CN110617787A - 空间光束绝对位置测量装置及校准方法 - Google Patents

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李钰鹏
王智
方超
赵亚
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Abstract

本发明为空间光束绝对位置测量装置及校准方法，涉及空间光学精密测量领域，解决了精密测量平台装调过程中无法对光束在特定全局坐标系下的绝对位置进行直接测量的问题。技术特征包括光束绝对位置测量机构；所述光束绝对位置测量机构包括基板、透镜组、半反半透镜组件以及两组反射镜组件、第一四象限探测器以及第二四象限探测器；所述透镜组、半反半透镜组件以及反射镜组件分别固定在基板上，所述透镜组放置在基板的最前端，所述半反半透镜固定在透镜组后，所述第一四象限探测器放置在半反半透镜组件上方，两组所述反射镜设置在半反半透镜组件的后方，所述第二四象限探测器放置在反射镜组件后侧一端。

Description

空间光束绝对位置测量装置及校准方法
技术领域
本发明涉及空间光学精密测量技术领域，特别涉及空间光束绝对位置测量装置及校准方法。
背景技术
在空间光学精密测量领域，光束在***内的位置精度直接影响着***的测量精度。例如，空间引力波测量及重力场测量过程中，光束指向精度影响着远端航天器对于光束的捕获难易程度，并且可能会导致由超差引起的校准参数失准等问题。在空间光学精密测量平台的搭建过程中，精密的测量设备是保证精确装配的必要条件。为了降低***频率噪声以及提高信噪比，需要一种高精度高稳定性的光束(绝对)位置测量***。随着当前精密测量技术的不断发展，对于***精度的要求也不断提高，光束测量装置也应向着高精度、高稳定度、参数绝对化的方向发展。
三坐标测量机被广泛应用在装配过程中的精密测量领域，可无法实现对光束位置的直接测量。自准直仪等传统光束测量设备也只能测量出光束间角度的相对位置偏差。而空间光学精密测量平台通常由多束复杂的干涉光路组成，发生干涉的两束光之间的角度和位置偏差将会导致干涉信号的对比度下降以及引起频率耦合噪声。因此，为了提高测量平台的装配精度及生产效率，在空间精密测量平台的搭建过程中需要对光束在特定全局坐标系下的绝对位置进行测量。
发明内容
本发明要解决现有技术中的精密测量平台装调过程中无法对光束在特定全局坐标系下的绝对位置进行直接测量的技术问题，提供空间光束绝对位置测量装置及校准方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
空间光束绝对位置测量装置及校准方法，包括光束绝对位置测量机构；
所述光束绝对位置测量机构包括基板、透镜组、半反半透镜组件以及两组反射镜组件、第一四象限探测器以及第二四象限探测器；
所述透镜组、半反半透镜组件以及反射镜组件分别固定在基板上，所述透镜组放置在基板的最前端，所述半反半透镜固定在透镜组后，所述第一四象限探测器放置在半反半透镜组件上方，两组所述反射镜设置在半反半透镜组件的后方，所述第二四象限探测器放置在反射镜组件后侧一端。
优选的，所述反射镜组件包括支撑座，反射镜以及压圈；
所述支撑座的底部与基板螺旋连接，反射镜放置在支撑座内，所述压圈设置在支撑座的内部进行限位。
优选的，所述透镜组包括凸透镜、凸透镜镜框、隔圈、透镜组座、凹透镜以及凹透镜镜框；
凸透镜-及凹透镜分别固定在对应的凸透镜镜框以及凹透镜镜框中，凸透镜与凹透镜的轴向位置精度通过隔圈来固定，透镜组座通过多个螺钉与基板连接固定
优选的，所述校准方法包括以下步骤：
步骤一：采用一束稳定的外部准直光作为校准光束，并在铟钢基板上建立起该装置的参考坐标系。
步骤二：将该光束测量装置绕校准光束旋转并移动，记录参考坐标系原点位置。拟合出校准光束在全局坐标系下的位置。
步骤三：通过坐标变换，将光束变换到参考坐标系下，由此找到光束在参考坐标系下的位置参数。
优选的，所述基板材质为铟钢。
本发明具有以下的有益效果：
采用本方案提出的光束位置测量装置及校准方案，能够探测处空间光束在全局坐标系下的绝对位置参数。采用了两个四象限探测器，能够完成对光束高精度的锁定；透镜组则提高了***对角度的分辨率；反射镜对光路的折叠增加了光束的传播路径，降低了由辅助测量引起的误差。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的空间光束绝对位置测量装置及校准方法的结构示意图；
图2为本发明的反射镜组件结构示意图；
图3为本发明的透镜组件结构示意图；
图4为本发明的装置校准方法；
图5为本发明校准参数示意图。
图中的附图标记表示为：
1、反射镜组,1-1、反射镜座，1-2、压圈，1-3、反射镜，2、透镜组，2-1凸透镜，2-2、透镜框，2-3、凸隔圈，2-4透镜组座，2-5、凹透镜，2-6、凹透镜框，2-7、压圈，3、第一四象限探测器组件，4、半反半透镜组件，5、基板，6、第二四象限探测器组件，7、反射镜组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-5，空间光束绝对位置测量装置及校准方法，包括光束绝对位置测量机构；
所述光束绝对位置测量机构包括基板5、透镜组2、半反半透镜组件4以及两组反射镜组件1、第一四象限探测器3以及第二四象限探测器6；
所述透镜组2、半反半透镜组件4以及反射镜组件1分别固定在基板5上，所述透镜组2放置在基板5的最前端，所述半反半透镜固定在透镜组2后，所述第一四象限探测器3放置在半反半透镜组件4上方，两组所述反射镜设置在半反半透镜组件4的后方，所述第二四象限探测器6放置在反射镜组件1后侧一端，半反半透镜上方放置一个四象限探测器用于接收光信号，后方放置两组放射镜用于折叠光路；最后一个探测器则放置在反射镜后用于接收折叠光路的信号。
所述反射镜组件1包括支撑座1-1，反射镜1-3以及压圈1-2；
所述支撑座1-1的底部与基板5螺旋连接，反射镜1-3放置在支撑座1-1内，所述压圈1-2设置在支撑座1-1的内部进行限位。
所述透镜组2包括凸透镜2-1、凸透镜镜框2-2、隔圈2-3、透镜组座2-4、凹透镜2-5以及凹透镜镜框2-6；
凸透镜2-1及凹透镜2-5分别固定在对应的凸透镜镜框2-2以及凹透镜镜框2-6中，凸透镜2-1与凹透镜2-5的轴向位置精度通过隔圈2-3来固定，透镜组座2-4通过多个螺钉与基板5连接固定
所述校准方法包括以下步骤：
步骤一：采用一束稳定的外部准直光作为校准光束，并在铟钢基板上建立起该装置的参考坐标系。
步骤二：将该光束测量装置绕校准光束旋转并移动，记录参考坐标系原点位置。拟合出校准光束在全局坐标系下的位置。
步骤三：通过坐标变换，将光束变换到参考坐标系下，由此找到光束在参考坐标系下的位置参数。
所述基板5材质为铟钢。
工作原理：
具体实施方案一、结合图1至图3说明本实施方式，空间光束绝对位置测量装置的构成主要包括：透镜组2，半反半透镜组4，四象限探测器组件，反射镜组1以及基板5。如图1所示，本发明中所有元件组件均与基板5通过螺栓连接，并涂抹防松胶。需要说明的是，本发明装置需要严格的按照图1进行结构布局，按照光纤入射顺序，依次为透镜组2，半反半透镜组件4，第一四象限探测器组件3，反射镜组件7，反射镜组件1，第二四象限探测器组件6。
如图2所示，本发明中所述反射镜组件主要由支撑座1-1，反射镜1-3以及压圈1-2组成。支撑座1-1通过底部3个螺纹孔与基板5连接，反射镜1-3放置在支撑座1-1内，由压圈1-2进行限位。需要说明的是，本发明中所采用的的半反半透镜组件4与反射镜结构形式相同。四象限探测器组件由支撑座1-1及第一四象限探测器3以及第二四象探测器6组成，第一四象限探测器3以及第二四象探测器6通过绝缘防松胶与支撑座1-1粘接固定，。
如图3所示，本发明所述透镜组为伽利略式放大***。凸透镜2-1及凹透镜2-5分别固定在对应的凸透镜镜框2-2以及凹透镜镜框2-6中，凸透镜2-1与凹透镜2-5的轴向位置精度通过隔圈2-3来保证，透镜组座2-4通过4个M3螺钉与基板5连接固定。
具体实施方式二、结合图4至图5说明空间光束绝对位置测量装置的校准方法。空间光束绝对位置测量装置使用的前提是找到校准参数,包括入射点dy，dz和方向向量(l,m,n)。校准时，需要提供一束稳定的校准光束，使光束穿过本发明装置并同时打到两个四象限探测器的中心。然后将本发明装置绕校准光束转动，并借助三坐标测量机，记录本发明装置位置。由此可以拟合出校准光束的空间位置，并通过坐标变换，找到校准参数在本发明装置坐标系下的具体数值。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (5)

1.空间光束绝对位置测量装置及校准方法，其特征在于，包括光束绝对位置测量机构；
所述光束绝对位置测量机构包括基板(5)、透镜组(2)、半反半透镜组件(4)以及两组反射镜组件(1)、第一四象限探测器(3)以及第二四象限探测器(6)；
所述透镜组(2)、半反半透镜组件(4)以及反射镜组件(1)分别固定在基板(5)上，所述透镜组(2)放置在基板(5)的最前端，所述半反半透镜固定在透镜组(2)后，所述第一四象限探测器(3)放置在半反半透镜组件(4)上方，两组所述反射镜设置在半反半透镜组件(4)的后方，所述第二四象限探测器(6)放置在反射镜组件(1)后侧一端。
2.根据权利要求1所述的空间光束绝对位置测量装置及校准方法，其特征在于，所述反射镜组件(1)包括支撑座(1-1)，反射镜(1-3)以及压圈(1-2)；
所述支撑座(1-1)的底部与基板(5)螺旋连接，反射镜(1-3)放置在支撑座(1-1)内，所述压圈(1-2)设置在支撑座(1-1)的内部进行限位。
3.根据权利要求1所述的空间光束绝对位置测量装置及校准方法，其特征在于，所述透镜组(2)包括凸透镜(2-1)、凸透镜镜框(2-2)、隔圈(2-3)、透镜组座(2-4)、凹透镜(2-5)以及凹透镜镜框(2-6)；
凸透镜2-1及凹透镜(2-5)分别固定在对应的凸透镜镜框(2-2)以及凹透镜镜框(2-6)中，凸透镜(2-1)与凹透镜(2-5)的轴向位置精度通过隔圈(2-3)来固定，透镜组座(2-4)通过多个螺钉与基板(5)连接固定。
4.根据权利要求1、2或3所述的测量装置上的校准方法，其特征在于，所述校准方法包括以下步骤：
步骤一：采用一束稳定的外部准直光作为校准光束，并在铟钢基板上建立起该装置的参考坐标系。
步骤二：将该光束测量装置绕校准光束旋转并移动，记录参考坐标系原点位置。拟合出校准光束在全局坐标系下的位置。
步骤三：通过坐标变换，将光束变换到参考坐标系下，由此找到光束在参考坐标系下的位置参数。
5.根据权利要求1或2所述的空间光束绝对位置测量装置及校准方法，其特征在于，所述基板(5)材质为铟钢。
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