一種便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域與光學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法；該裝置由光源、準(zhǔn)直鏡、反射鏡、以及反饋成像系統(tǒng)組成；該方法通過調(diào)整反射鏡，使反射光束回到反饋成像系統(tǒng)像面中心，再利用反射鏡上的角度偏轉(zhuǎn)測量裝置來得到被測物表面的角度變化；由于本發(fā)明在傳統(tǒng)自準(zhǔn)直角度測量系統(tǒng)上增加了反射鏡，因此能夠避免被測物反射光偏離測量系統(tǒng)而導(dǎo)致無法測量的問題，進(jìn)而具有在相同工作距離下增加自準(zhǔn)直工作范圍，或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下增加工作距離的優(yōu)勢；此外，準(zhǔn)直鏡、反饋成像系統(tǒng)、反射鏡等的具體設(shè)計，使本發(fā)明還具有小型便攜、測量精度高；同時還能監(jiān)測測量環(huán)境穩(wěn)定性；以及快速測量的技術(shù)優(yōu)勢。
【專利說明】
一種便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于精密測量技術(shù)領(lǐng)域與光學(xué)工程領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式高精度激光 大工作距自準(zhǔn)直裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在精密測量技術(shù)領(lǐng)域、光學(xué)工程領(lǐng)域、尖端科學(xué)實驗領(lǐng)域和高端精密裝備制造領(lǐng) 域中，迫切需求在大工作距下進(jìn)行大工作范圍、高精度激光自準(zhǔn)直技術(shù)。它支撐著上述領(lǐng)域 技術(shù)與儀器裝備的發(fā)展。
[0003] 在精密測量技術(shù)與儀器領(lǐng)域，激光自準(zhǔn)直儀與圓光柵組合，可以進(jìn)行任意線角度 測量;激光自準(zhǔn)直技術(shù)與多面棱體組合，可以進(jìn)行面角度測量和圓分度測量;最大工作距離 從幾米至上百米;分辨力從0.1角秒至0.001角秒。
[0004] 在光學(xué)工程領(lǐng)域和尖端科學(xué)實驗領(lǐng)域，激光自準(zhǔn)直儀與兩維互為垂直的兩個圓光 柵組合，可以進(jìn)行空間角度的測量；由兩路激光自準(zhǔn)直儀組成位置基準(zhǔn)，可以進(jìn)行兩兩光軸 夾角或平行性的測量。角度工作范圍幾十角秒至幾十角分。
[0005] 在尖端科學(xué)實驗裝置和高端精密裝備制造領(lǐng)域，采用激光自準(zhǔn)直儀可以測量尖端 科學(xué)實驗裝置和高端精密裝備回轉(zhuǎn)運動基準(zhǔn)的角回轉(zhuǎn)精度，測量直線運動基準(zhǔn)的空間直線 精度和兩兩運動基準(zhǔn)的平行度和垂直度。
[0006] 激光自準(zhǔn)直技術(shù)具有非接觸、測量精度高、使用方便等優(yōu)點，在上述領(lǐng)域中具有廣 泛應(yīng)用。
[0007] 傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀如圖1所示，該系統(tǒng)包括光源1、透射式準(zhǔn)直鏡21、以及反饋成像系統(tǒng) 6;光源1出射的光束，經(jīng)過透射式準(zhǔn)直鏡21準(zhǔn)直成平行光束后，入射到被測物5的反射面;從 被測物5反射面反射的光束，由反饋成像系統(tǒng)6采集成像。這種結(jié)構(gòu)下，只有從被測物5表面 反射的光束近原路返回，才能被反饋成像系統(tǒng)6采集成像，進(jìn)而實現(xiàn)有效測量。這個近原路 返回的條件限制，使得該系統(tǒng)存在以下兩方面缺點：
[0008] 第一、被測對象5反射鏡面法線與激光自準(zhǔn)直儀光軸夾角的范圍不能太大，否則會 造成反射光束偏離激光自準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，進(jìn)而導(dǎo)致無法實現(xiàn)自準(zhǔn)直和微角度測 量；
[0009] 第二、被測對象5反射鏡面距離測量激光自準(zhǔn)直儀入瞳不能太遠(yuǎn)，否則只要反射光 軸與自準(zhǔn)直儀光軸偏離微小角度就會造成反射光束偏離激光自準(zhǔn)直儀光學(xué)系統(tǒng)的入瞳，進(jìn) 而導(dǎo)致無法實現(xiàn)自準(zhǔn)直和微角度測量。
[0010] 以上兩個問題，使傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀器只能限定在小角度、小工作距離下使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 針對傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀所存在的兩個問題，本發(fā)明公開了一種便攜式高精度激光大工 作距自準(zhǔn)直裝置與方法，同傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀相比，具有在相同工作距離下顯著增加自準(zhǔn)直工 作范圍，或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下顯著增加工作距離的技術(shù)優(yōu)勢。
[0012] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0013] 一種便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，包括光源、反射式準(zhǔn)直鏡、反射鏡、 以及反饋成像系統(tǒng)，所述反射鏡上設(shè)置有角度調(diào)整測量裝置;光源出射的光束，經(jīng)過反射式 準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直成平行光束后，再由反射鏡反射，入射到被測物的表面;從被測物表面反射的光 束，再經(jīng)過反射鏡反射后，由反饋成像系統(tǒng)采集成像；
[0014] 所述反饋成像系統(tǒng)為以下兩種形式中的一種：
[0015] 第一、設(shè)置在光源與反射式準(zhǔn)直鏡之間，包括第一反饋分光鏡和設(shè)置在反射式準(zhǔn) 直鏡焦點處的圖像傳感器;從被測物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射后，先后經(jīng)過反射 式準(zhǔn)直鏡投射、第一反饋分光鏡反射、由圖像傳感器采集成像;在被測物表面與光軸垂直的 條件下，圖像傳感器所成點像在像面中心位置；
[0016] 第二、設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡與反射鏡之間，包括第一反饋分光鏡、第一反饋物鏡和 設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡焦點處的圖像傳感器;從被測物表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡反射 后，先后經(jīng)過第一反饋分光鏡反射、第一反饋物鏡透射、由圖像傳感器采集成像;在被測物 表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器所成點像在像面中心位置；
[0017] 所述角度調(diào)整測量裝置包括設(shè)置在反射鏡上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測量裝 置、以及萬向軸，角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器;角度偏轉(zhuǎn)測量裝置包括第一 金屬片、第二金屬片、對應(yīng)第一金屬片位置的第一電容傳感器、以及對應(yīng)第二金屬片位置的 第二電容傳感器;第一驅(qū)動器、第一金屬片、以及萬向軸在一條直線上，第二驅(qū)動器、第二金 屬片、以及萬向軸在一條直線上，并且第一驅(qū)動器與萬向軸的連線垂直第二驅(qū)動器與萬向 軸的連線;角度偏轉(zhuǎn)測量裝置還包括共光路自準(zhǔn)直儀。
[0018] -種在上述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0019] 步驟a、點亮光源，圖像傳感器成像，得到點像偏離像面中心位置△ X和Δ y;
[0020] 步驟b、利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點像回 到像面中心位置；
[0021] 步驟c、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ θ 1和Δ(β1，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度變 化Δ Θ2和Δφ2,進(jìn)而得到被測物表面的角度變化Δα和Δβ;其中，A01=fl( AC1，AC2)， Αφ1=β(Δ01,ΔΓ2), Δ：α=β：(ΔΘ1,ΔΘ2,Δφ1,Δφ2)^ρΔβ=?(ΔΙΙ?ΔΘ25Δφ：1 ?Δφ 示4個函數(shù)。
[0022]上述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，還包括波前探測系統(tǒng)和波前補償系 統(tǒng)；
[0023] 所述波前探測系統(tǒng)包括波前探測分光鏡、以及空氣擾動波前探測器和反射鏡形變 波前探測器中的至少一個;所述波前探測分光鏡設(shè)置在反射鏡與被測物之間，空氣擾動波 前探測器設(shè)置在波前探測分光鏡的反射光路上，反射鏡形變波前探測器設(shè)置在反射鏡的二 次反射光路上；
[0024] 所述波前補償系統(tǒng)包括補償光源、補償準(zhǔn)直鏡、以及透射式液晶空間光調(diào)制器;補 償光源出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間光調(diào)制器調(diào) 制，入射到波前探測分光鏡上。
[0025] -種在上述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)僅包括波前探測分光鏡和空氣擾動 波前探測器；
[0026] 包括以下步驟：
[0027]步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0028]步驟b、點亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)；
[0029]步驟c、Gl=GA_GB，得到空氣擾動造成的波前變化；
[0030]步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣 擾動；
[0031 ]步驟e、圖像傳感器成像，得到點像偏離像面中心位置Δ X和Δ y;
[0032] 步驟f、利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點像回 到像面中心位置；
[0033] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ Θ1和Δφ?，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度變 化Δ Θ2和Δφ2,進(jìn)而得到被測物表面的角度變化Δα和Δβ;其中，A01=fl( ACl，AC2)， Δφ1=β(ΔΠ,Δ02), Δα=13(ΔΘ 1 ,ΔΘ2,Δφ 1 ,Δφ2) |ΡΔβ-Γ4(ΔΘ!,ΔΘ2,Δφ!,Δφ2)；?Uf 2,f3,f4? 示4個函數(shù)。
[0034] -種在上述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)僅包括波前探測分光鏡和反射鏡形 變波前探測器；
[0035] 包括以下步驟：
[0036] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0037] 步驟b、點亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 反射鏡形變波前探測器分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)；
[0038]步驟c、G2=GC_GD，得到空氣擾動和反射鏡形變共同造成的波前變化；
[0039] 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣 擾動和反射鏡形變；
[0040] 步驟e、圖像傳感器成像，得到點像偏離像面中心位置Δ X和Δ y;
[0041] 步驟f、利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點像回 到像面中心位置；
[0042] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度 變化Δ Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測物表面的角度變化△ α和Δ β;其中，Δ 01=f 1( △ C1，△ C2)， Δφ 1 =I2(AC 1，AC2)，Δα= Ι3(ΔΘ 1，ΔΘ2，Δφ 1，Δφ2)和Δβ= Γ4(ΔΘ 1，ΔΘ2，Δφ 1，Δφ2);Π、f 2、f 3、f4表 示4個函數(shù)。
[0043] 一種在上述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜式便攜 式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直法，要求波前探測系統(tǒng)同時包括波前探測分光鏡、空氣擾動 波前探測器和反射鏡形變波前探測器；
[0044] 包括以下步驟：
[0045]步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0046]步驟b、點亮光源，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測器分別得到GC和GD兩 組數(shù)據(jù)；
[0047] 步驟c、G1 =GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反 射鏡形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變造成的波前變化；
[0048] 步驟 d、
[0049] 按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣擾動；
[0050] 或
[0051] 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償空氣擾動和 反射鏡形變；
[0052] 或
[0053]按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器參數(shù)，點亮補償光源，補償反射鏡形變；
[0054] 步驟e、圖像傳感器成像，得到點像偏離像面中心位置Δ X和Δ y;
[0055] 步驟f、利用第一驅(qū)動器和第二驅(qū)動器調(diào)整反射鏡角度，使圖像傳感器所成點像回 到像面中心位置；
[0056] 步驟g、讀取第一電容傳感器的電容變化AC1，以及第二電容傳感器的電容變化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀得到反射鏡的角度變 化Δ Θ2和Δ:φ2,進(jìn)而得到被測物表面的角度變化Δα和Δβ;其中，ΔΘ1=Π( ACl，AC2)， Δφ1=(2(Δ01,ΔΓ2), /1〇!=1'3(/：^1，厶(32，厶(()1，厶(卩2)和.么擇=:('4(么0.1，厶(->2"1(()1，厶([)2).;；|^1、€2、1^3、1^4表 示4個函數(shù)。
[0057] 有益效果：
[0058]同傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀相比，本發(fā)明增加了反射鏡以及設(shè)置在反射鏡上的角度調(diào)整測量 裝置，這種結(jié)構(gòu)設(shè)置，能夠在被測物入射光和反射光之間具有較大偏角或存在較大橫向位 移的情況下，通過角度調(diào)整測量裝置調(diào)整反射鏡姿態(tài)，確保反射光原路返回并被反饋成像 系統(tǒng)接收，進(jìn)而有效避免被測物反射光偏離測量系統(tǒng)而導(dǎo)致無法測量的問題，進(jìn)而使得本 發(fā)明具有在相同工作距離下顯著增加自準(zhǔn)直工作范圍，或在相同自準(zhǔn)直工作范圍下顯著增 加工作距離的技術(shù)優(yōu)勢。
[0059]除此之外，本發(fā)明還具有以下幾技術(shù)優(yōu)勢：
[0060] 第一、選擇反射式準(zhǔn)直鏡，雖然增加了制作難度、提高了制作成本，但是這種結(jié)構(gòu) 具有以下三方面不可替代的技術(shù)優(yōu)勢:首先反射式準(zhǔn)直鏡有利于儀器小型化，制作便攜式 儀器;其次反射式準(zhǔn)直鏡無色差，光源頻段越寬，其測量精度的優(yōu)勢越明顯；第三是通過鍍 膜技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)反射式準(zhǔn)直鏡的吸熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于透射式，有效避免準(zhǔn)直鏡熱變形問題的發(fā) 生，這不僅使整個系統(tǒng)能夠匹配大功率光源，而且也有利于保證系統(tǒng)測量精度；
[0061] 第二、選擇圖像傳感器作為反饋成像系統(tǒng)中的成像器件，利用圖像傳感器面積大 的特點，確保在被測物反射光與入射光偏角較大的情況下，反射光仍能夠進(jìn)入光學(xué)系統(tǒng)的 入瞳，不會超出接收范圍，再與反射鏡相配合，實現(xiàn)反射光快速實時回位補償，使得本發(fā)明 自準(zhǔn)直工作范圍或工作距離得到極大延展；
[0062] 第三、選擇電容傳感器和共光路自準(zhǔn)直儀共同作為角度偏轉(zhuǎn)測量裝置，使得本發(fā) 明不僅能夠利用電容傳感器的超高位移靈敏度特性和在微小角度范圍內(nèi)線位移易于轉(zhuǎn)換 為角位移的優(yōu)良特性，使得本發(fā)明能夠在低采樣頻率(20Hz及以下)條件下具有非常高的測 量精度，角度最高測量分辨力可從傳統(tǒng)自準(zhǔn)直儀的〇. 〇〇5角秒提高到0.0005角秒，提高一個 數(shù)量級；而且能夠利用共光路自準(zhǔn)直儀測量精度受空氣環(huán)境變化影響小的優(yōu)良特性，使得 本發(fā)明能夠在空氣環(huán)境不穩(wěn)定的測量環(huán)境下，確保測量有效進(jìn)行;二者相結(jié)合，還能起到監(jiān) 測測量環(huán)境穩(wěn)定性的作用；
[0063] 第四、本發(fā)明還采用了以下技術(shù):第一驅(qū)動器、第一金屬片、以及萬向軸在一條直 線上，第二驅(qū)動器、第二金屬片、以及萬向軸在一條直線上，并且第一驅(qū)動器與萬向軸的連 線垂直第二驅(qū)動器與萬向軸的連線;這種兩條連線相互垂直的二維設(shè)置，使得不同連線方 向的數(shù)據(jù)互不干涉，無需解耦運算，這樣能夠方便標(biāo)定，簡化計算過程，提高測量速度。
【附圖說明】
[0064] 圖1是傳統(tǒng)自準(zhǔn)直角度測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0065] 圖2是本發(fā)明便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例一的第一種結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0066]圖3是角度調(diào)整測量裝置中角度調(diào)整裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0067]圖4是角度調(diào)整測量裝置中角度偏轉(zhuǎn)測量裝置第一種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0068]圖5是角度調(diào)整測量裝置中角度偏轉(zhuǎn)測量裝置第二種結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0069] 圖6是本發(fā)明便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例一的第二種結(jié)構(gòu) 示意圖。
[0070] 圖7是本發(fā)明便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例二的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0071] 圖8是本發(fā)明便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例三的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0072] 圖9是本發(fā)明便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置具體實施例四的結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0073]圖中：1光源、22反射式準(zhǔn)直鏡、3反射鏡、4角度調(diào)整測量裝置、411第一驅(qū)動器、412 第二驅(qū)動器、421第一金屬片、422第二金屬片、423第一電容傳感器、424第二電容傳感器、 429傳統(tǒng)自準(zhǔn)直系統(tǒng)、43萬向軸、5被測物、6反饋成像系統(tǒng)、61第一反饋分光鏡、63第一反饋 物鏡、65圖像傳感器、7波前探測系統(tǒng)、71波前探測分光鏡、72空氣擾動波前探測器、73反射 鏡形變波前探測器、8波前補償系統(tǒng)、81補償光源、82補償準(zhǔn)直鏡、83透射式液晶空間光調(diào)制 器。 具體實施例
[0074]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0075] 具體實施例一
[0076]本實施例是便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0077] 本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該自 準(zhǔn)直裝置包括光源1、反射式準(zhǔn)直鏡22、反射鏡3、以及反饋成像系統(tǒng)6,所述反射鏡3上設(shè)置 有角度調(diào)整測量裝置4;光源1出射的光束，經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡22準(zhǔn)直成平行光束后，再由反 射鏡3反射，入射到被測物5的表面;從被測物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射后，由 反饋成像系統(tǒng)6采集成像；
[0078] 所述反饋成像系統(tǒng)6設(shè)置在光源1與反射式準(zhǔn)直鏡22之間，包括第一反饋分光鏡61 和設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡22焦點處的圖像傳感器65;從被測物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射 鏡3反射后，先后經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡22投射、第一反饋分光鏡61反射、由圖像傳感器65采集 成像;在被測物5表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器65所成點像在像面中心位置；
[0079]所述角度調(diào)整測量裝置4包括設(shè)置在反射鏡3上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測量裝 置、以及萬向軸43,角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412;角度偏轉(zhuǎn)測量裝置 包括第一金屬片421、第二金屬片422、對應(yīng)第一金屬片421位置的第一電容傳感器423、以及 對應(yīng)第二金屬片422位置的第二電容傳感器424;第一驅(qū)動器411、第一金屬片421、以及萬向 軸43在一條直線上，第二驅(qū)動器412、第二金屬片422、以及萬向軸43在一條直線上，并且第 一驅(qū)動器411與萬向軸43的連線垂直第二驅(qū)動器412與萬向軸43的連線，如圖3所示；角度偏 轉(zhuǎn)測量裝置還包括共光路自準(zhǔn)直儀429，所述共光路自準(zhǔn)直儀429可以安裝在反射鏡3的任 意一面，如圖4和圖5所不。
[0080] 需要說明的是，在本實施例中，反饋成像系統(tǒng)6還可以選擇如下結(jié)構(gòu)：設(shè)置在反射 式準(zhǔn)直鏡22與反射鏡3之間，包括第一反饋分光鏡61、第一反饋物鏡63和設(shè)置在反射式準(zhǔn)直 鏡22焦點處的圖像傳感器65;從被測物5表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡3反射后，先后經(jīng)過 第一反饋分光鏡61反射、第一反饋物鏡63透射、由圖像傳感器65米集成像;在被測物5表面 與光軸垂直的條件下，圖像傳感器65所成點像在像面中心位置;如圖6所示。
[0081] 具體實施例二
[0082] 本實施例是便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0083] 本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。在具 體實施例一的基礎(chǔ)上，本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置有波前探 測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8;
[0084] 所述波前探測系統(tǒng)7包括波前探測分光鏡71和空氣擾動波前探測器72;所述波前 探測分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測物5之間，空氣擾動波前探測器72設(shè)置在波前探測分光 鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測器73設(shè)置在反射鏡3的二次反射光路上；
[0085]所述波前補償系統(tǒng)8包括補償光源81、補償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補償光源81出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測分光鏡71上。
[0086] 具體實施例三
[0087] 本實施例是便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0088] 本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖8所示。在具 體實施例一的基礎(chǔ)上，本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置有波前探 測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8;
[0089] 所述波前探測系統(tǒng)7包括波前探測分光鏡71和反射鏡形變波前探測器73;所述波 前探測分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測物5之間，空氣擾動波前探測器72設(shè)置在波前探測分 光鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測器73設(shè)置在反射鏡3的二次反射光路上；
[0090] 所述波前補償系統(tǒng)8包括補償光源81、補償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補償光源81出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測分光鏡71上。
[0091] 具體實施例四
[0092] 本實施例是便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置實施例。
[0093]本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，結(jié)構(gòu)示意圖如圖9所示。在具 體實施例一的基礎(chǔ)上，本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置還設(shè)置有波前探 測系統(tǒng)7和波前補償系統(tǒng)8;
[0094]所述波前探測系統(tǒng)7包括波前探測分光鏡71、空氣擾動波前探測器72和反射鏡形 變波前探測器73;所述波前探測分光鏡71設(shè)置在反射鏡3與被測物5之間，空氣擾動波前探 測器72設(shè)置在波前探測分光鏡71的反射光路上，反射鏡形變波前探測器73設(shè)置在反射鏡3 的二次反射光路上；
[0095]所述波前補償系統(tǒng)8包括補償光源81、補償準(zhǔn)直鏡82、以及透射式液晶空間光調(diào)制 器83;補償光源81出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡82準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式液晶空間 光調(diào)制器83調(diào)制，入射到波前探測分光鏡71上。
[0096]對于以上自準(zhǔn)直裝置實施例，還有以下兩點需要說明：
[0097] 第一、所述角度調(diào)整裝置中的第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412,既可以選擇驅(qū)動 速度較快的步進(jìn)電機或伺服電機驅(qū)動器，又可以選擇驅(qū)動精度較高的壓電陶瓷驅(qū)動器，還 可以將步進(jìn)電機或伺服電機驅(qū)動器與壓電陶瓷驅(qū)動器混合使用;本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù) 實際需要進(jìn)行合理選擇。
[0098]第二、在以上所有自準(zhǔn)直裝置實施例中，角度偏轉(zhuǎn)測量裝置都只包括兩對金屬片 和電容傳感器的組合，這種設(shè)計是默認(rèn)反射鏡3在工作過程中不產(chǎn)生平移而做出的；如果考 慮到反射鏡3在工作中產(chǎn)生平移而影響測量精度，可以在萬向軸43位置處放置第三對金屬 片和電容傳感器的組合，以抵消三個電容傳感器產(chǎn)生的相同平移，確保測量精度。
[0099] 具體實施例五
[0100]本實施例是在具體實施例一所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn) 的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0101] 本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0102] 步驟a、點亮光源1，圖像傳感器65成像，得到點像偏離像面中心位置ΔΧ和Ay;
[0103] 步驟b、利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點像回到像面中心位置；
[0104] 步驟c、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ Θ1和Δφ?，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Λ Θ2和Δφ2,進(jìn)而得到被測物5表面的角度變化Δα和Δβ;其中，△ Θ1 = Π( Δ Cl，Δ C2)，Δφ:1=Γ2(Δ(；?，Δ(：:2), Δα=β(ΛΘ1,ΔΘ2，Δφ1,Δφ2)和 Δβ=Γ4(ΔΘ1,ΔΘ2，Δφ1，Δφ2);?·1、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)。
[0105] 本發(fā)明的主創(chuàng)新點在于增加了反射鏡3以及設(shè)置在反射鏡3上的角度調(diào)整測量裝 置4,這種結(jié)構(gòu)能夠在被測物5入射光和反射光之間具有較大偏角或存在較大橫向位移的情 況下，通過角度調(diào)整測量裝置調(diào)4整反射鏡姿態(tài)，使反射光原路返回并被反饋成像系統(tǒng)6接 收，有效避免被測物反射光偏離測量系統(tǒng)而導(dǎo)致無法測量的問題。
[0106] 然而，反射鏡3的引入，其面型誤差會傳遞到最終結(jié)果中，降低系統(tǒng)的測量精度；同 時，工作距離的增加又使得反射鏡3與被測物5之間的空氣擾動不可忽略，也會降低系統(tǒng)的 測量精度?？梢姡雽崿F(xiàn)高精度測量，就必須考慮到反射鏡3面型誤差以及反射鏡3與被測 物5之間空氣擾動對測量結(jié)果的影響，為此，設(shè)計了具體實施例六、具體實施例七、以及具體 實施例八。
[0107] 具體實施例六
[0108]本實施例是在具體實施例二所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn) 的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0109]本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0110]步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0111] 步驟b、點亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，空氣擾動波前探測器72分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)；
[0112] 步驟c、G1 =GA_GB，得到空氣擾動造成的波前變化；
[0113] 步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償 空氣擾動；
[0114] 步驟e、圖像傳感器65成像，得到點像偏離像面中心位置ΔΧ和Ay;
[0115] 步驟f、利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點像回到像面中心位置；
[0116] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2,再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ Θ1和Δφ?，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Λ Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測物5表面的角度變化Δα和Δβ;其中，ΔΘ1 = Π(Δ Cl，Δ C2)，Δφ1=β(Δ(?1，ΔΓ2), Δ〇?=β(ΔΘΙ，ΔΘ2，ΔφΙ，Δφ2)和Δβ=Γ4(ΔΘ1，ΔΘ2，Δφ1，Δφ2);?·1、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)。
[0117] 在具體實施例二的裝置上實施本實施例的方法，能夠利用空氣擾動波前探測器72 將空氣擾動進(jìn)行分離，進(jìn)而利用波前補償系統(tǒng)8對空氣擾動進(jìn)行補償，最終實現(xiàn)無空氣擾動 影響的高精度測量。
[0118] 具體實施例七
[0119]本實施例是在具體實施例三所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn) 的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0120] 本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0121] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0122] 步驟b、點亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，反射鏡形變波前探測器73分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)；
[0123] 步驟c、G2=GC_GD，得到空氣擾動和反射鏡形變共同造成的波前變化；
[0124] 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償 空氣擾動和反射鏡形變；
[0125] 步驟e、圖像傳感器65成像，得到點像偏離像面中心位置△ x和Δ y;
[0126] 步驟f、利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點像回到像面中心位置；
[0127] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Λ Θ2和Δ(ρ2,進(jìn)而得到被測物5表面的角度變化Δα和Δβ;其中，△ Θ1 = Π( Δ Cl，Δ C2)，Δφ1=β(Δ(:?，Δ02)，Δα=Ι3(ΔΘ1，ΔΘ2,Δφ1，Δφ2)和 Δβ=?、4(ΔΘ1,ΔΘ2，Δφ1,Δ(ρ2);?·1、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)。
[0128] 在具體實施例三的裝置上實施本實施例的方法，能夠利用反射鏡形變波前探測器 73將空氣擾動與反射鏡形變進(jìn)行整體分離，進(jìn)而利用波前補償系統(tǒng)8對空氣擾動與反射鏡 形變進(jìn)行整體補償，最終實現(xiàn)無空氣擾動和反射鏡形變影響的高精度測量。
[0129] 具體實施例八
[0130]本實施例是在具體實施例四所述便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn) 的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法實施例。
[0131 ]本實施例的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，包括以下步驟：
[0132] 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物；
[0133] 步驟b、點亮光源1，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置 B，空氣擾動波前探測器72分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測器73分別得到GC 和⑶兩組數(shù)據(jù)；
[0134] 步驟c、Gl=GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反 射鏡形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變造成的波前變化；
[0135] 步驟 d、
[0136] 按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償空氣擾 動；
[0137] 或
[0138] 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償空氣擾 動和反射鏡形變；
[0139] 或
[0140]按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器83參數(shù)，點亮補償光源81，補償反射鏡形 變；
[0141 ]步驟e、圖像傳感器65成像，得到點像偏離像面中心位置Δ X和Δ y;
[0142] 步驟f、利用第一驅(qū)動器411和第二驅(qū)動器412調(diào)整反射鏡3角度，使圖像傳感器65 所成點像回到像面中心位置；
[0143] 步驟g、讀取第一電容傳感器423的電容變化Δ C1，以及第二電容傳感器424的電容 變化A C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡3的角度變化△ θ 1和Δφ?，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀429得到反射 鏡3的角度變化Δ Θ2和Δφ2:，進(jìn)而得到被測物5表面的角度變化Δα和Δβ;其中，Δ Θ1 = Π( Δ Cl，Δ C2 )，Δφ1=Γ2(Δ(1?，Δ(!'2)，Δα=β(ΔΘ1，ΔΘ2，Δφ1，Δφ2)^ΡΔβ=Γ4(ΔΘ1,ΔΘ2，Δφ1,Δφ2);?·1、 f2、f3、f4表示4個函數(shù)。
[0144] 在具體實施例四的裝置上實施本實施例的方法，能夠利用空氣擾動波前探測器72 和反射鏡形變波前探測器73將空氣擾動和反射鏡形變進(jìn)行單獨分離，進(jìn)而選擇性地對空氣 擾動進(jìn)行單獨補償、對反射鏡形變進(jìn)行單獨補償、或?qū)諝鈹_動與反射鏡形變進(jìn)行整體補 償，最終實現(xiàn)無空氣擾動、或無反射鏡形變、或無空氣擾動和反射鏡形變影響的高精度測 量。
[0145]本實施例還有一個優(yōu)點，那就是將空氣擾動和反射鏡形變單獨分離后，能對每一 部分對結(jié)果的影響大小進(jìn)行單獨評估，不僅能夠找出空氣擾動和反射鏡形變中，誰是影響 測量精度的主要矛盾，而且能夠?qū)Ψ瓷溏R變形進(jìn)行單獨評估，同時對反射鏡加工質(zhì)量進(jìn)行 有效評價。
【主權(quán)項】
1. 一種便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，其特征在于，包括光源（I)、反射式準(zhǔn) 直鏡(22)、反射鏡(3)、以及反饋成像系統(tǒng)(6)，所述反射鏡(3)上設(shè)置有角度調(diào)整測量裝置 (4);光源（1)出射的光束，經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡(22)準(zhǔn)直成平行光束后，再由反射鏡(3)反射， 入射到被測物(5)的表面;從被測物(5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡(3)反射后，由反饋 成像系統(tǒng)(6)采集成像； 所述反饋成像系統(tǒng)(6)為以下兩種形式中的一種： 第一、設(shè)置在光源（1)與反射式準(zhǔn)直鏡(22)之間，包括第一反饋分光鏡(61)和設(shè)置在反 射式準(zhǔn)直鏡（22)焦點處的圖像傳感器(65);從被測物（5)表面反射的光束，再經(jīng)過反射鏡 (3)反射后，先后經(jīng)過反射式準(zhǔn)直鏡（22)投射、第一反饋分光鏡（61)反射、由圖像傳感器 (65)采集成像;在被測物(5)表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器(65)所成點像在像面中 心位置； 第二、設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡（22)與反射鏡(3)之間，包括第一反饋分光鏡(61)、第一反 饋物鏡(63)和設(shè)置在反射式準(zhǔn)直鏡(22)焦點處的圖像傳感器(65);從被測物(5)表面反射 的光束，再經(jīng)過反射鏡(3)反射后，先后經(jīng)過第一反饋分光鏡(61)反射、第一反饋物鏡(63) 透射、由圖像傳感器(65)采集成像;在被測物（5)表面與光軸垂直的條件下，圖像傳感器 (65)所成點像在像面中心位置； 所述角度調(diào)整測量裝置(4)包括設(shè)置在反射鏡(3)上的角度調(diào)整裝置、角度偏轉(zhuǎn)測量裝 置、以及萬向軸(43)，角度調(diào)整裝置包括第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412);角度偏轉(zhuǎn)測 量裝置包括第一金屬片(421)、第二金屬片(422)、對應(yīng)第一金屬片(421)位置的第一電容傳 感器(423)、以及對應(yīng)第二金屬片(422)位置的第二電容傳感器(424);第一驅(qū)動器(411)、第 一金屬片(421)、以及萬向軸(43)在一條直線上，第二驅(qū)動器(412)、第二金屬片(422)、以及 萬向軸（43)在一條直線上，并且第一驅(qū)動器（411)與萬向軸（43)的連線垂直第二驅(qū)動器 (412)與萬向軸(43)的連線；角度偏轉(zhuǎn)測量裝置還包括共光路自準(zhǔn)直儀(429)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置，其特征在于，還包括 波前探測系統(tǒng)(7)和波前補償系統(tǒng)(8); 所述波前探測系統(tǒng)（7)包括波前探測分光鏡（71)、以及空氣擾動波前探測器(72)和反 射鏡形變波前探測器(73)中的至少一個;所述波前探測分光鏡(71)設(shè)置在反射鏡(3)與被 測物(5)之間，空氣擾動波前探測器(72)設(shè)置在波前探測分光鏡(71)的反射光路上，反射鏡 形變波前探測器(73)設(shè)置在反射鏡(3)的二次反射光路上； 所述波前補償系統(tǒng)(8)包括補償光源(81)、補償準(zhǔn)直鏡(82)、以及透射式液晶空間光調(diào) 制器(83);補償光源(81)出射的光束，經(jīng)過補償準(zhǔn)直鏡(82)準(zhǔn)直成平行光束后，再由透射式 液晶空間光調(diào)制器(83)調(diào)制，入射到波前探測分光鏡(71)上。3. -種在權(quán)利要求1所述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、點亮光源（1)，圖像傳感器(65)成像，得到點像偏離像面中心位置△ X和△ y; 步驟b、利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點像回到像面中心位置； 步驟c、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化△ Cl，以及第二電容傳感器(424)的電容變 化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ 1，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到反射 鏡(3)的角度變化A Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測物(5)表面的角度變化Δα和Δβ;其中，ΔΘ1 = Π (Δ Cl, Δ C2) ,Δφ]=Γ2(ΔΓ1,ΔΓ2),Δα=?3(ΔΘ1,ΔΘ2,Δ(ρ1,Δφ2)|ΡΔβ=Γ4(ΔΘ1,ΔΘ2,Δφ1,Δφ2)；；ΓΚ f2、f3、f4表示4個函數(shù)。4. 一種在權(quán)利要求2所述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)(7)僅包括波前探測分光鏡 (71)和空氣擾動波前探測器(72); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器(72)分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G1 =GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化； 步驟d、按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償 空氣擾動； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，得到點像偏離像面中心位置△ X和Δ y; 步驟f、利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點像回到像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化△ Cl，以及第二電容傳感器(424)的電容變 化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ 1，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到反 射鏡(3)的角度變化A Θ2和Δφ2，進(jìn)而得到被測物(5)表面的角度變化△ α和Δ β;其中，△ θ 1 = ??( Δ Cl，Δ C2)，Δφ1=?(Δ(1?，Δ(：2), Δα=!3(ΔΘ1,ΔΘ2,Δφ1,Δφ2)和Δβ=€4(ΔΘ1:,ΔΘ2,Δφ1,Δφ2);: Π、f 2、f 3、f 4表示4個函數(shù)。5. -種在權(quán)利要求2所述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)(7)僅包括波前探測分光鏡 (71)和反射鏡形變波前探測器(73); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 反射鏡形變波前探測器(73)分別得到GC和GD兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反射鏡形變共同造成的波前變化； 步驟d、按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償 空氣擾動和反射鏡形變； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，得到點像偏離像面中心位置△ X和Δ y; 步驟f、利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點像回到像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化△ Cl，以及第二電容傳感器(424)的電容變 化Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ 1，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到反 射鏡(3)的角度變化△ Θ2和Δφ2,進(jìn)而得到被測物(5)表面的角度變化△ α和△ β;其中，△ Θ1 = fl ( Δ Cl，Δ C2)，Δφ1=Γ2(Δ(.?，Δ(、2)，Δ('?=?3(Δ(-)1，ΔΘ2,Δ(|)1，Δφ2)和Δβ=Γ4(ΔΘ1,ΔΘ2，Δφ1,Δφ2); Π、f 2、f 3、f 4表示4個函數(shù)。6. -種在權(quán)利要求2所述便攜式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直裝置上實現(xiàn)的便攜 式便攜式高精度激光大工作距自準(zhǔn)直方法，要求波前探測系統(tǒng)(7)同時包括波前探測分光 鏡(71 )、空氣擾動波前探測器(72)和反射鏡形變波前探測器(73); 其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、選取表面垂直于光軸方向的參考物； 步驟b、點亮光源（1)，將步驟a所選擇的參考物分別放置在工作位置A和近工作位置B， 空氣擾動波前探測器(72)分別得到GA和GB兩組數(shù)據(jù)，反射鏡形變波前探測器(73)分別得到 GC和⑶兩組數(shù)據(jù)； 步驟c、G1 = GA-GB，得到空氣擾動造成的波前變化;G2 = GC-GD，得到空氣擾動和反射鏡 形變共同造成的波前變化;G=G2-G1，得到反射鏡形變造成的波前變化； 步驟d、 按照f5(Gl)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償空氣擾 動； 或 按照f5(G2)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源（81)，補償空氣擾 動和反射鏡形變； 或 按照f5(G)調(diào)整透射式液晶空間光調(diào)制器(83)參數(shù)，點亮補償光源(81)，補償反射鏡形 變； 步驟e、圖像傳感器(65)成像，得到點像偏離像面中心位置△ X和Δ y; 步驟f、利用第一驅(qū)動器(411)和第二驅(qū)動器(412)調(diào)整反射鏡(3)角度，使圖像傳感器 (65)所成點像回到像面中心位置； 步驟g、讀取第一電容傳感器(423)的電容變化Δ Cl，以及第二電容傳感器(424)的電容變化 Δ C2，再轉(zhuǎn)換為反射鏡(3)的角度變化△ Θ1和Δφ i，同時通過共光路自準(zhǔn)直儀(429)得到反射 鏡(3)的角度變化△ Θ2和Δφ2,進(jìn)而得到被測物(5)表面的角度變化△ α和△ β;其中，△ Θ1 = fl( A Cl, Δ C2),Δφ1=?2(ΔΓ1,Δ€'2), Δ(?=13(ΔΘ1,Δ(-)2,Δφ1,Α(ρ2)^ρΔβ=Γ4(Δθ1,ΔΘ2,Δφ?,Δφ2)； Π、f 2、f 3、f 4表示4個函數(shù)。
【文檔編號】G01C15/00GK106017441SQ201610639081
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月7日
【發(fā)明人】譚欣然, 朱凡, 王超, 譚久彬
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)