專利名稱：激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密計量測試技術(shù)，具體說就是一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測量方法。
背景技術(shù)：
世界各個國家對直線度測量領(lǐng)域一直給予高度重視，并不斷推出新型的高精度直線度測量方法和裝置，用以滿足日益增長的對產(chǎn)品質(zhì)量的要求。目前國內(nèi)外在圓度、平行度以及表面粗糙度等計量領(lǐng)域已達(dá)到納米級測量精度水平，但是直線度的測量精度水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其它計量項(xiàng)目。這種狀況嚴(yán)重制約了我國精密計量測試領(lǐng)域的發(fā)展步伐。因此，對國內(nèi)直線度測量方法進(jìn)行研究，具有重要的意義。為了測量飛行器在空間的姿態(tài)，設(shè)計了一種基于合作目標(biāo)的姿態(tài)測量方法，該方法采用在飛行器表面安裝X型的激光發(fā)射裝置作為合作目標(biāo)，對飛行器姿態(tài)變化進(jìn)行了有效放大，從而可以提高測量精度。但是，設(shè)計中要求合作目標(biāo)中四個大功率激光器兩兩共線。因此制作合作目標(biāo)時進(jìn)行直線度校準(zhǔn)以及后期的測量兩準(zhǔn)直激光束之間的直線度誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償成為測量環(huán)節(jié)中關(guān)鍵的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提高一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測量方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的所述的激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)方法，步驟如下步驟一將激光器固定在轉(zhuǎn)臺中心，保證四個激光器出口在同一高度；步驟二 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺將激光器1發(fā)出的激光束對準(zhǔn)屏幕，記錄下光斑中心位置作為參考位置，并通過壓板壓緊固定；步驟三移動相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時通過打磨激光器末端調(diào)整激光的發(fā)散角，使之對準(zhǔn)到參考位置，并保證激光器在相機(jī)的移動過程中，始終能將光斑中心對準(zhǔn)參考位置。此時確認(rèn)為單個激光器調(diào)整結(jié)束；步驟四將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令激光器3發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三。 此時，激光器1和激光器3發(fā)出的光束是兩反向光束；步驟五轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，令激光器2發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三；步驟六將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令激光器4發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三。 此時，激光器2和激光器4發(fā)出的光束是兩反向光束；到此激光器直線度校準(zhǔn)完成。由四個激光器組成的合作目標(biāo)發(fā)出X型激光束。所述的激光器合作目標(biāo)直線度誤差的測量方法，測量采取對稱觀測法，令轉(zhuǎn)臺沿正反兩方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行兩次測量，取兩次測量的平均值作為測量結(jié)果；步驟如下步驟一將激光器合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺使激光器1發(fā)出的激光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺使光斑中心在參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟二 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使激光器3發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟三移動相機(jī)調(diào)節(jié)物距，微調(diào)轉(zhuǎn)臺使激光器3發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟四反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使激光器1發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟五兩次測量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角；步驟六重復(fù)步驟一到步驟五，測量激光器2和激光器4之間夾角。本發(fā)明為基于合作目標(biāo)的飛行器姿態(tài)測量方法提供激光器合作目標(biāo)，該合作目標(biāo)發(fā)出X型的雙向準(zhǔn)直激光束，對飛行器姿態(tài)變化進(jìn)行了有效放大。同時，激光器合作目標(biāo)中兩雙向準(zhǔn)直激光束的直線度對測量精度的影響很大，測量兩準(zhǔn)直激光束之間的夾角，進(jìn)行誤差修正，可以有效地提高空間姿態(tài)測量精度。


圖1為本發(fā)明的激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)示意圖；圖2為本發(fā)明的激光器合作目標(biāo)基本結(jié)構(gòu)圖；圖中四個激光器安裝在一個鋁合金支架上，其中激光器(1)和激光器(3)共線，發(fā)出兩束反向激光束，激光器(2)和激光器(4) 共線，發(fā)出兩束反向激光束。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明所述的激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)方法，步驟如下步驟一將激光器固定在轉(zhuǎn)臺中心，保證四個激光器出口在同一高度；步驟二 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺將激光器(1)發(fā)出的激光束對準(zhǔn)屏幕，記錄下光斑中心位置作為參考位置，并通過壓板壓緊固定；步驟三移動相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時通過打磨激光器末端調(diào)整激光的發(fā)散角，使之對準(zhǔn)到參考位置，并保證激光器在相機(jī)的移動過程中，始終能將光斑中心對準(zhǔn)參考位置，此時確認(rèn)為單個激光器調(diào)整結(jié)束；步驟四將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令激光器(3)發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時，激光器(1)和激光器(3)發(fā)出的光束是兩反向光束；步驟五轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，令激光器(2)發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三；步驟六將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令激光器(4)發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時，激光器(2)和激光器(4)發(fā)出的光束是兩反向光束；到此激光器直線度校準(zhǔn)完成，由四個激光器組成的激光器合作目標(biāo)發(fā)出X型激光
束ο
本發(fā)明所述的激光器合作目標(biāo)直線度誤差的測量方法，測量采取對稱觀測法，令轉(zhuǎn)臺沿正反兩方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行兩次測量，取兩次測量的平均值作為測量結(jié)果；步驟如下步驟一將激光器合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺使激光器(1)發(fā)出的激光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺使光斑中心在參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟二 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使激光器(3)發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟三移動相機(jī)調(diào)節(jié)物距，微調(diào)轉(zhuǎn)臺使激光器(3)發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟四反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使激光器(1)發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上， 紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟五兩次測量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角；步驟六重復(fù)步驟一到步驟五，測量激光器(2)和激光器⑷之間夾角。實(shí)施例2 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明校準(zhǔn)和測量時采用有基準(zhǔn)測量，選取的兩個基準(zhǔn) 大理石平板和鎂鋁平尺，精度均達(dá)到000級。激光器校準(zhǔn)所使用的平臺和平尺的精度均為000級；相機(jī)采用固定焦距鏡頭， 焦距15mm，鏡頭距離測量屏幕距離很近，且視場的軸線與鏡頭的軸線基本重合，因此焦距誤差對于測量影響不大，可以忽略；相機(jī)芯片為CMOS單色數(shù)字圖像傳感器，分辯率 1280 X 1024 (1，310，720個像素)，光學(xué)尺寸為1/1. 8英寸，像素尺寸為5. 2 μ mX 5. 2 μ m，并采用USB2. 0接口與計算機(jī)相連接；軟件采用VC編程語言自行開發(fā)的光斑質(zhì)心實(shí)時計算程序。激光器合作目標(biāo)發(fā)出的激光束投射到屏幕上，攝像機(jī)拍攝屏幕上的光斑圖像，并將圖像傳到計算機(jī)，計算光斑中心坐標(biāo)(如圖1)；四個激光器安裝在一個鋁合金支架上，整體重量在125 130克。合作目標(biāo)激光器主要考慮激光器的輸出功率、出口半徑、激光發(fā)散角、激光波長、工作時間、功耗等方面的因素。受所選攝像機(jī)的光譜響應(yīng)靈敏度等參數(shù)限制，選擇波長650nm的紅色激光束可以得到較高的響應(yīng)度(如圖2)。實(shí)施例3 結(jié)合圖1、圖2，本發(fā)明校準(zhǔn)與測量裝置由大理石平臺、平尺、屏幕、精密轉(zhuǎn)臺和采用USB2. 0接口與計算機(jī)相連接的相機(jī)組成。測量前對大理石平臺采用高精度電子水平儀進(jìn)行測試，表面平面度最大誤差為1. 62微米，滿足000等級要求。被測目標(biāo)放在轉(zhuǎn)臺上，鋁鎂平尺放在大理石平臺上，測量時相機(jī)可以沿平尺移動，保證相機(jī)前后移動時作直線運(yùn)動，鏡頭的軸線方向保持不變。光斑質(zhì)心計算采用VC編程語言自行開發(fā)的軟件，對輸入光斑圖像進(jìn)行實(shí)時計算。激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)a)將激光器固定在轉(zhuǎn)臺中心，保證四個激光器出口在同一高度。b)確定并標(biāo)記好激光器正負(fù)方向。首先利用轉(zhuǎn)臺將第一激光器正方向?qū)?zhǔn)屏幕， 記錄下光斑中心位置作為參考中心位置。并通過壓板壓緊固定。c)移動相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時通過打磨調(diào)整激光器末端的角度，使之對準(zhǔn)到參考中心點(diǎn)。保證激光器在相機(jī)的移動過程中，始終能將光斑中心對準(zhǔn)參考中心，此時確認(rèn)為單方向的激光器調(diào)整結(jié)束。d)將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令第二個激光器對準(zhǔn)屏幕，，將激光器負(fù)方向?qū)?zhǔn)參考中心(此時的參考中心點(diǎn)位置與上一參考中心點(diǎn)位置坐標(biāo)相對于相機(jī)的y軸對稱)。e)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺對其他兩個激光器進(jìn)行相同的調(diào)整。激光器調(diào)整一次后，放置一段時間，直到不會發(fā)生漂移為止。到此激光器調(diào)整完成。(2)激光器合作目標(biāo)直線度誤差測量激光器合作目標(biāo)直線度誤差測量步驟a)將合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺使激光器光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺使一側(cè)的光斑中心調(diào)整到光斑參考中心位置上；紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo) 12.322°。b)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使另一反向激光束的光斑也調(diào)整到此位置，紀(jì)錄轉(zhuǎn)臺角度坐標(biāo) 192.335°。c)反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使另一束激光的光斑也調(diào)整到此位置，紀(jì)錄轉(zhuǎn)臺角度坐標(biāo) 12.324°。d)兩次測量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角為180. 012°e)重復(fù)a，b，c，d，步驟，測量另外兩準(zhǔn)直激光束之間夾角。目前所用的合作目標(biāo)完全按照上面步驟進(jìn)行調(diào)整，其精度為激光器單方向直線度ρ 20"，兩方向直線度ρ 1'，兩條光路夾角15°。
權(quán)利要求
1.一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)方法，其特征在于步驟如下 步驟一將激光器固定在轉(zhuǎn)臺中心，保證四個激光器出口在同一高度；步驟二 轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺將激光器(1)發(fā)出的激光束對準(zhǔn)屏幕，記錄下光斑中心位置作為參考位置，并通過壓板壓緊固定；步驟三移動相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，屏幕上的光斑位置由于激光器光線的角度偏差發(fā)生變化，此時通過打磨激光器末端調(diào)整激光的發(fā)散角，使之對準(zhǔn)到參考位置，并保證激光器在相機(jī)的移動過程中，始終能將光斑中心對準(zhǔn)參考位置，此時確認(rèn)為單個激光器調(diào)整結(jié)束；步驟四將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令激光器C3)發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時，激光器(1)和激光器C3)發(fā)出的光束是兩反向光束；步驟五轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)臺，令激光器( 發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三； 步驟六將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令激光器(4)發(fā)出的激光束對準(zhǔn)參考位置，重復(fù)步驟三，此時，激光器( 和激光器(4)發(fā)出的光束是兩反向光束；到此激光器直線度校準(zhǔn)完成，由四個激光器組成的激光器合作目標(biāo)發(fā)出X型激光束。
2.一種激光器合作目標(biāo)直線度誤差的測量方法，其特征在于測量采取對稱觀測法， 令轉(zhuǎn)臺沿正反兩方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行兩次測量，取兩次測量的平均值作為測量結(jié)果；步驟如下步驟一將激光器合作目標(biāo)整體固定在轉(zhuǎn)臺上，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺使激光器(1)發(fā)出的激光束照射到遠(yuǎn)處的屏幕上，微調(diào)轉(zhuǎn)臺使光斑中心在參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟二 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使激光器C3)發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟三移動相機(jī)調(diào)節(jié)物距，微調(diào)轉(zhuǎn)臺使激光器C3)發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟四反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使激光器(1)發(fā)出的激光束的光斑中心對準(zhǔn)參考位置上，紀(jì)錄下此時轉(zhuǎn)臺的角度坐標(biāo)；步驟五兩次測量結(jié)果取平均值作為兩準(zhǔn)直激光束間夾角；步驟六重復(fù)步驟一到步驟五，測量激光器⑵和激光器⑷之間夾角。
全文摘要
本發(fā)明提供一種激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測量方法。直線度校準(zhǔn)方法步驟包括將激光器固定在轉(zhuǎn)臺中心，保證四個激光器出口在同一高度；確定并標(biāo)記激光器正負(fù)方向，記錄光斑中心位置作為參考中心位置；移動相機(jī)逐漸遠(yuǎn)離激光器，通過打磨調(diào)整激光器末端的角度，使之對準(zhǔn)到參考中心點(diǎn)；將轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，令第二個激光器對準(zhǔn)屏幕；校準(zhǔn)一次后放置一段時間，直到不會發(fā)生漂移為止。測量采取對稱觀測法，令轉(zhuǎn)臺沿正反兩方向轉(zhuǎn)動進(jìn)行兩次測量，取兩次測量的平均值作為測量結(jié)果。本發(fā)明激光器合作目標(biāo)直線度校準(zhǔn)及其誤差測量方法，測量兩準(zhǔn)直激光束之間的夾角，進(jìn)行誤差修正，有效地提高空間姿態(tài)測量精度。
文檔編號G01C15/00GK102288198SQ201110117439
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
發(fā)明者關(guān)鈺, 李凱, 袁峰, 趙玉華 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)