[发明专利]一种利用偏振原理的扭转角测量装置及方法

说明书

本发明实施例公开了一种利用偏振原理的扭转角测量装置及相应的测量方法。该利用偏振原理的扭转角测量装置包括：用于产生偏振光的偏振光发射模块，位于偏振光发射模块的前方的扭转测量模块，扭转测量模块用于接收偏振光并产生与光强对应的电信号，输出扭转角测量数据；偏振光发射模块包括光源、准直镜和第一偏振片，扭转测量模块包括第二偏振片、旋转电机、轴角编码器、物镜和光电探测器。该利用偏振原理的扭转角测量装置的结构和软硬件简单、集成度高，同时兼顾扭转角测量的高精度和大范围，测量方法简单、易于实施。

技术领域

本发明涉及三维角度测量的技术领域，具体涉及一种利用偏振原理进行的扭转角测量装置及方法。

背景技术

高精度、大测量范围的角度测量技术已经成为角度测量行业内的普遍需求和发展方向。光电测量方式是角度测量技术的一种方式，其具有作用距离长、非接触、测量精度高等优势。光电测量方式一般通过专用光学系统结合光源、探测器等手段来实现。在各种大型安装工程、辅助加工、实时监测等场合需要广泛地应用三维角度测量技术。

三维角度光电测量技术以静态测量和动态测量相结合的方式完成目标的角度测量。其中，静态测量主要依靠操作手观察目视光学系统中的标志线，去对齐测量目标，通过读取设备上的刻度和测量结果，完成被测目标的初始对准和基准设置；动态测量则在完成初始对准后，通过探测器，实时输出角度变化结果。

目前，三维角度光电测量技术中的扭转角测量主要有自准直和图像法两种主要方式。自准直测量方法通过在被测点之间建立的刚性基准，再增加测量单元，将扭转测量转变为两个测量单元的方位或俯仰角度组合测量，可以得到高精度扭转角测量结果。自准直测量方法的精度最高，可以达到秒级精度。基于图像处理的扭转角度测量，一般通过对标志点、标志线进行图像采样，提取基线在图像中的旋转角度。基于图像处理的扭转角度测量的测量精度低于自准直测量方法，但是其可以完成大范围扭转角度测量。

现有技术中自准直测量方法依赖于长焦距的光学系统，无法兼顾高精度和大范围；且自准直测量方法只能测量方位和俯仰两个维度的角度变化，无法直接测量扭转角，必须增加刚性基准以实现对扭转角的测量，因此，仅适用于短距离测量而无法适用长距离测量。现有技术中基于图像处理的扭转角测量，需要依赖高清成像及图像算法，其所需的光学系统和电子学硬件成本都较高，且需要采用计算机进行高速计算，不便于集成。

针对现有技术中自准直测量方法及基于图像处理的扭转角测量方法所存在的问题，急需一种结构和软硬件简单、集成度高，同时兼顾高精度和大范围的扭转角测量装置及方法。

发明内容

针对现有技术中自准直测量方法及基于图像处理的扭转角测量方法所存在的问题，本发明实施例提出一种利用偏振原理的扭转角测量装置及方法。该利用偏振原理的扭转角测量装置的结构和软硬件简单、集成度高，同时兼顾扭转角测量的高精度和大范围。

该利用偏振原理的扭转角测量装置的具体方案如下：一种利用偏振原理的扭转角测量装置，包括：偏振光发射模块，用于产生偏振光；位于所述偏振光发射模块的前方的扭转测量模块，用于接收所述偏振光并产生与光强对应的电信号，输出扭转角测量数据；所述偏振光发射模块包括：光源，用于产生能被光电探测器敏感到的光；准直镜，位于所述光源前方，用于将所述光转换成平行光；第一偏振片，位于所述准直镜前方，用于将所述平行光转换成偏振光；所述扭转测量模块包括：第二偏振片，位于所述第一偏振片的前方，用于调制所述第一偏振片所产生的偏振光；旋转电机，与所述第二偏振片连接，用于驱动所述第二偏振片做圆周运动；轴角编码器，用于测量所述第二偏振片的旋转角度；物镜，位于所述第二偏振片的前方，用于将穿过所述第二偏振片的平行光进行汇聚；光电探测器，用于接收所述物镜汇聚的光并对所述物镜汇聚的光进行光电转换，获得与光强对应的电信号。

优选地，所述光源包括激光、白炽灯或LED灯。

优选地，所述准直镜包括单个准直镜片或者多个准直镜片组成的准直镜组。