空間測角裝置及測角方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光學(xué)測試技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于自準(zhǔn)直儀的測角裝置及測角方法，尤其涉及一種基于雙光譜自準(zhǔn)直儀的空間測角裝置及測角方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在精密測試計量技術(shù)領(lǐng)域，自準(zhǔn)直儀是一種常見的儀器，它主要用于進(jìn)行小角度及角位移的測量。該儀器具有結(jié)構(gòu)簡單，精度高，使用方便、可靠、儀器體積小等優(yōu)點，在大地測繪、精密機械加工、計量、科研、設(shè)備安裝和軍事工程中得到了廣泛的應(yīng)用。因此，近年來自準(zhǔn)直儀的發(fā)展非常迅速，由最早的純機械光學(xué)式發(fā)展到光電機械瞄準(zhǔn)式，而后發(fā)展到光電數(shù)顯式，以及發(fā)展到光機電算融為一體的自動測量和顯示的自準(zhǔn)直儀。目前來講，光電自準(zhǔn)直儀是比較常用的一種，由于它采用各種光電探測器作為接收器件，因而測量精度較高，具有一定的優(yōu)越性。不過，市場上出現(xiàn)的自準(zhǔn)直儀大多數(shù)只能測量單一的方位角，無法實現(xiàn)對于同一空間內(nèi)不同平面上的兩個方位角的同時測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決【背景技術(shù)】中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種能夠方便、快速地對同一空間內(nèi)不同平面上的兩個方位角同時進(jìn)行測量的空間測角裝置及測角方法。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0005]本發(fā)明提供了一種空間測角裝置，其特殊之處在于:包括雙光譜自準(zhǔn)直儀以及折轉(zhuǎn)系統(tǒng)；所述折轉(zhuǎn)系統(tǒng)包括分光光學(xué)元件以及折轉(zhuǎn)鏡片；分光光學(xué)元件表面涂有分光膜且設(shè)置在雙光譜自準(zhǔn)直儀的出射光路上；分光光學(xué)元件將雙光譜自準(zhǔn)直儀的出射光分為透射光以及反射光，被測第一方位棱鏡設(shè)置在分光光學(xué)元件的透射光所在光路上，折轉(zhuǎn)鏡片設(shè)置在分光光學(xué)元件的反射光所在光路上；被測第二方位棱鏡設(shè)置在經(jīng)折轉(zhuǎn)鏡片反射后的反射光所在光路上。
[0006]上述雙光譜自準(zhǔn)直儀包括照明光源系統(tǒng)、自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)、信號光接收系統(tǒng)以及與信號光接收系統(tǒng)連接的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；照明光源系統(tǒng)包括發(fā)射光波長為λ I的第一光源、發(fā)射光波長為λ 2的第二光源、光源切換控制電路以及表面涂有分光膜的第一分光棱鏡；光源切換控制電路分別與第一光源和第二光源連接；第一光源的光出射方向與第二光源的光出射方向垂直；第一分光棱鏡設(shè)置在第一光源以及第二光源的出射光路上；自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)設(shè)置在第一分光棱鏡的出射光路上且與信號光處理系統(tǒng)共光軸；分光光學(xué)元件設(shè)置在自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)的出射光路上；經(jīng)第一分光棱鏡表面的分光膜處理，波長為λ I的光經(jīng)第一分光棱鏡透射以及波長為λ2的光經(jīng)第一分光棱鏡反射后沿同一方向傳播，接著入射至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)，經(jīng)自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)處理得到的自準(zhǔn)直光束入射至分光光學(xué)元件。
[0007]上述自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)包括第一望遠(yuǎn)物鏡、第二望遠(yuǎn)物鏡、調(diào)焦物鏡以及表面涂有分光膜的第二分光棱鏡；所述第二分光棱鏡設(shè)置在第一分光棱鏡的出射光路上；所述第二望遠(yuǎn)物鏡、第一望遠(yuǎn)物鏡、調(diào)焦物鏡、第二分光棱鏡以及信號光接收系統(tǒng)的軸心在同一直線上依次排列；所述分光光學(xué)元件設(shè)置在第二望遠(yuǎn)物鏡的出射光路上。
[0008]上述信號光接收系統(tǒng)包括依次設(shè)置在第二分光棱鏡透射光所在光路上的接收物鏡和CXD陣列；(XD陣列與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)連接。
[0009]上述折轉(zhuǎn)鏡片與分光光學(xué)元件平行設(shè)置；或者，所述折轉(zhuǎn)鏡片與分光光學(xué)元件以平行于第二望遠(yuǎn)物鏡出射光路的直線為對稱軸成軸對稱設(shè)置。
[0010]上述分光光學(xué)元件相對于第二望遠(yuǎn)物鏡的出射光路傾斜45°設(shè)置。
[0011]上述分光光學(xué)元件與折轉(zhuǎn)鏡片為一體式結(jié)構(gòu)；或者，所述分光光學(xué)元件與折轉(zhuǎn)鏡片為分體式結(jié)構(gòu)。
[0012]上述分光光學(xué)元件是平行平板；所述折轉(zhuǎn)鏡片是平面反射鏡。
[0013]一種基于如上所述的空間測角裝置實現(xiàn)兩個方位角同時測量的測角方法，其特殊之處在于:所述測角方法包括以下步驟:
[0014]I)通過光源切換控制電路點亮第一光源，使其發(fā)出波長為λ I的光束；波長為λ I的光束經(jīng)自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)處理后成為波長為λ I的自準(zhǔn)直光束；
[0015]2)步驟I)中的自準(zhǔn)直光束入射至折轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分光光學(xué)元件表面的分光膜使波長為λI的自準(zhǔn)直光束經(jīng)分光光學(xué)元件透射后入射至被測第一方位棱鏡；
[0016]3)被測第一方位棱鏡將攜帶其方位角信息的波長為λ I的光束按原路返回至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)，第二分光棱鏡表面的分光膜使返回的波長為λ I的光束經(jīng)第二分光棱鏡透射后依次入射至接收物鏡和CCD陣列，得到被測第一方位棱鏡的方位角信息；CCD陣列將被測第一方位棱鏡的方位角信息傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；
[0017]4)通過光源切換控制電路點亮第二光源，使其發(fā)出波長為λ 2的光束；通過光源切換控制電路點亮第一光源和第二光源的時間差范圍為毫秒級；波長為λ2的光束經(jīng)自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)處理后成為波長為λ2的自準(zhǔn)直光束；
[0018]5)步驟4)中的自準(zhǔn)直光束入射至折轉(zhuǎn)系統(tǒng)，分光光學(xué)元件表面的分光膜使波長為λ 2的自準(zhǔn)直光束經(jīng)分光光學(xué)元件反射后入射至折轉(zhuǎn)鏡片，經(jīng)折轉(zhuǎn)鏡片反射后入射至被測第二方位棱鏡；
[0019]6)被測第二方位棱鏡將攜帶其方位角信息的波長為λ 2的光束按原路返回至自準(zhǔn)直共用系統(tǒng)，第二分光棱鏡表面的分光膜使返回的波長為λ2的光束經(jīng)第二分光棱鏡透射后依次入射至接收物鏡和CCD陣列，得到被測第二方位棱鏡的方位角信息；CCD陣列將被測第二方位棱鏡的方位角信息傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；
[0020]7)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)分別對被測第一方位棱鏡和第二方位棱鏡的方位角信息進(jìn)行處理，得到被測第一方位棱鏡的方位角a i以及第二方位棱鏡的方位角α 2。
[0021]上述步驟I)的具體實現(xiàn)方式是:
[0022]1.1)波長為λ I的光束從第一光源入射至第一分光棱鏡，第一分光棱鏡表面的分光膜使波長為λI的光束經(jīng)第一分光棱鏡透射后入射至第二分光棱鏡；
[0023]1.2)第二分光棱鏡表面的分光膜使波長為λ I的光束反射后入射至調(diào)焦物鏡，經(jīng)調(diào)焦物鏡折射后依次經(jīng)過第一望遠(yuǎn)物鏡和第二望遠(yuǎn)物鏡，完成消色差處理，得到波長為入I的自準(zhǔn)直光束；
[0024]所述步驟4)的具體實現(xiàn)方式是:
[0025]4.1)波長為λ 2的光束從第二光源入射至第一分光棱鏡，第一分光棱鏡表面的分光膜使波長為λ2的光束經(jīng)第一分光棱鏡反射后入射至第二分光棱鏡；
[0026]4.2)第二分光棱鏡表面的分光膜使波長為λ 2的光束反射后入射至調(diào)焦物鏡，經(jīng)調(diào)焦物鏡折射后依次經(jīng)過第一望遠(yuǎn)物鏡和第二望遠(yuǎn)物鏡，完成消色差處理，得到波長為入2的自準(zhǔn)直光束。
[0027]本發(fā)明提供了一種空間測角裝置及測角方法，其具有以下優(yōu)點:
[0028]1、通過雙光譜自準(zhǔn)直儀提供兩種不同波長的光束，折轉(zhuǎn)系統(tǒng)的分光光學(xué)元件(斜面上鍍有分光膜)將兩種不同波長的光束分別發(fā)生透射和反射，其中，經(jīng)分光光學(xué)元件透射后的透射光入射至被測第一方位棱鏡；經(jīng)分光光學(xué)元件反射后的反射光入射至折轉(zhuǎn)鏡片，經(jīng)折轉(zhuǎn)鏡片的反射后入射至被測第二方位棱鏡。因而，本發(fā)明能夠方便、快速地對同一空間內(nèi)不同平面上的兩個方位角同時進(jìn)行測量。
[0029]2、該空間測角裝置中的折轉(zhuǎn)系統(tǒng)也是本發(fā)明的一個亮點，它巧妙的將分光光學(xué)元件與折轉(zhuǎn)鏡片進(jìn)行組合，使雙光譜自準(zhǔn)直儀中不同光源發(fā)射的光束在進(jìn)入該系統(tǒng)后可以沿不同的路徑進(jìn)行傳播，從而實現(xiàn)對兩個不同方位角進(jìn)行測量。
[0030]3、由于該空間測角裝置可一次測量兩個不同的方位角，只需在測試之前對整個裝置進(jìn)行一次調(diào)整即可；而傳統(tǒng)的測角裝置一次只能測量一個方位角，當(dāng)需要測量不同的方位角時，需要對整個裝置重新進(jìn)行調(diào)整，容易引入測量誤差，且操作繁瑣；因此，利用本發(fā)明提供的空間測角裝置所測數(shù)據(jù)比使用傳統(tǒng)測角裝置所測得的數(shù)據(jù)可靠。
[0031]4、該空間測角裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本較低，可由光源切換控制電路對雙光譜自準(zhǔn)直儀內(nèi)部的兩個光源進(jìn)行切換控制，從而能夠方便、快速地實現(xiàn)兩個方位角信息的高精度測量。此外，通過光源切換控制電路來控制兩個光源的切換時間為毫秒級，近似于同時測角。
【附圖說明】
[0032]圖1a是CXD自準(zhǔn)直儀的檢測原理圖(反射鏡與自準(zhǔn)直儀的主光軸垂直)；
[0033]圖1b是CXD自準(zhǔn)直儀的檢測原理圖(反射鏡繞自準(zhǔn)直儀主光軸旋轉(zhuǎn)α角)；
[0034]圖2是本發(fā)明提供的雙光譜自準(zhǔn)直儀的光學(xué)系統(tǒng)簡圖；
[0035]圖3是雙光譜自準(zhǔn)直儀中照明光源系統(tǒng)的簡圖；
[0036]圖4a是本發(fā)明中折轉(zhuǎn)系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4b是本發(fā)明中折轉(zhuǎn)系統(tǒng)的另一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖4c是本發(fā)明中折轉(zhuǎn)系統(tǒng)的又一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖4d是本發(fā)明中折轉(zhuǎn)系統(tǒng)的再一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；