[发明专利]一种高精度测量大角度光楔楔角的装置及方法

说明书

本发明公开了一种高精度测量大角度光楔楔角的装置和方法，该发明基于光楔会使光束产生固定的角度偏转的原理，通过测量光束偏角大小来得到大角度光楔楔角的角度偏差。该装置由准直激光光源、带旋转结构的待检光楔、平行光管、面阵CCD组件组成，准直激光光源经过光楔折射后，再经过平行光管会聚于焦面的面阵CCD上。旋转待检光楔，通过旋转角度及面阵CCD上的光斑位置变化来准确测量光楔角度。本发明装置结构简单、成本低廉、检测方法简单，适用于光楔、平行平板等光学器件的批量生产及高精度测量。

技术领域

本发明涉及光楔参数的测量及标定，具体涉及一种高精度测量大角度光楔楔角的装置及方法。

背景技术

光楔指的是前后两表面有一定夹角的折射棱镜，又叫做楔镜。由于光楔具有使光束偏转固定角度的作用，它通常可以用来分光或透过窗口等光学元件。又利用其拥有改变光束的传播方向的性质，光楔的应用广泛。例如光楔可以被用作激光取光，可以从激光光路中截取部分光做参考光。还可以用作振荡腔的输出镜，来避免后表面发射光对振荡器的影响；另外双光楔扫描的应用十分广泛。在激光相关设备中，接收与发射光轴之间的微小差异一般采用双光楔来进行调节，确保发射与接收的光轴平行性；双光楔还经常应用于激光扫描装置中，如激光切割、激光测距等光学系统。

而在光楔的大批量加工过程中，需要高精度准确的测量出光楔的楔角，尤其是大角度光楔的楔角测量并不快捷。目前测量方法是测角法及其相关的改进方法，如专利号CN201810961946提供了一种透明光楔角度的检测方法与装置，利用棱镜分光和两个CCD，通过测量光楔前后光斑大小来计算得出楔角，该方法测试过程中需要进行转台的调节，引入了相关的读数误差，且过程较为繁琐重复，不利于人员操作和效率提高。该方法用到的器件较多，且存在因CCD空间位置偏心导致光斑为椭圆的情况，测量精度有待商榷。

本发明从便于检测和操作的角度出发，提出了一种高精度测量大角度光楔楔角的装置及方法，通过将平行平板插入在光源和平行光管之间并旋转，来计算旋转前后光斑坐标变化，即可得出待测光楔的楔角，从而准确快速测量大角度光楔的楔角。该方法在实际的生产加工和检测过程中，可以满足便捷和易于操作性的检测要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度测量大角度光楔楔角的装置及方法，主要为了满足大角度光楔检测方式的便捷、易于操作性及高精度的要求，适合于实际的大规模生产加工过程中。

一种高精度测量大角度光楔楔角的装置如附图1所示，它包括准直激光光源1、带旋转结构的待测光楔2、平行光管3及面阵CCD组件4，其特征在于：准直激光光源1产生准直激光光束，经过带旋转结构的待测光楔2后光束方向发生偏转，偏转后的光束经过平行光管3会聚后，被平行光管3焦面处的面阵CCD组件4探测。旋转带旋转结构的待测光楔2并记录面阵CCD组件4探测到的光斑坐标变化，通过带旋转结构的待测光楔2的旋转角度及面阵CCD组件4探测到的坐标变化，推算出加入带旋转结构的待测光楔2前后准直激光光源1的角度变化，通过该角度来准确获得带旋转结构的待测光楔2的楔角。

本发明提供了一种高精度测量大角度光楔楔角的装置和方法，其具体实施步骤如下：

1)准直激光光源1发射平行光，经过带旋转结构的待测光楔2后光束方向发生偏转，调整空间位置使得准直激光光源1垂直入射至带旋转结构的待测光楔2上。

2)准直激光光源1产生准直激光光束经过带旋转结构的待测光楔2偏转后，经过平行光管3会聚后成像在其焦面处，将面阵CCD组件4放置在平行光管3焦面处，平行光管3的焦距为f，记录此时光斑质心坐标(X1，Y1)。

3)旋转带旋转结构的待测光楔2，在确保旋转过程中面阵CCD组件4中光斑不消失的前提下，尽量旋转最大角度，记录此时的旋转角度θ及旋转后的光斑质心坐标(X2，Y2)。旋转过程中，光斑会在面阵CCD组件4画出一段圆弧，两坐标点的距离为θ角所对应圆弧的弦长，通过弦长及角度可以得到焦面处所画圆弧的半径r：