一種量子關(guān)聯(lián)自準(zhǔn)直儀及測角方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種量子關(guān)聯(lián)自準(zhǔn)直儀及測角方法，屬于測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)典自準(zhǔn)直儀產(chǎn)品一般采用線陣或面陣列工業(yè)相機(jī)和成像透鏡組實(shí)現(xiàn)對反射鏡 轉(zhuǎn)角的測量，從而達(dá)到對器件平整度或準(zhǔn)直度的測量和標(biāo)定。目前，經(jīng)典自準(zhǔn)直儀應(yīng)用過程 中小型化、便攜化主要受到其基本原理的限制。一方面透鏡組焦距f越大，測角精度越高， 但對應(yīng)最大測角量程范圍變小。另一方面，透鏡組焦距f越大要求自準(zhǔn)直儀的體積越大。因 此，經(jīng)典自準(zhǔn)直儀的測角精度和測角量程、設(shè)計(jì)體積相互制約。高測角精度的經(jīng)典自準(zhǔn)直儀 理論上已經(jīng)無法做到兼顧小體積、大量程。另外，線陣或面陣探測器使得經(jīng)典自準(zhǔn)直儀成本 高，造價昂貴。因此實(shí)現(xiàn)小體積、大量程、高精度、低成本的自準(zhǔn)直儀必然考慮用新的理論和 技術(shù)進(jìn)彳丁改進(jìn)和提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有經(jīng)典自準(zhǔn)直儀體積大、測角量程范圍與測角 精度相互制約的不足，提出了一種量子關(guān)聯(lián)自準(zhǔn)直儀及測角方法，解決了自準(zhǔn)直儀小型化、 測角量程大和測角精度高的問題。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種量子關(guān)聯(lián)自準(zhǔn)直儀，包括：光源發(fā)射單元、光源記 錄單元、量子自準(zhǔn)直儀測量單元；
[0005] 光源發(fā)射單元包括激光器（1)、第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)、第一透鏡（4)、第 二透鏡（5)、控制單元（8)、步進(jìn)電機(jī)（7)、毛玻璃（6)和第一光闌（9);
[0006] 光源記錄單元包括：變焦鏡頭（10)、工業(yè)相機(jī)（11)和圖像采集與存儲單元（12);
[0007] 量子自準(zhǔn)直儀測量單元包括：50 :50分束器（13)、第三透鏡（14)、第三反射鏡 (15)、第二光闌（16)、光電探測器（17)、數(shù)據(jù)采集卡（18)、數(shù)據(jù)處理與顯示模塊（19);
[0008] 第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)成90度布置，第一透鏡（4)、第二透鏡（5)和第 三透鏡（14)、第一光闌（9)分別垂直于同一光軸，且在同一光軸上，第一透鏡（4)和第二透 鏡（5)的距離為第一透鏡⑷和第二透鏡（5)的焦距之和；第三透鏡（14)與毛玻璃（6)的 距離等于第三透鏡（14)的焦距；第二光闌（16)和毛玻璃（6)相對于50 :50分束器的分束 面放置在對稱位置；
[0009] 激光器（1)連續(xù)發(fā)光束，該光束依次經(jīng)過第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)反射后， 經(jīng)第二反射鏡（3)反射后的光束再依次入射到第一透鏡（4)和第二透鏡（5)，形成平行光束 出射至毛玻璃（6)，毛玻璃（6)由步進(jìn)電機(jī)（7)帶動，控制單元（8)控制步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)，即 控制單元（8)發(fā)射TTL電脈沖給步進(jìn)電機(jī)，每個TTL電脈沖使得步進(jìn)電機(jī)（7)帶動毛玻璃 (6)旋轉(zhuǎn)或平移固定步長，經(jīng)過毛玻璃(6)的平行光束形成散射的激光散斑場，調(diào)節(jié)第一光 闌（9)的孔徑，限制散射的激光散斑場的視場大小后，散射的激光散斑場被變焦鏡頭（10) 成像至工業(yè)相機(jī)（11)的感光面，形成散射的激光散斑場圖像，變焦鏡頭（10)能夠?qū)⑸⑸涞?激光散斑場放大和縮小一定的倍數(shù)；毛玻璃(6)由起始位置每轉(zhuǎn)動或平移一次的同時，控 制單元⑶發(fā)射一個TTL電脈沖送至工業(yè)相機(jī)（11)的（Ila)觸發(fā)接口，工業(yè)相機(jī)（11)拍 攝并記錄一次散射的激光散斑場；
[0010] 工業(yè)相機(jī)（11)將多次拍攝的散射的激光散斑場圖像，即激光散斑場的圖像矩陣， 以數(shù)字信號格式發(fā)送至圖像采集與存儲單元（12)儲存；
[0011] 每一次TTL電脈沖，毛玻璃（6)由起始位置轉(zhuǎn)動或平移一次，則經(jīng)過毛玻璃（6)的 散射的激光散斑場變化一次，然后送至50 :50分束器（13)的第一端口（13a)進(jìn)行分光形成 透射光束和反射光束，透射光束從分束器（13)的第二端口（13c)出射，反射光束從分束器 (13)的反射端口（13d)反射，將反射光束舍棄，將50 :50分束器（13)分光得到的透射光束 入射至第三透鏡（14)后，形成平行光束照射到第三反射鏡（15)，由第三反射鏡（15)反射的 光束再次入射至第三透鏡（14)恢復(fù)成匯聚光束，再次經(jīng)過50 :50分束器（13)的第二端口 (13c)進(jìn)行分光得到透射光束和反射光束，反射光束從端口（13b)射出，透射光束將從分束 器（13)第一端口（13a)出射，舍棄第一端口（13a)透射光束，第三透鏡（14)恢復(fù)成匯聚光 束進(jìn)行分光得到的從第二端口（13b)射出的反射光束進(jìn)入第二光闌（16)，第二光闌（16)透 過的光束送至光電探測器（17)，光電探測器（17)將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，送至數(shù)據(jù)采集卡 (18)，數(shù)據(jù)采集卡（18)將模擬電信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送至數(shù)據(jù)處理與顯示模塊（19)，數(shù)據(jù) 處理與顯示模塊（19)按存儲順序調(diào)用圖像采集與存儲單元（12)儲存的激光散斑場的圖像 矩陣，每一激光散斑場的圖像矩陣與每一個光電探測器（17)探測到的信號分別進(jìn)行強(qiáng)度 關(guān)聯(lián)運(yùn)算，并將關(guān)聯(lián)運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行顯示，得到關(guān)聯(lián)后的圖像和該圖像上的一個斑點(diǎn)坐標(biāo)。
[0012] -種量子關(guān)聯(lián)自準(zhǔn)直儀的測角方法，包含步驟如下：
[0013] 1)激光器（1)連續(xù)發(fā)光束，該光束依次經(jīng)過第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)反射 后，再依次入射到第一透鏡（4)和第二透鏡（5)，形成平行光束出射至毛玻璃（6);
[0014] 2)毛玻璃（6)由步進(jìn)電機(jī)（7)帶動，步進(jìn)電機(jī)（7)受控制單元⑶控制，即控制單 元發(fā)射TTL電脈沖給步進(jìn)電機(jī)（7)，每個TTL電脈沖使得電動機(jī)帶動毛玻璃（6)旋轉(zhuǎn)或平移 固定步長，毛玻璃（6)由起始位置轉(zhuǎn)動或平移一次，散射的激光散斑場由經(jīng)過毛玻璃（6)的 平行光束形成，調(diào)節(jié)第一光闌（9)的孔徑，限制散射的激光散斑場的視場大小后，散射的激 光散斑場被變焦鏡頭（10)成像至工業(yè)相機(jī)（11)的感光面，形成散射的激光散斑場圖像，變 焦鏡頭能夠?qū)⑸⑸涞募す馍邎龇糯蠛涂s小一定的倍數(shù)ω，ω稱為量子放縮系數(shù)；控制單 元（8)發(fā)射一次TTL電脈沖至工業(yè)相機(jī)（11)的（Ila)觸發(fā)接口，工業(yè)相機(jī)（11)記錄一次 散射的激光散斑場；
[0015] 3)工業(yè)相機(jī)（11)將多次拍攝的散射的激光散斑場圖像，即激光散斑場的圖像矩 陣，以數(shù)字信號格式發(fā)送至圖像采集與存儲單元（12)儲存；
[0016] 4)毛玻璃（6)由起始位置每收到一次TTL電脈沖，轉(zhuǎn)動或平移一次，則經(jīng)過毛玻 璃的散射的激光散斑場變化一次后，通過50 :50分束器（13)的（13a)端口，透射光束從分 束器（13)的端口（13c)出射，反射光束從分束器（13)的反射端口（13d)反射，將反射光 束舍棄，將端口（13c)的透射光束入射至第三透鏡（14)，形成平行光束照射到第三反射鏡 (15)；
[0017] 5)由第三反射鏡（15)反射的光束再次入射至第三透鏡（14)恢復(fù)成匯聚光束，再 次經(jīng)過50 :50分束器（13)的端口（13c)反射至端口（13b)，投射光束將從分束器（13)端 口（13a)出射，舍棄端口（13a)透射光束，從端口（13b)反射的光束進(jìn)入第二光闌（16)，第 二光闌（16)透過的光束送至光電探測器（17);
[0018] 6)光電探測器（17)將光信號轉(zhuǎn)化成電信號，送至數(shù)據(jù)采集卡（18)，數(shù)據(jù)采集卡 (18) 將模擬電信號