[发明专利]基于反射光栅的高精度三维角度测量方法与装置

摘要

基于反射光栅的高精度三维角度测量方法与装置属于精密仪器制造和精密测试计量技术；本发明采用一维平面反射光栅作为敏感器件，实现了高精度三维角度测量，采用一维平面透射光栅和一维平面反射光栅的组合，使得待测光束与光轴平行，极大地增大了测量系统的工作距离，并且使探测结构更挤紧凑；同时由于待测光束与光轴平行，消除了偏摆角测量的原理误差；更换不同线对的光栅可满足滚转角不同测量精度的要求。

主权项

1.基于反射光栅的高精度三维角度测量方法与装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：①、激光器发出的光束经过准直物镜后形成准直光束并出射；②、①中所述准直光束经过特殊加工的一维平面透射光栅的非光栅部分后入射到一维平面反射光栅，产生正一级衍射光束和负一级衍射光束，其中要求一维平面透射光栅和一维平面反射光栅的光栅常数相同；③、②中所述的正一级衍射光束和负一级衍射光束入射到一维平面透射光栅的光栅面，得到与光轴平行的负一级二次衍射光束和正一级二次衍射光束；④、③中所述的负一级二次衍射光束和正一级二次衍射光束分别经过透镜聚焦形成两个待测光斑，使用光电探测器探测两个待测光斑的位置信息；⑤、当待测量平台发生三维角度变化时，利用光电探测器探测两个待测光斑的位置变化信息，获得的光斑位置变化信息通过信号处理电路处理后送入计算机，计算获得高精度三维角度变化值；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：式中：Δd_A‑x、Δd_B‑x分别为光电探测器A、光电探测器B、在相邻两个采样周期探测到的光斑位置信息在水平方向的变化量；Δd_A‑y、Δd_B‑yy分别为光电探测器A、光电探测器B在相邻两个采样周期探测到的光斑位置信息在竖直方向的变化量；f为聚焦透镜A和聚焦透镜B的焦距；sinΦ为激光器的波长与一维平面透射光栅光栅常数的比值。