【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多自由度测量，具体涉及一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法。
技术介绍
1、多自由度测量系统在精密加工制造领域中扮演着至关重要的角色，往往应用于数控机床等复杂的测量环境中。为了能在复杂环境中实现便捷的测量，小型化是多自由度测量系统必然的发展趋势。自准直原理作为一种结构简单、易与其他模块集成的测角方法，被广泛用于多自由度测量系统中。然而，在自准直法中若想提高角度测量分辨力，则需要增大透镜的焦距，这又增大了整个测量系统的体积，使得测量系统更加笨重，不方便使用。而将光路折叠是减小光学设备体积的有效手段，也是在设备占用的空间不变的前提下增大光程最直接的方法。因此，可采用折叠光路的方法，在兼顾大的汇聚透镜焦距的同时，减小测量系统的体积。然而，折叠光路中反射器件的空间位置和角度会对探测器接收到的光束的角度产生影响，这在自准直测角结构中表现为角度之间的耦合，会极大影响系统的角度测量精度。
2、在多自由度测量系统中，角度耦合往往是需要被首先解决的问题，对于不同的角度测量结构，角度耦合的情况也并不相同。目前，对于角度耦合问题有较多的研究。例如，华中科技大学的diao kuan提出一种基于串扰解耦的测量方法来测量线性台的六自由度运动误差(diao k,chen c,leach r,et al.crosstalk decoupling measurement method todetermine the six degrees offreedom ofmotion error oflinear stages[j].a
技术实现思路
1、本专利技术要解决的问题是针对多自由度测量系统中折叠光路的角度精确解耦，提出一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法。
2、为实现上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
3、一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，利用光束追迹和坐标变换，对多自由度测量系统中的折叠光路引入的角度耦合误差进行量化和修正，包括如下步骤：
4、s1.根据多自由度测量系统中各个反射器件的空间位置和角度，得到光斑位置传感器接收的光束的法向量；
5、s2.令入射光绕x轴或y轴偏转一定角度，并进行光束追迹，求得有偏角的入射光与光斑位置传感器的交点坐标；
6、s3.根据步骤s1中得到的光斑位置传感器的法向量，求得变换矩阵，利用变换矩阵将有偏角的入射光与光斑位置传感器的交点坐标变换至xoy平面上，得到变换后的交点坐标；
7、s4.利用一个绕z轴角度为失配角θzd-z的旋转矩阵，对步骤s3中变换后的交点坐标进行变换，使得再次变换的交点坐标的x分量或y分量为0；
8、s5.利用步骤s4得到的角度θzd-z和旋转矩阵构建角度解耦公式，对折叠光路造成的角度耦合误差进行修正。
9、进一步的，对多自由度测量系统中的角度测量模块进行简化处理，保留光源、透镜、反射镜和光斑位置传感器；光源发出的光透射过透镜，依次经过一号反射镜、二号反射镜、三号反射镜、再次经过二号反射镜和四号反射镜反射后，被光斑位置传感器接收，光斑位置传感器输出光斑的位置坐标；
10、进一步的，对简化的角度测量模块建立参考坐标系、光束坐标系和传感器坐标系，设参考坐标系o-xyz为右手系，透镜中心处为坐标零点，光源的理想出射光束方向为z轴的正方向；
11、设置第一光束坐标系ol-xlylzl、第二光束坐标系ol-14-xl-14yl-14zl-14、第三光束坐标系ol-151-xl-151yl-151zl-151、第四光束坐标系ol-16-xl-16yl-16zl-16、第五光束坐标系
12、ol-152-xl-152yl-152zl-152、第六光束坐标系ol-17-xl-17yl-17zl-17的z轴方向与光束传播方向相同，其中所述第一光束坐标系ol-xlylzl为光源出射光的光束坐标系，所述第二光束坐标系ol-14-xl-14yl-14zl-14为经过一号反射镜反射后的光束坐标系，所述第三光束坐标系ol-151-xl-151yl-151zl-151为第一次经过二号反射镜反射后的光束坐标系，所述第四光束坐标系ol-16-xl-16yl-16zl-16为经过三号反射镜反射后的光束坐标系，所述第五光束坐标系ol-152-xl-152yl-152zl-152为第二次经过二号反射镜反射后的光束坐标系，所述第六光束坐标系ol-17-xl-17yl-17zl-17为经过四号反射镜反射后的光束坐标系；o18-x18y18z18为光斑位置传感器坐标系，经过四号反射镜反射后的光束与光斑位置传感器的交点为坐标系的零点。
13、进一步的，步骤s1的具体实现方法包括如下步骤：
14、s1.1.设置光源的理想出射光li的方向向量表示为：
15、
16、设置一号反射镜的单位法向量二号反射镜的单位法向量三号反射镜的单位法向量和四号反射镜的单位法向量分别表示为：
17、
18、其中，ak、bk、ck分别为第k号反射镜的法向量相对于参考坐标系o-xyz中x、y、z轴的方向余弦，k＝1,2,3,4；
19、s1.2.根据反射定律，第k号反射镜的反射变换本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，利用光束追迹和坐标变换，对多自由度测量系统中的折叠光路引入的角度耦合误差进行量化和修正，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，对多自由度测量系统中的角度测量模块进行简化处理，保留光源、透镜、反射镜和光斑位置传感器；光源发出的光透射过透镜，依次经过一号反射镜、二号反射镜、三号反射镜、再次经过二号反射镜和四号反射镜反射后，被光斑位置传感器接收，光斑位置传感器输出光斑的位置坐标。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，对简化的角度测量模块建立参考坐标系、光束坐标系和传感器坐标系，设参考坐标系O-XYZ为右手系，透镜中心处为坐标零点，光源的理想出射光束方向为Z轴的正方向；
4.根据权利要求3所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，步骤S1的具体实现方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，步骤S
6.根据权利要求5所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，步骤S4的具体实现方法包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，步骤S5的具体实现方法包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，利用光束追迹和坐标变换，对多自由度测量系统中的折叠光路引入的角度耦合误差进行量化和修正，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，对多自由度测量系统中的角度测量模块进行简化处理，保留光源、透镜、反射镜和光斑位置传感器；光源发出的光透射过透镜，依次经过一号反射镜、二号反射镜、三号反射镜、再次经过二号反射镜和四号反射镜反射后，被光斑位置传感器接收，光斑位置传感器输出光斑的位置坐标。
3.根据权利要求2所述的一种多自由度测量系统中折叠光路的角度解耦方法，其特征在于，对简化的角度测量模块建立参考坐标系、光束坐标系和传感器坐标系，设参考坐标系o-xyz为右手系，透镜中心处...
【专利技术属性】
技术研发人员：付海金，王铮，胡鹏程，熊信慷，陈仪松，王子乔，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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