[发明专利]基于光栅的跟随式三维光电自准直方法与装置

摘要

基于光栅的跟随式三维光电自准直方法与装置属于精密仪器制造和精密测试计量技术领域；本发明采用一维反射光栅作为敏感器件，一维透射光栅作为光路校正器件，保证待测光束与入射光束光轴平行，在实现高精度三维角度变化量测量的同时，极大的增加了测量系统的工作距离，同时使整个测量系统更加紧凑；同时为了避免俯仰角与旋转角由于彼此耦合而限制该两方向的角度变化量测量范围，采用跟随式补偿测量方法与装置，在解除俯仰角的测量范围限制的同时，提高了旋转角的测量范围；本发明解决了现有方法与装置中的不足，实现了高精度、大范围三维角度测量。

主权项

1.一种基于光栅的跟随式三维光电自准直方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：①、将激光光源发出的光束经过准直物镜后形成准直光束并发射；②、①中所述准直光束在经过偏振分光镜后垂直入射到1/4波片，经过1/4波片透射后垂直入射到一维平面反射光栅，产生零级衍射光束、正一级衍射光束和负一级衍射光；③、②中所述的零级衍射光束经过1/4波片后入射到准直透镜，经过准直透镜聚焦后入射到偏振分光镜，经偏振分光镜反射后由位于准直透镜焦平面处的光电探测器接收，用于测量一维平面反射光栅的偏摆角和俯仰角变化值；④、②中所述的正一级衍射光束和负一级衍射光束经过1/4波片后分别经过一维平面透射光栅，得到两束与光轴平行的衍射光束；⑤、④中所述的两束与光轴平行的衍射光束分别经准直透镜聚焦后由位于准直透镜焦平面处的光电探测器接收，用于测量一维平面反射光栅的旋转角变化值；⑥、⑤中所述旋转角变化值信号作为一维柔性铰链控制器的输入信号，柔性铰链的旋转方向与三维调姿平台的旋转角变化方向一致，同时记录一维柔性铰链旋转的角度值；一维柔性铰链旋转的角度值按如下公式获取：其中：Δd1y为相邻两个采样周期的测量光束在光电探测器A形成光斑的竖直方向位置差；Δd‑1y为相邻两个采样周期的测量光束在光电探测器B形成光斑的水平方向位置差；f为准直透镜、聚焦透镜A和聚焦透镜B的焦距；θ为一维平面反射光栅、一维平面透射光栅A和一维平面透射光栅B的一级衍射角。⑦、当一维平面反射光栅发生三维角度变化时，三个光电探测器探测到的光斑位置产生相应的变化，探测到的光斑位置变化信息通过信号处理后送入计算机，计算获得一维平面反射光栅的三维角度变化值；待测量一维平面反射光栅的偏摆角α、俯仰角β和旋转角γ分别按如下公式获取：其中：Δd0x和Δd0y为相邻两个采样周期的测量光束在光电探测器C形成光斑的水平方向和竖直方向位置差。