱镜(9-2)移动i个节距产生的光程,当i=0时,dBi=dFi=0;移动1个节距,dT1=dT0+dB1+dF1,LG1=Ll0+LB1+LF1,则激光跟踪仪(8)和双频激光干涉仪(1)的测长变化分别为ΔdT1=dB1+dF1,ΔLG1=LB1+LF1,移动2个节距,dT2=dT0+dB2+dF2,LG2=Ll0+LB2+LF2,则激光跟踪仪(8)和双频激光干涉仪(1) 的测长变化分别为ΔdT2=dB2+dF2,ΔLG2=LB2+LF2,以此类推,第i,i=(1~N-1)个节距,激光跟踪仪(8)和双频激光干涉仪(1)的测长变化分别为ΔdTi=dBi+dFi,ΔLGi=LBi+LFi;比较激光跟踪仪(8)和双频激光干涉仪(1)随五棱镜组(9)移动的测长变化,其差值ΔdLi=ΔdTi-ΔLGi即为激光跟踪仪(8)在节距i的测长误差;统计并分析结果,给出激光跟踪仪(8)在全测程的测长误差。