一种激光跟踪仪测长精度标定方法与装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种激光跟踪仪的测长精度标定方法与装置，属于光学仪器测量和标定校准领域。
【背景技术】
[0002]激光跟踪仪是国际上近年来发展起来的新型大尺寸空间三维坐标测量仪器，可对空间点进行实时跟踪测量，具有精度高、效率高、便携、操作简单等特点，是目前大尺寸空间三维坐标精密测量的主要手段。
[0003]激光跟踪仪的基本工作原理:激光器发射出的测量光束，经过干涉分光镜分为两束，一束直接传输到干涉仪上，另一束通过跟踪转镜射向目标反射镜。经过目标反射镜反射的光线平行于原光束返回，到达分光镜后一部分激光束被发射到光斑位置敏感器上，另一部分光束经干涉分光镜直接进入双频激光干涉仪进行位移干涉测量。当目标反射镜移动时，跟踪头实时调整光束方向对准反射器，进行空间距离测量。
[0004]目前，对激光跟踪仪的测长标定主要采用超长高精度导轨和双频激光干涉仪进行全测程标定。
[0005]采用超长高精度导轨进行全测程测长标定时，将双频激光干涉仪的目标反射镜和激光跟踪仪的反射靶镜固定在一起，沿高精度导轨线性移动，干涉仪和跟踪仪同时测量读数，以双频激光干涉仪的干涉测长作为标准值，与激光跟踪仪的测长结果进行对比，从而标定激光跟踪仪的测长误差。但它存在一定的缺陷:
[0006]由于目前激光跟踪仪的测长范围已经可以做到50m?100m，采用超长高精度导轨测量时需要长达50m以上的高精度导轨，其加工难度太大，成本高，不易实现。
[0007]上述超长高精度导轨由于加工时存在误差累积且在拼接安装时调整麻烦，不易达到标定所要求精度，因此对激光跟踪仪的标定精度也不会太高。
[0008]移动双频激光干涉仪的目标反射镜和激光跟踪仪的反射靶镜而不转折光路进行测长标定需要占用相当大的空间。
【发明内容】
[0009]本发明为了解决现有技术存在超长高精度导轨标定精度低、加工成本高、测长范围小、占用空间大的问题，提供了一种激光跟踪仪的测长精度标定方法与装置。
[0010]一种激光跟踪仪测长精度标定装置，特征是:
[0011]光学平台上从左至右依次设置激光跟踪仪8、双频激光干涉仪1、干涉镜组夹具4和直角棱镜组夹具11，干涉镜组夹具4由下往上依次放置干涉镜组3、双频激光干涉仪目标反射镜13、激光跟踪仪反射靶镜组14，其中干涉镜组3由垂直纸面方向连接的干涉分光镜3-1和干涉反射镜3-2组成，直角棱镜组夹具11上放置直角棱镜组12，直角棱镜组12由下往上依次为第二直角棱镜12-2、第一直角棱镜12-1、第三直角棱镜12-3、第四直角棱镜12-4 ；
[0012]光学平台2右侧放置虚拟导轨5，五棱镜组9固定在五棱镜组夹具10上，五棱镜组夹具10放置在在虚拟导轨5上，五棱镜组9由下往上依次为第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2 ；
[0013]双频激光干涉仪I出射光束经干涉镜组3中的干涉分光镜3-1后分为两束，第一束经干涉分光镜3-1后水平出射，并依次经第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2反射后水平出射，并对准双频激光干涉仪目标反射镜13中心，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心，第二束经干涉分光镜3-1后进入干涉反射镜3-2，原路返回后对准双频激光干涉仪的辅助对准光阑中心；
[0014]激光跟踪仪8出射光束依次经过第一直角棱镜12-1和第二直角棱镜12-2反射并水平出射，然后依次经五棱镜9-1和五棱镜9-2反射后水平出射，再依次经过第三直角棱镜12-3和第四直角棱镜12-4后水平出射，并对准激光跟踪仪反射靶镜组14中的激光跟踪仪反射靶镜14-1中心，反射后原路返回至激光跟踪仪8内部的干涉系统和跟踪系统。
[0015]该装置还包括位置敏感探测器组6和位置敏感探测器组夹具7，位置敏感探测器组6由第一位置敏感探测器6-1和第二位置敏感探测器6-2组成，并由下往上依次固定在位置敏感探测器组夹具7上；用于调平虚拟导轨5、激光跟踪仪8光束和调节测量光路与参考光路的平行度。
[0016]所述虚拟导轨5是由一个可移动平台P(N+1#P N个相隔一定节距的固定平台P1Q=I?N)组成，P1在左边，PN在右边，所述节距大小由采集被测点数确定；固定平台PiQ =I?N)和可移动平台P(N+1)上分别具有可调底座，可移动平台P _1}用于转移五角棱镜组或位置敏感探测器组，利用可调底座调节虚拟导轨5的直线度。
[0017]激光跟踪仪测长精度标定方法，其包括以下步骤:
[0018]第一步，调平虚拟导轨；
[0019]双频激光干涉仪I和干涉镜组夹具4放在光学平台2上，双频激光干涉仪I的出射光束对准干涉分光镜3-1中心，干涉分光镜3-1和干涉反射镜3-2垂直于纸面方向连接并放置在干涉镜组夹具4上；
[0020]双频激光干涉仪I出射光束经干涉镜组3中的干涉分光镜3-1后分为两束，经干涉分光镜3-1后的第一束光进入干涉反射镜3-2反射，调节双频激光干涉仪I和干涉镜组夹具4，使反射光原路返回后对准双频激光干涉仪I的辅助对准光阑中心，经干涉分光镜3-1后的第二束光水平出射；
[0021]第一位置敏感探测器6-1固定在位置敏感探测器组夹具7上，位置敏感探测器组夹具7放置在固定平台Pn上的可调底座上，调节可调底座和位置敏感探测器组夹具7，使经干涉分光镜3-1后的第二束光对准第一位置敏感探测器6-1中心零位，固定该可调底座；移动位置敏感探测器夹具7和第一位置敏感探测器6-1至固定平台P1Q = I?(N-1))和可移动平台P(N+1)±的可调底座上，调节可调底座，使经干涉分光镜3-1后的第二束光对准第一位置敏感探测器6-1中心零位，固定可调底座，此时可认为虚拟导轨已调平；
[0022]第二步，调节激光跟踪仪光束与激光干涉仪光束平行；
[0023]激光跟踪仪8放置在光学平台2上，位于双频激光干涉仪I的左边，光束向右出射，光束指向球坐标为(5000mm，180°，90° )的空间点，关闭伺服；将位置敏感探测器夹具7固定在固定平台PJ:的可调底座上，同时将第二位置敏感探测器6-2固定在位置敏感探测器夹具7上，且位于第一位置敏感探测器6-1的上部，使第二位置敏感探测器6-2中心对准激光跟踪仪8出射光束；调节激光跟踪仪8和位置敏感探测器夹具7使激光跟踪仪光束对准第二位置敏感探测器6-2中心零位；移动位置敏感探测器夹具7至固定平台P1的可调底座上，若激光跟踪仪8光束不在第二位置敏感探测器6-2中心零位，则调节激光跟踪仪8使激光跟踪仪8光束对准第二位置敏感探测器6-2中心零位，重新移动位置敏感探测器夹具7至固定平台PJl的可调底座上，若激光跟踪仪8光束不在第二位置敏感探测器6-2中心零位，则再次调节激光跟踪仪使激光跟踪仪8光束对准第二位置敏感探测器6-2中心零位，如此反复直至满足要求，此时可认为激光跟踪仪8光束与双频激光干涉仪I光束平行；
[0024]第三步，调节测量光路与参考光路平行；
[0025]调节第一直角棱镜12-1和第二直角棱镜12-2的高度缩小激光跟踪仪8光束和双频激光干涉仪I光束的间距使两光束可以同时通过第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2 ;第一五棱镜9-1和第二五棱镜9-2自下而上固定在五棱镜组夹具10上并对准双频激光干涉仪I光束和激光跟踪仪8光束，五棱镜组夹具10固定在固定平台PJl的可调底座上；调节五棱镜组夹具10使两光束经第二五棱镜9-2后出射高度高于激光跟踪仪8 ;调节第三直角棱镜12-3、第四直角棱镜12-4的高度，扩大激光跟踪仪8光束和双频激光干涉仪I光束的间距，使两光束分别对准第一位置敏感探测器6-1和第二位置敏感探测器6-2中心；调节直角棱镜组夹具11和五棱镜组夹具10使两光束在第一位置敏感探测器6-1和第二位置敏感探测器6-2中心零位；移动五棱镜组夹具10至固定平台P1I的可调底座上，若激光跟踪仪8光束和双频激光干涉仪I光束不在第一位置敏感探测器6-1或第二位置敏感探测器6-2中心零位，则重新调节使其位于中心零位，重新移动五棱镜组夹具10至固定平台Pn上的可调底座上，若激光跟踪仪8光束和双频激光干涉仪I光束不在第一位置敏感探测器6-1或第二位置敏感探测器6-2中心零位，则重新调节使其位于中心零位，如此反复直至满足要求，此时视为测量光路和参考光路平行，消除了阿贝误差的影响；
[0026]第四步，调节双频激光干涉仪目标反射镜13和激光跟踪仪反射靶镜14-1位置使其中心分别对准各自光束形成测量回路；
[0027]五棱镜组夹具10安装到固定平台PJl的可调底座上，移除位置敏感探测器组6和位置敏感探测器组夹具7，将双频激光干涉仪目标反射镜13和激光跟踪仪反射靶镜组14自下而上固定在干涉镜组夹具4上，其中，激光跟踪仪反射靶镜组14包括激光跟踪仪反射靶镜14-1和激光跟踪仪反射靶镜底座14-2，调节干涉镜组夹具4使双频激光干涉仪目标反射镜13中心和激光跟踪仪反射靶镜14-1中心分别对准双频激光干涉仪I光束和激光跟踪仪8光束，并使双频激光干涉仪I信号满格；移动五棱镜组夹具10至固定平台P1上的可调底座上，若激光跟踪仪8光束和双频激光干涉仪I光束不在激光跟踪仪反射靶镜14-1和激光干涉仪目标反射镜13中心，则重新调节使激光干涉仪目标反射镜13中心和激光跟踪仪反射靶镜14-1中心分别对准双频激光干涉仪I光束和激光跟踪仪8光束，且双频激光干涉仪I信号满格；再次移动五棱镜组夹具10至固定平台PJl的可调底座上，若激光跟踪仪8光束和双频激光干涉仪I光束不在激光跟踪仪反射靶镜14-1、激光干涉仪目标反射镜13中心，则重新调节使双频激光干涉仪目标反射镜13中心和激光跟踪仪反射靶镜14-1中心分别对准双频激光干涉仪I光束和激光跟踪仪8光束，且双频激光干涉仪I信号满格；如此反复直至满足要求，此时可以开始测量；