一種激光跟蹤儀測長精度標(biāo)定方法與裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光跟蹤儀的測長精度標(biāo)定方法與裝置，屬于光學(xué)儀器測量和標(biāo)定校準(zhǔn)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]激光跟蹤儀是國際上近年來發(fā)展起來的新型大尺寸空間三維坐標(biāo)測量儀器，可對空間點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤測量，具有精度高、效率高、便攜、操作簡單等特點(diǎn)，是目前大尺寸空間三維坐標(biāo)精密測量的主要手段。
[0003]激光跟蹤儀的基本工作原理:激光器發(fā)射出的測量光束，經(jīng)過干涉分光鏡分為兩束，一束直接傳輸?shù)礁缮鎯x上，另一束通過跟蹤轉(zhuǎn)鏡射向目標(biāo)反射鏡。經(jīng)過目標(biāo)反射鏡反射的光線平行于原光束返回，到達(dá)分光鏡后一部分激光束被發(fā)射到光斑位置敏感器上，另一部分光束經(jīng)干涉分光鏡直接進(jìn)入雙頻激光干涉儀進(jìn)行位移干涉測量。當(dāng)目標(biāo)反射鏡移動時(shí)，跟蹤頭實(shí)時(shí)調(diào)整光束方向?qū)?zhǔn)反射器，進(jìn)行空間距離測量。
[0004]目前，對激光跟蹤儀的測長標(biāo)定主要采用超長高精度導(dǎo)軌和雙頻激光干涉儀進(jìn)行全測程標(biāo)定。
[0005]采用超長高精度導(dǎo)軌進(jìn)行全測程測長標(biāo)定時(shí)，將雙頻激光干涉儀的目標(biāo)反射鏡和激光跟蹤儀的反射靶鏡固定在一起，沿高精度導(dǎo)軌線性移動，干涉儀和跟蹤儀同時(shí)測量讀數(shù)，以雙頻激光干涉儀的干涉測長作為標(biāo)準(zhǔn)值，與激光跟蹤儀的測長結(jié)果進(jìn)行對比，從而標(biāo)定激光跟蹤儀的測長誤差。但它存在一定的缺陷:
[0006]由于目前激光跟蹤儀的測長范圍已經(jīng)可以做到50m?100m，采用超長高精度導(dǎo)軌測量時(shí)需要長達(dá)50m以上的高精度導(dǎo)軌，其加工難度太大，成本高，不易實(shí)現(xiàn)。
[0007]上述超長高精度導(dǎo)軌由于加工時(shí)存在誤差累積且在拼接安裝時(shí)調(diào)整麻煩，不易達(dá)到標(biāo)定所要求精度，因此對激光跟蹤儀的標(biāo)定精度也不會太高。
[0008]移動雙頻激光干涉儀的目標(biāo)反射鏡和激光跟蹤儀的反射靶鏡而不轉(zhuǎn)折光路進(jìn)行測長標(biāo)定需要占用相當(dāng)大的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在超長高精度導(dǎo)軌標(biāo)定精度低、加工成本高、測長范圍小、占用空間大的問題，提供了一種激光跟蹤儀的測長精度標(biāo)定方法與裝置。
[0010]一種激光跟蹤儀測長精度標(biāo)定裝置，特征是:
[0011]光學(xué)平臺上從左至右依次設(shè)置激光跟蹤儀8、雙頻激光干涉儀1、干涉鏡組夾具4和直角棱鏡組夾具11，干涉鏡組夾具4由下往上依次放置干涉鏡組3、雙頻激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13、激光跟蹤儀反射靶鏡組14，其中干涉鏡組3由垂直紙面方向連接的干涉分光鏡3-1和干涉反射鏡3-2組成，直角棱鏡組夾具11上放置直角棱鏡組12，直角棱鏡組12由下往上依次為第二直角棱鏡12-2、第一直角棱鏡12-1、第三直角棱鏡12-3、第四直角棱鏡12-4 ；
[0012]光學(xué)平臺2右側(cè)放置虛擬導(dǎo)軌5，五棱鏡組9固定在五棱鏡組夾具10上，五棱鏡組夾具10放置在在虛擬導(dǎo)軌5上，五棱鏡組9由下往上依次為第一五棱鏡9-1和第二五棱鏡9-2 ；
[0013]雙頻激光干涉儀I出射光束經(jīng)干涉鏡組3中的干涉分光鏡3-1后分為兩束，第一束經(jīng)干涉分光鏡3-1后水平出射，并依次經(jīng)第一五棱鏡9-1和第二五棱鏡9-2反射后水平出射，并對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13中心，原路返回后對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀的輔助對準(zhǔn)光闌中心，第二束經(jīng)干涉分光鏡3-1后進(jìn)入干涉反射鏡3-2，原路返回后對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀的輔助對準(zhǔn)光闌中心；
[0014]激光跟蹤儀8出射光束依次經(jīng)過第一直角棱鏡12-1和第二直角棱鏡12-2反射并水平出射，然后依次經(jīng)五棱鏡9-1和五棱鏡9-2反射后水平出射，再依次經(jīng)過第三直角棱鏡12-3和第四直角棱鏡12-4后水平出射，并對準(zhǔn)激光跟蹤儀反射靶鏡組14中的激光跟蹤儀反射靶鏡14-1中心，反射后原路返回至激光跟蹤儀8內(nèi)部的干涉系統(tǒng)和跟蹤系統(tǒng)。
[0015]該裝置還包括位置敏感探測器組6和位置敏感探測器組夾具7，位置敏感探測器組6由第一位置敏感探測器6-1和第二位置敏感探測器6-2組成，并由下往上依次固定在位置敏感探測器組夾具7上；用于調(diào)平虛擬導(dǎo)軌5、激光跟蹤儀8光束和調(diào)節(jié)測量光路與參考光路的平行度。
[0016]所述虛擬導(dǎo)軌5是由一個(gè)可移動平臺P(N+1#P N個(gè)相隔一定節(jié)距的固定平臺P1Q=I?N)組成，P1在左邊，PN在右邊，所述節(jié)距大小由采集被測點(diǎn)數(shù)確定；固定平臺PiQ =I?N)和可移動平臺P(N+1)上分別具有可調(diào)底座，可移動平臺P _1}用于轉(zhuǎn)移五角棱鏡組或位置敏感探測器組，利用可調(diào)底座調(diào)節(jié)虛擬導(dǎo)軌5的直線度。
[0017]激光跟蹤儀測長精度標(biāo)定方法，其包括以下步驟:
[0018]第一步，調(diào)平虛擬導(dǎo)軌；
[0019]雙頻激光干涉儀I和干涉鏡組夾具4放在光學(xué)平臺2上，雙頻激光干涉儀I的出射光束對準(zhǔn)干涉分光鏡3-1中心，干涉分光鏡3-1和干涉反射鏡3-2垂直于紙面方向連接并放置在干涉鏡組夾具4上；
[0020]雙頻激光干涉儀I出射光束經(jīng)干涉鏡組3中的干涉分光鏡3-1后分為兩束，經(jīng)干涉分光鏡3-1后的第一束光進(jìn)入干涉反射鏡3-2反射，調(diào)節(jié)雙頻激光干涉儀I和干涉鏡組夾具4，使反射光原路返回后對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀I的輔助對準(zhǔn)光闌中心，經(jīng)干涉分光鏡3-1后的第二束光水平出射；
[0021]第一位置敏感探測器6-1固定在位置敏感探測器組夾具7上，位置敏感探測器組夾具7放置在固定平臺Pn上的可調(diào)底座上，調(diào)節(jié)可調(diào)底座和位置敏感探測器組夾具7，使經(jīng)干涉分光鏡3-1后的第二束光對準(zhǔn)第一位置敏感探測器6-1中心零位，固定該可調(diào)底座；移動位置敏感探測器夾具7和第一位置敏感探測器6-1至固定平臺P1Q = I?(N-1))和可移動平臺P(N+1)±的可調(diào)底座上，調(diào)節(jié)可調(diào)底座，使經(jīng)干涉分光鏡3-1后的第二束光對準(zhǔn)第一位置敏感探測器6-1中心零位，固定可調(diào)底座，此時(shí)可認(rèn)為虛擬導(dǎo)軌已調(diào)平；
[0022]第二步，調(diào)節(jié)激光跟蹤儀光束與激光干涉儀光束平行；
[0023]激光跟蹤儀8放置在光學(xué)平臺2上，位于雙頻激光干涉儀I的左邊，光束向右出射，光束指向球坐標(biāo)為(5000mm，180°，90° )的空間點(diǎn)，關(guān)閉伺服；將位置敏感探測器夾具7固定在固定平臺PJ:的可調(diào)底座上，同時(shí)將第二位置敏感探測器6-2固定在位置敏感探測器夾具7上，且位于第一位置敏感探測器6-1的上部，使第二位置敏感探測器6-2中心對準(zhǔn)激光跟蹤儀8出射光束；調(diào)節(jié)激光跟蹤儀8和位置敏感探測器夾具7使激光跟蹤儀光束對準(zhǔn)第二位置敏感探測器6-2中心零位；移動位置敏感探測器夾具7至固定平臺P1的可調(diào)底座上，若激光跟蹤儀8光束不在第二位置敏感探測器6-2中心零位，則調(diào)節(jié)激光跟蹤儀8使激光跟蹤儀8光束對準(zhǔn)第二位置敏感探測器6-2中心零位，重新移動位置敏感探測器夾具7至固定平臺PJl的可調(diào)底座上，若激光跟蹤儀8光束不在第二位置敏感探測器6-2中心零位，則再次調(diào)節(jié)激光跟蹤儀使激光跟蹤儀8光束對準(zhǔn)第二位置敏感探測器6-2中心零位，如此反復(fù)直至滿足要求，此時(shí)可認(rèn)為激光跟蹤儀8光束與雙頻激光干涉儀I光束平行；
[0024]第三步，調(diào)節(jié)測量光路與參考光路平行；
[0025]調(diào)節(jié)第一直角棱鏡12-1和第二直角棱鏡12-2的高度縮小激光跟蹤儀8光束和雙頻激光干涉儀I光束的間距使兩光束可以同時(shí)通過第一五棱鏡9-1和第二五棱鏡9-2 ;第一五棱鏡9-1和第二五棱鏡9-2自下而上固定在五棱鏡組夾具10上并對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀I光束和激光跟蹤儀8光束，五棱鏡組夾具10固定在固定平臺PJl的可調(diào)底座上；調(diào)節(jié)五棱鏡組夾具10使兩光束經(jīng)第二五棱鏡9-2后出射高度高于激光跟蹤儀8 ;調(diào)節(jié)第三直角棱鏡12-3、第四直角棱鏡12-4的高度，擴(kuò)大激光跟蹤儀8光束和雙頻激光干涉儀I光束的間距，使兩光束分別對準(zhǔn)第一位置敏感探測器6-1和第二位置敏感探測器6-2中心；調(diào)節(jié)直角棱鏡組夾具11和五棱鏡組夾具10使兩光束在第一位置敏感探測器6-1和第二位置敏感探測器6-2中心零位；移動五棱鏡組夾具10至固定平臺P1I的可調(diào)底座上，若激光跟蹤儀8光束和雙頻激光干涉儀I光束不在第一位置敏感探測器6-1或第二位置敏感探測器6-2中心零位，則重新調(diào)節(jié)使其位于中心零位，重新移動五棱鏡組夾具10至固定平臺Pn上的可調(diào)底座上，若激光跟蹤儀8光束和雙頻激光干涉儀I光束不在第一位置敏感探測器6-1或第二位置敏感探測器6-2中心零位，則重新調(diào)節(jié)使其位于中心零位，如此反復(fù)直至滿足要求，此時(shí)視為測量光路和參考光路平行，消除了阿貝誤差的影響；
[0026]第四步，調(diào)節(jié)雙頻激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13和激光跟蹤儀反射靶鏡14-1位置使其中心分別對準(zhǔn)各自光束形成測量回路；
[0027]五棱鏡組夾具10安裝到固定平臺PJl的可調(diào)底座上，移除位置敏感探測器組6和位置敏感探測器組夾具7，將雙頻激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13和激光跟蹤儀反射靶鏡組14自下而上固定在干涉鏡組夾具4上，其中，激光跟蹤儀反射靶鏡組14包括激光跟蹤儀反射靶鏡14-1和激光跟蹤儀反射靶鏡底座14-2，調(diào)節(jié)干涉鏡組夾具4使雙頻激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13中心和激光跟蹤儀反射靶鏡14-1中心分別對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀I光束和激光跟蹤儀8光束，并使雙頻激光干涉儀I信號滿格；移動五棱鏡組夾具10至固定平臺P1上的可調(diào)底座上，若激光跟蹤儀8光束和雙頻激光干涉儀I光束不在激光跟蹤儀反射靶鏡14-1和激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13中心，則重新調(diào)節(jié)使激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13中心和激光跟蹤儀反射靶鏡14-1中心分別對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀I光束和激光跟蹤儀8光束，且雙頻激光干涉儀I信號滿格；再次移動五棱鏡組夾具10至固定平臺PJl的可調(diào)底座上，若激光跟蹤儀8光束和雙頻激光干涉儀I光束不在激光跟蹤儀反射靶鏡14-1、激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13中心，則重新調(diào)節(jié)使雙頻激光干涉儀目標(biāo)反射鏡13中心和激光跟蹤儀反射靶鏡14-1中心分別對準(zhǔn)雙頻激光干涉儀I光束和激光跟蹤儀8光束，且雙頻激光干涉儀I信號滿格；如此反復(fù)直至滿足要求，此時(shí)可以開始測量；