一種量子關聯自準直儀及測角方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種量子關聯自準直儀及測角方法，屬于測量領域。
【背景技術】
[0002] 經典自準直儀產品一般采用線陣或面陣列工業相機和成像透鏡組實現對反射鏡 轉角的測量，從而達到對器件平整度或準直度的測量和標定。目前，經典自準直儀應用過程 中小型化、便攜化主要受到其基本原理的限制。一方面透鏡組焦距f越大，測角精度越高， 但對應最大測角量程范圍變小。另一方面，透鏡組焦距f越大要求自準直儀的體積越大。因 此，經典自準直儀的測角精度和測角量程、設計體積相互制約。高測角精度的經典自準直儀 理論上已經無法做到兼顧小體積、大量程。另外，線陣或面陣探測器使得經典自準直儀成本 高，造價昂貴。因此實現小體積、大量程、高精度、低成本的自準直儀必然考慮用新的理論和 技術進彳丁改進和提尚。

【發明內容】

[0003] 本發明解決的技術問題是：克服現有經典自準直儀體積大、測角量程范圍與測角 精度相互制約的不足，提出了一種量子關聯自準直儀及測角方法，解決了自準直儀小型化、 測角量程大和測角精度高的問題。
[0004] 本發明的技術解決方案是：一種量子關聯自準直儀，包括：光源發射單元、光源記 錄單元、量子自準直儀測量單元；
[0005] 光源發射單元包括激光器（1)、第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)、第一透鏡（4)、第 二透鏡（5)、控制單元（8)、步進電機（7)、毛玻璃（6)和第一光闌（9);
[0006] 光源記錄單元包括：變焦鏡頭（10)、工業相機（11)和圖像采集與存儲單元（12);
[0007] 量子自準直儀測量單元包括：50 :50分束器（13)、第三透鏡（14)、第三反射鏡 (15)、第二光闌（16)、光電探測器（17)、數據采集卡（18)、數據處理與顯示模塊（19);
[0008] 第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)成90度布置，第一透鏡（4)、第二透鏡（5)和第 三透鏡（14)、第一光闌（9)分別垂直于同一光軸，且在同一光軸上，第一透鏡（4)和第二透 鏡（5)的距離為第一透鏡⑷和第二透鏡（5)的焦距之和；第三透鏡（14)與毛玻璃（6)的 距離等于第三透鏡（14)的焦距；第二光闌（16)和毛玻璃（6)相對于50 :50分束器的分束 面放置在對稱位置；
[0009] 激光器（1)連續發光束，該光束依次經過第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)反射后， 經第二反射鏡（3)反射后的光束再依次入射到第一透鏡（4)和第二透鏡（5)，形成平行光束 出射至毛玻璃（6)，毛玻璃（6)由步進電機（7)帶動，控制單元（8)控制步進電機步進，即 控制單元（8)發射TTL電脈沖給步進電機，每個TTL電脈沖使得步進電機（7)帶動毛玻璃 (6)旋轉或平移固定步長，經過毛玻璃(6)的平行光束形成散射的激光散斑場，調節第一光 闌（9)的孔徑，限制散射的激光散斑場的視場大小后，散射的激光散斑場被變焦鏡頭（10) 成像至工業相機（11)的感光面，形成散射的激光散斑場圖像，變焦鏡頭（10)能夠將散射的 激光散斑場放大和縮小一定的倍數；毛玻璃(6)由起始位置每轉動或平移一次的同時，控 制單元⑶發射一個TTL電脈沖送至工業相機（11)的（Ila)觸發接口，工業相機（11)拍 攝并記錄一次散射的激光散斑場；
[0010] 工業相機（11)將多次拍攝的散射的激光散斑場圖像，即激光散斑場的圖像矩陣， 以數字信號格式發送至圖像采集與存儲單元（12)儲存；
[0011] 每一次TTL電脈沖，毛玻璃（6)由起始位置轉動或平移一次，則經過毛玻璃（6)的 散射的激光散斑場變化一次，然后送至50 :50分束器（13)的第一端口（13a)進行分光形成 透射光束和反射光束，透射光束從分束器（13)的第二端口（13c)出射，反射光束從分束器 (13)的反射端口（13d)反射，將反射光束舍棄，將50 :50分束器（13)分光得到的透射光束 入射至第三透鏡（14)后，形成平行光束照射到第三反射鏡（15)，由第三反射鏡（15)反射的 光束再次入射至第三透鏡（14)恢復成匯聚光束，再次經過50 :50分束器（13)的第二端口 (13c)進行分光得到透射光束和反射光束，反射光束從端口（13b)射出，透射光束將從分束 器（13)第一端口（13a)出射，舍棄第一端口（13a)透射光束，第三透鏡（14)恢復成匯聚光 束進行分光得到的從第二端口（13b)射出的反射光束進入第二光闌（16)，第二光闌（16)透 過的光束送至光電探測器（17)，光電探測器（17)將光信號轉化成電信號，送至數據采集卡 (18)，數據采集卡（18)將模擬電信號轉化為數字信號送至數據處理與顯示模塊（19)，數據 處理與顯示模塊（19)按存儲順序調用圖像采集與存儲單元（12)儲存的激光散斑場的圖像 矩陣，每一激光散斑場的圖像矩陣與每一個光電探測器（17)探測到的信號分別進行強度 關聯運算，并將關聯運算結果進行顯示，得到關聯后的圖像和該圖像上的一個斑點坐標。
[0012] -種量子關聯自準直儀的測角方法，包含步驟如下：
[0013] 1)激光器（1)連續發光束，該光束依次經過第一反射鏡（2)、第二反射鏡（3)反射 后，再依次入射到第一透鏡（4)和第二透鏡（5)，形成平行光束出射至毛玻璃（6);
[0014] 2)毛玻璃（6)由步進電機（7)帶動，步進電機（7)受控制單元⑶控制，即控制單 元發射TTL電脈沖給步進電機（7)，每個TTL電脈沖使得電動機帶動毛玻璃（6)旋轉或平移 固定步長，毛玻璃（6)由起始位置轉動或平移一次，散射的激光散斑場由經過毛玻璃（6)的 平行光束形成，調節第一光闌（9)的孔徑，限制散射的激光散斑場的視場大小后，散射的激 光散斑場被變焦鏡頭（10)成像至工業相機（11)的感光面，形成散射的激光散斑場圖像，變 焦鏡頭能夠將散射的激光散斑場放大和縮小一定的倍數ω，ω稱為量子放縮系數；控制單 元（8)發射一次TTL電脈沖至工業相機（11)的（Ila)觸發接口，工業相機（11)記錄一次 散射的激光散斑場；
[0015] 3)工業相機（11)將多次拍攝的散射的激光散斑場圖像，即激光散斑場的圖像矩 陣，以數字信號格式發送至圖像采集與存儲單元（12)儲存；
[0016] 4)毛玻璃（6)由起始位置每收到一次TTL電脈沖，轉動或平移一次，則經過毛玻 璃的散射的激光散斑場變化一次后，通過50 :50分束器（13)的（13a)端口，透射光束從分 束器（13)的端口（13c)出射，反射光束從分束器（13)的反射端口（13d)反射，將反射光 束舍棄，將端口（13c)的透射光束入射至第三透鏡（14)，形成平行光束照射到第三反射鏡 (15)；
[0017] 5)由第三反射鏡（15)反射的光束再次入射至第三透鏡（14)恢復成匯聚光束，再 次經過50 :50分束器（13)的端口（13c)反射至端口（13b)，投射光束將從分束器（13)端 口（13a)出射，舍棄端口（13a)透射光束，從端口（13b)反射的光束進入第二光闌（16)，第 二光闌（16)透過的光束送至光電探測器（17);
[0018] 6)光電探測器（17)將光信號轉化成電信號，送至數據采集卡（18)，數據采集卡 (18) 將模擬電信號