[发明专利]大型仪器设备的3D辅助装校方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于大型仪器设备辅助装校测量领域，涉及一种对大型精密仪器设备的精确定位安装过程，实现在线高精度定位安装的辅助测量方法和装置。

背景技术

飞机、舰船、高铁(动车)车厢、汽车等大型设备的组装、调试均需要辅助装调的测量设备，常用经纬仪等设备对定位方向及定位角度测量，以确定设备的正确安装位置。在汽车等设备装调过程中，使用激光束点扫描技术比较多。涉及到大型设备的动态工作过程，其安装、调试的复杂程度、难度继续增加。甚至为了某个专用设备，而专门设计、制造装校平台及专用的装校辅助测量设备。这类设备主要是由确定方向及角度的激光准直光束、光电码盘及位置、角度传感器及计算机相关软件辅助配合，进行设备的安装、调试。

专利号200510016796.0专利是相近专利。该专利中，有四项关键技术未能解决。第一，对关键核心部件矩形光栅的选择没有针对性，单纯利用矩形光栅的制作误差，实现的二级光谱输出，不具有可控性；第二，占有输入能量70％以上的零级频谱不能有效利用，且只能降低输出正弦靶标图像的对比度；第三，傅立叶变换透镜及变倍率镜头为通用设计，没有针对单一波长光的针对性设计，输出的正弦靶标图像像场像差较大，是测量精度提高的一大障碍；第四，平行光输出，限制了测量的视场范围，不利于大面积测量。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够有效提高在线测量精度的大型仪器设备的3D辅助装校装置。

另外，本发明还提供大型仪器设备的3D辅助装校方法。

本发明的技术方案是：大型仪器设备的3D辅助装校装置，其包括激光器1、光束整形系统2、光栅、单色傅立叶变换透镜4、波片6、单色变倍率镜头7、精密丝杠一81、精密导轨一82、全反射镜一91、全反射镜二92、精密丝杠二83、精密导轨二84、待装校系统10、高清镜头11、计算机及软件处理系统12，其中，光束整形系统2位于激光器1的后面，对激光束扩束、准直、整形；光栅位于光束整形系统2的后面，并使光栅定位在单色傅立叶变换透镜4的前焦平面上；波片6及频谱选择器5位于单色傅立叶变换透镜4的后焦平面上，并定位于单色变倍率镜头7的前焦平面上。

若采用平行光输出，则后续光路设置2块全反射镜，全反射镜一91位于单色变倍率镜头7后面，改变光束以垂直方向输出；全反射镜二92位于全反射镜一91后面；全反射镜一91和全反射镜二92，均位于精密丝杠二83和精密导轨二84上。

所述光栅为矩形光栅(3)，波片与单色傅立叶变换透镜之间还设置有频谱选择器(5)。

所述光栅为正弦光栅。

小视场直接测量，由全反射镜二92直接输出正弦光强靶标图像即可；大视场测量，需要利用全反射镜二92在精密丝杠二83和精密导轨二84上进行视场扫描，并对输出的变形条纹进行视场拼接，扫描结果综合整体分析。

若采用非平行光输出，则需要标定输出的正弦光强靶标图像波面，根据视场的范围，确定正弦光强靶标图像波面的面型及位置，输入系统测量，并利用确定的正弦光强靶标图像波面面型和位置，对输出数据进行修正。

大型仪器设备的3D辅助装校方法，其利用空间光学傅里叶分析方法，产生正弦光强靶标输出，投影至大型仪器设备表面，使用占空比精确控制制造的光栅，进行空间分频，结合频谱选择器，同级次频谱合成，利用波片将零频光能量转移到奇数次频谱，测量获得变形光栅条纹，辅以计算机内置标准变形光栅图像比较，指导大型精密仪器设备的精确定位安装过程，实现在线高精度定位安装。

所述的大型仪器设备的3D辅助装校方法，其具体过程如下：

a.首先调整激光器1、光束整形系统2、光栅、单色傅立叶变换透镜4、频谱选择器5、波片6、单色变倍率镜头7等器件置于精密丝杠一81和精密导轨一82上；全反射镜一91、全反射镜二92置于精密丝杠二83和精密导轨二84上；整个光路系统均按照同轴等高原则；

b.激光器1选择圆光斑输出的单模激光器，便于波面测量，及单色傅立叶变换透镜4、波片6、单色变倍率镜头7的单色匹配设计。当选择不同波长的激光器时，需要对应设计相匹配的单色傅立叶变换透镜4、波片6、单色变倍率镜头7；

c.光束整形系统2，采用激光扩束器设计方式，降低入射到光栅的功率密度，降低光栅损伤，便于提高激光器1的功率；激光束腰位置的小孔，要求优于微米级的圆度，且无毛刺；

d.光栅，要求占空比不等于1:1，便利使用1级、2级及3级频谱，充分利用其倍频关系，快速提高空间频率，便于大曲率位置的比较测量；