一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法及装置与流程

1.本发明属于高功率激光驱动器技术领域，具体地说涉及一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法及装置。


背景技术：

2.大型高功率激光驱动器(下称驱动器)是一类复杂的光学系统，其涵盖了光、机、电、控、测、装等多个学科领域，其功能是创造一个极端的物质环境，提供各类物理过程的研究。空间滤波器小孔转轮作为其关键器件，为驱动器提供光束传输通道和光束传输基准，因此，空间滤波器小孔转轮的定位精度将直接影响到驱动器的主要指标。小孔转轮中小孔的主要作用是空间滤波，小孔组的加工精度、安装精度以及运动精度等因素都会影响小孔转轮的定位精度。目前，小孔组的加工偏差和安装偏差采用间接测量装配零件尺寸和形位的方法，通过技术指标进行公差分配和精度计算得出偏差范围，该方法无法获得小孔组加工偏差、安装偏差的具体值。控制小孔转轮运动精度的手段主要聚焦在提升运动机构的稳定性以及选择合适可靠的光栅尺，前者通过电机选型和高刚性金属波纹管连接避免驱动滞后和连接空回间隙并保证旋转平稳，后者通过采用专用圆光栅尺替代直光栅来提升安装精度和读数精度，上述手段都是通过设计提升小孔转轮的定位精度，尚无有效的检测手段对小孔转轮定位精度进行快速测量。


技术实现要素：

3.针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法及装置。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，包括：
6.在基准板上刻蚀遮光点，所述遮光点表示空间滤波器小孔转轮中小孔中心的理论设计位置；
7.将基准板以及空间滤波器小孔转轮置于光路中，在探测设备上同时获取经照明的小孔像以及遮光点形成的遮光像，计算小孔像与遮光像的中心偏差，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差。
8.本技术方案进一步设置为，所述空间滤波器小孔转轮中小孔、所述遮光点以及所述探测设备的数量相等。
9.本技术方案进一步设置为，所述将基准板以及空间滤波器小孔转轮置于光路中，具体为：
10.光束经分束元件分为第一光束以及第二光束，将所述基准板置于所述第一光束的传输光路中，转动所述基准板使其处于工作位，将所述空间滤波器小孔转轮置于所述第二光束的传输光路中，转动所述空间滤波器小孔转轮使其处于工作位。
11.本技术方案进一步设置为，当全部的遮光点均位于所述第一光束的传输光路中
时，默认为所述基准板处于工作位；当全部的小孔均位于所述第二光束的传输光路中时，默认为所述空间滤波器小孔转轮处于工作位。
12.本技术方案进一步设置为，所述计算小孔像与遮光像的中心偏差之前，还包括：
13.依据小孔像与与其对应的遮光像在探测设备中的成像位置关系，确定小孔像与遮光像的耦合关系；
14.调整基准板的姿态，直至小孔像与与其对应的遮光像的综合偏差达到最小值，所述综合偏差为多个小孔像中心与遮光像中心偏差的均方根值。
15.本技术方案进一步设置为，所述计算小孔像与遮光像的中心偏差，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差，具体为：
16.在同一探测设备获取的图像中，通过图像处理计算得到小孔像以及遮光像的中心坐标；
17.由多个探测设备计算得到多个中心坐标，将多个小孔像的中心坐标取均值得到小孔转轮的位置中心坐标，将多个遮光像的中心坐标取均值得到遮光点的位置中心坐标，计算小孔转轮的位置中心坐标与遮光点的位置中心坐标之间的距离，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差。
18.本技术方案进一步设置为，还包括：
19.多次旋转空间滤波器小孔转轮至其工作位，计算得到多个空间滤波器小孔转轮定位偏差，多个空间滤波器小孔转轮定位偏差取均值，得到空间滤波器小孔转轮重复定位偏差。
20.另，本发明还提供一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量装置，包括：
21.光源，用于发射光束；
22.分束元件，用于将光束分为第一光束以及第二光束；
23.基准板，其位于所述第一光束的传输光路上，所述基准板上刻蚀有表示空间滤波器小孔转轮中小孔中心理论设计位置的遮光点；
24.空间滤波器小孔转轮，其位于所述第二光束的传输光路上；
25.以及探测设备，用于获取经照明的小孔像以及遮光点形成的遮光像。
26.本技术方案进一步设置为，所述探测设备对应空间滤波器小孔转轮中小孔设置有多个。
27.本技术方案进一步设置为，所述光源为光纤点光源，所述分束元件为半透半反镜，所述光纤点光源发射的光束经透镜准直为平行光后由半透半反镜分为第一光束以及第二光束。
28.本发明的有益效果是：
29.采用光学共轭成像方式，同时对空间滤波器小孔转轮与基准板进行成像，通过小孔像与遮光像之间的耦合关系结合图像识别算法，可快速对小孔转盘的定位精度进行测量，操作简单，测量精度高。
附图说明
30.图1是本发明实施例中采用的空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法的流程框图；
31.图2是空间滤波器小孔转轮的示意图；
32.图3是本发明实施例中小孔像与遮光像的中心偏差的示意图；
33.图4是本发明实施例中采用的空间滤波器小孔转轮定位精度的测量装置的示意图。
34.附图中：1-光源、2-透镜、3-分束元件、4-空间滤波器小孔转轮、5-基准板、6-探测设备。
具体实施方式
35.为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本技术保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
36.实施例一：
37.如图1所示，一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，包括：
38.s100、在基准板上刻蚀遮光点，所述遮光点表示空间滤波器小孔转轮中小孔中心的理论设计位置。
39.需要说明的是，采用光刻工艺在基准板上刻蚀遮光点，由于基准板的刻蚀精度极高，因此，遮光点可以代表空间滤波器小孔转轮中小孔中心的理论设计位置，精度可以优于1μm。
40.同时，基准板的姿态可调，既可沿着x轴、y轴方向平移，又具备旋转功能，即基准板具有三维可调功能。
41.s300、将基准板以及空间滤波器小孔转轮置于光路中，在探测设备上同时获取经照明的小孔像以及遮光点形成的遮光像，计算小孔像与遮光像的中心偏差，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差。
42.进一步地，所述空间滤波器小孔转轮中小孔、所述遮光点以及所述探测设备的数量相等。
43.需要说明的是，依据空间滤波器小孔转轮中小孔的数量，刻蚀遮光点以及设置探测设备。具体的，如图2所示，本实施例采用的空间滤波器小孔转轮上安装有一组小孔pa-1、pa1-2、pa-3、pa-4，小孔转轮定位精度是指小孔组到达工作位后，各小孔与各自理论设计位置之间的偏差。
44.此外，图2所示小孔的结构特点是孔面位于长条圆柱体的内部，若靠近小孔设置基准板，将使得基准板与孔面之间存在距离差，导致无法同时对孔面和基准板成像。若使用调焦成像的方式又会引入光轴偏差，无法满足高精度检测要求。因此，发明人采用光学共轭成像方式，同时对空间滤波器小孔转轮与基准板进行成像，通过小孔像与遮光像之间的耦合关系结合图像识别算法，可快速对小孔转盘的定位精度进行测量，操作简单，测量精度高。
45.进一步地，所述将基准板以及空间滤波器小孔转轮置于光路中，具体为：
46.光束经分束元件分为第一光束以及第二光束，将所述基准板置于所述第一光束的传输光路中，转动所述基准板使其处于工作位，将所述空间滤波器小孔转轮置于所述第二
光束的传输光路中，转动所述空间滤波器小孔转轮使其处于工作位。
47.进一步地，当全部的遮光点均位于所述第一光束的传输光路中时，默认为所述基准板处于工作位；当全部的小孔均位于所述第二光束的传输光路中时，默认为所述空间滤波器小孔转轮处于工作位。
48.需要说明的是，第一光束对基准板进行照明，第二光束对小孔组进行照明，两组光束汇合后成像至探测设备，可在探测设备上观测到经照明的小孔像及遮光点形成的遮光像(暗区)。
49.进一步地，所述计算小孔像与遮光像的中心偏差之前，还包括：
50.依据小孔像与与其对应的遮光像在探测设备中的成像位置关系，确定小孔像与遮光像的耦合关系；
51.调整基准板的姿态，直至小孔像与与其对应的遮光像的综合偏差达到最小值，所述综合偏差为多个小孔像中心与遮光像中心偏差的均方根值。
52.进一步地，所述计算小孔像与遮光像的中心偏差，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差，具体为：
53.在同一探测设备获取的图像中，通过图像处理计算得到小孔像以及遮光像的中心坐标；
54.由多个探测设备计算得到多个中心坐标，将多个小孔像的中心坐标取均值得到小孔转轮的位置中心坐标，将多个遮光像的中心坐标取均值得到遮光点的位置中心坐标，计算小孔转轮的位置中心坐标与遮光点的位置中心坐标之间的距离，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差。
55.结合图2以及图3，4个小孔对应4个探测设备，4个探测设备获取的图像如图3所示，具体的，δ1表示pa-1的小孔像与与其对应的遮光像的中心偏差，δ2表示pa-2的小孔像与与其对应的遮光像的中心偏差，δ3表示pa-3的小孔像与与其对应的遮光像的中心偏差，δ4表示pa-4的小孔像与与其对应的遮光像的中心偏差。
56.进一步地，还包括：
57.多次旋转空间滤波器小孔转轮至其工作位，计算得到多个空间滤波器小孔转轮定位偏差，多个空间滤波器小孔转轮定位偏差取均值，得到空间滤波器小孔转轮重复定位偏差。
58.实施例二：
59.如图4所示，一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量装置，包括：
60.光源1，用于发射光束；
61.分束元件3，用于将光束分为第一光束以及第二光束；
62.基准板5，其位于所述第一光束的传输光路上，所述基准板5上刻蚀有表示空间滤波器小孔转轮4中小孔中心理论设计位置的遮光点；
63.空间滤波器小孔转轮4，其位于所述第二光束的传输光路上；
64.以及探测设备6，用于获取经照明的小孔像以及遮光点形成的遮光像。
65.进一步地，所述探测设备6对应空间滤波器小孔转轮4中小孔设置有多个。
66.具体的，空间滤波器小孔转轮4有4个小孔，探测设备6对应设置有4个，保证每个小孔均可以成像于唯一的探测设备6中。优选的，探测设备6选用ccd相机。
67.进一步地，所述光源1为光纤点光源，所述分束元件3为半透半反镜，所述光纤点光源发射的光束经透镜2准直为平行光后由半透半反镜分为第一光束以及第二光束。
68.光纤点光源发射的光束照明所有小孔以及遮光点，小孔孔像和遮光点叠加成像在探测设备6上，多个探测设备6同时采集。通过图像识别与分析计算可以得到小孔转盘中小孔组的定位精度。
69.以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本技术范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

技术特征：
1.一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，其特征在于，包括：在基准板上刻蚀遮光点，所述遮光点表示空间滤波器小孔转轮中小孔中心的理论设计位置；将基准板以及空间滤波器小孔转轮置于光路中，在探测设备上同时获取经照明的小孔像以及遮光点形成的遮光像，计算小孔像与遮光像的中心偏差，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差。2.根据权利要求1所述的一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，其特征在于，所述空间滤波器小孔转轮中小孔、所述遮光点以及所述探测设备的数量相等。3.根据权利要求1所述的一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，其特征在于，所述将基准板以及空间滤波器小孔转轮置于光路中，具体为：光束经分束元件分为第一光束以及第二光束，将所述基准板置于所述第一光束的传输光路中，转动所述基准板使其处于工作位，将所述空间滤波器小孔转轮置于所述第二光束的传输光路中，转动所述空间滤波器小孔转轮使其处于工作位。4.根据权利要求3所述的一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，其特征在于，当全部的遮光点均位于所述第一光束的传输光路中时，默认为所述基准板处于工作位；当全部的小孔均位于所述第二光束的传输光路中时，默认为所述空间滤波器小孔转轮处于工作位。5.根据权利要求1所述的一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，其特征在于，所述计算小孔像与遮光像的中心偏差之前，还包括：依据小孔像与与其对应的遮光像在探测设备中的成像位置关系，确定小孔像与遮光像的耦合关系；调整基准板的姿态，直至小孔像与与其对应的遮光像的综合偏差达到最小值，所述综合偏差为多个小孔像中心与遮光像中心偏差的均方根值。6.根据权利要求5所述的一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，其特征在于，所述计算小孔像与遮光像的中心偏差，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差，具体为：在同一探测设备获取的图像中，通过图像处理计算得到小孔像以及遮光像的中心坐标；由多个探测设备计算得到多个中心坐标，将多个小孔像的中心坐标取均值得到小孔转轮的位置中心坐标，将多个遮光像的中心坐标取均值得到遮光点的位置中心坐标，计算小孔转轮的位置中心坐标与遮光点的位置中心坐标之间的距离，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差。7.根据权利要求6所述的一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法，其特征在于，还包括：多次旋转空间滤波器小孔转轮至其工作位，计算得到多个空间滤波器小孔转轮定位偏差，多个空间滤波器小孔转轮定位偏差取均值，得到空间滤波器小孔转轮重复定位偏差。8.一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量装置，其特征在于，包括：光源，用于发射光束；分束元件，用于将光束分为第一光束以及第二光束；基准板，其位于所述第一光束的传输光路上，所述基准板上刻蚀有表示空间滤波器小
孔转轮中小孔中心理论设计位置的遮光点；空间滤波器小孔转轮，其位于所述第二光束的传输光路上；以及探测设备，用于获取经照明的小孔像以及遮光点形成的遮光像。9.根据权利要求8所述的空间滤波器小孔转轮定位精度的测量装置，其特征在于，所述探测设备对应空间滤波器小孔转轮中小孔设置有多个。10.根据权利要求8所述的空间滤波器小孔转轮定位精度的测量装置，其特征在于，所述光源为光纤点光源，所述分束元件为半透半反镜，所述光纤点光源发射的光束经透镜准直为平行光后由半透半反镜分为第一光束以及第二光束。

技术总结
本发明涉及一种空间滤波器小孔转轮定位精度的测量方法及装置，属于高功率激光驱动器技术领域，测量方法包括：在基准板上刻蚀遮光点，遮光点表示空间滤波器小孔转轮中小孔中心的理论设计位置；将基准板以及空间滤波器小孔转轮置于光路中，在探测设备上同时获取经照明的小孔像以及遮光点形成的遮光像，计算小孔像与遮光像的中心偏差，得到空间滤波器小孔转轮定位偏差，本发明采用光学共轭成像方式，同时对空间滤波器小孔转轮与基准板进行成像，通过小孔像与遮光像之间的耦合关系结合图像识别算法，可快速对小孔转盘的定位精度进行测量，操作简单，测量精度高。测量精度高。测量精度高。


技术研发人员：郑胜亨 杨开栋 张鑫 王德恩 杨英 田野 刘伟 梁凌熙
受保护的技术使用者：中国工程物理研究院激光聚变研究中心
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/10/15