[发明专利]一种高精度角度测量装置及方法

权利要求书

1.一种高精度角度测量装置，其特征在于：包括激光光源、扩束镜、衰减片、分束镜、反射镜、待测反射镜、CCD相机与图像处理系统；

激光光源经扩束镜和衰减片后成为扩束平行激光；

扩束平行激光经过第一分束镜、反射镜、第三分束镜、第四分束镜，形成第一参考光束；

扩束平行激光经过第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜，形成第二参考光束；

扩束平行激光经过第一分束镜、第二分束镜、待测反射镜、第四分束镜，形成待测光束；

在测量过程的一个阶段，第一参考光束、第二参考光束、待测光束在CCD相机像面上相干叠加产生干涉图，并输入图像处理系统；在测量过程的另一阶段，第一参考光束或第二参考光束与待测光束在CCD相机像面上相干叠加产生干涉图，并输入图像处理系统。

2.根据权利要求1所述一种高精度角度测量装置，其特征在于：各个分束镜与入射光束成45°夹角，反射镜与入射光束所成夹角不等于45°，待测反射镜与入射光束所成夹角不等于45°。

3.根据权利要求2所述一种高精度角度测量装置，其特征在于：反射镜与入射光束所成夹角在45°±10′范围内，且不等于45°；待测反射镜与入射光束所成夹角在45°±10′范围内，且不等于45°。

4.利用权利要求1所述测量装置，进行高精度角度测量的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：点亮激光光源，打开CCD相机与图像处理系统；固定待测反射镜，通过调节第一分束镜、第二分束镜、第三分束镜、第四分束镜、反射镜使第一参考光束、第二参考光束、待测光束在CCD上产生干涉形成第一斑状干涉图；

步骤2：待测反射镜发生小角度偏移，其它元件不动，得到第一参考光束、第二参考光束、待测光束在CCD上产生干涉形成第二斑状干涉图；

步骤3：遮住一路参考光束，另一路参考光束与待测光束在CCD上形成的条纹干涉图；

步骤4：利用质心法找出步骤1产生的第一斑状干涉图中所有光斑的质心坐标(x_1i、y_1i)，以及步骤2产生的第二斑状干涉图中所有光斑的质心坐标(x_2i、y_2i)；

步骤5：按照步骤3产生的条纹干涉图的条纹方向，对第一斑状干涉图中对应于同一条纹的质心坐标进行线性拟合，得到若干直线，并计算相邻两条直线之间距离的平均值D_a；对第二斑状干涉图中对应于同一条纹的质心坐标进行线性拟合，得到若干直线，并计算相邻两条直线之间距离的平均值D_b；

步骤6：按如下方法计算步骤2中待测反射镜的角度变化：

步骤6.1：计算空间频率变化值：其中γ为像元尺寸；

步骤6.2：计算角度变化值：Δβ＝Δf·λ，其中λ为所用激光波长。