一種基於光束畸變的三維角度測量系統的製作方法
2023-05-10 03:29:16 1
一種基於光束畸變的三維角度測量系統的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於光束畸變的三維角度測量系統，包括：基於自準直系統裝置，連接到計算機或圖像處理電路的固定端，包括雷射光源，擴束鏡，分光稜鏡，CCD探測器；在分光稜鏡和擴束鏡之間設有方孔光闌；與待測物體相連結的移動端，其包括柱透鏡組和四面體反射鏡；所述CCD探測器、分光稜鏡、柱透鏡組和四面體反射鏡位於第一光軸上，雷射光源、擴束鏡、方孔光闌、分光稜鏡位於第二光軸上，所述第一光軸與所述第二光軸垂直。本發明的基於光束畸變的三維角度測量系統僅用一個主光路就同時實現了三維角度的測量，具有結構簡單，測量範圍大，工作距離長的特點，適用於多種環境下的三維角度的測量。
【專利說明】一種基於光束畸變的三維角度測量系統
【技術領域】
[0001]本發明屬於光電測量領域，涉及一種通過柱透鏡組和特殊四面體反射鏡使雷射束產生畸變的，基於光束畸變的三維角度測量系統。
【背景技術】
[0002]三維角度測量是幾何計量技術的重要組成部分，在光學工程、機械製造、航空航天、軍工等領域有著廣泛的應用。
[0003]目前，角度測量中精度最高的方法是雷射幹涉法，但該方法原理上是非線性的，測量範圍小，對環境因素要求很高，通常只在實驗室中用作對其他儀器方法的標定。
[0004]自準直系統是測量二維角度變形的常見方法，具有系統簡單，測量精度高的特點，但無法測量扭轉角是該方法的最大不足。
[0005]也有通過其他方法測量扭轉角，再和自準直系統整合進行測量三維角度的技術方案，例如:專利號為CN1570554A的中國專利公開了一種「物體三維角度變形的自準直幹涉測量系統」，使用高精度光柵幹涉產生莫爾條紋，通過條紋的寬度和傾角變化量測出扭轉角。但隨著工作距離增，光束能量發散，條紋清晰度、對比度下降，因此工作距離受到限制，難以應用於大型外場工作環境。此外，由於該方法是基於光柵幹涉原理，測量範圍比較小。
【發明內容】
[0006]為了克服自準直測量方法的無法同時測量三維角度不足，本發明提供了一種基於光束畸變的三維角度測量系統。
[0007]為了解決上述技術問題，本發明的技術方案具體如下:
[0008]—種基於光束畸變的三維角度測量系統，包括:
[0009]基於自準直系統裝置，連接到計算機或圖像處理電路的固定端，包括雷射光源，擴束鏡，分光稜鏡，CCD探測器；在分光稜鏡和擴束鏡之間設有方孔光闌；
[0010]與待測物體相連結的移動端，其包括柱透鏡組和四面體反射鏡；
[0011]所述(XD探測器、分光稜鏡、柱透鏡組和四面體反射鏡位於第一光軸上,雷射光源、擴束鏡、方孔光闌、分光稜鏡位於第二光軸上，所述第一光軸與所述第二光軸垂直。
[0012]上述技術方案中，所述柱透鏡組由焦距為-f\的負柱透鏡和焦距為f2的正柱透鏡組成，採用伽利略式結構，在X方向上放大率0，在y方向上放大率為A=Iyf1。
[0013]上述技術方案中，所述四面體反射鏡的入射面與底面垂直，兩個側面間夾角為120°，側面與底面的夾角為60° ;四面體由光學玻璃製成，入射面左半側鍍半透半反膜，右半側鍍增透膜，底面與兩個側面都鍍金屬反射膜。
[0014]上述技術方案中，該系統可以根據所述CCD探測器探測到的光斑形變量Xtl和Y。來計算扭轉角Φ:
[0015]
【權利要求】
1.一種基於光束畸變的三維角度測量系統，其特徵在於，包括: 基於自準直系統裝置，連接到計算機或圖像處理電路的固定端，包括雷射光源，擴束鏡，分光稜鏡， CCD探測器；在分光稜鏡和擴束鏡之間設有方孔光闌； 與待測物體相連結的移動端，其包括柱透鏡組和四面體反射鏡； 所述CCD探測器、分光稜鏡、柱透鏡組和四面體反射鏡位於第一光軸上,雷射光源、擴束鏡、方孔光闌、分光稜鏡位於第二光軸上，所述第一光軸與所述第二光軸垂直。
2.根據權利要求1所述的基於光束畸變的三維角度測量系統，其特徵在於，所述柱透鏡組由焦距為_f\的負柱透鏡和焦距為f2的正柱透鏡組成，採用伽利略式結構，在X方向上放大率O，在y方向上放大率為A=I2Zf1。
3.根據權利要求1所述的基於光束畸變的三維角度測量系統，其特徵在於，所述四面體反射鏡的入射面與底面垂直，兩個側面間夾角為120°，側面與底面的夾角為60° ;四面體由光學玻璃製成，入射面左半側鍍半透半反膜，右半側鍍增透膜，底面與兩個側面都鍍金屬反射膜。
4.根據權利要求1所述的基於光束畸變的三維角度測量系統，其特徵在於，該系統可以根據所述CCD探測器探測到的光斑形變量Xtl和Ytl來計算扭轉角Φ:
【文檔編號】G01B11/26GK103925890SQ201410120246
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】殷延鶴, 喬彥峰, 蔡盛 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所