立体空间激光光路快速准直方法

摘要

一种立体空间激光光路快速准直方法，包括如下步骤：①在立体空间激光光路的近场和远场位置处分别放置近场CCD和远场CCD；②在立体空间激光光路中任意选取第一反射镜和第二反射镜，在两个反射镜上均安装有水平马达和俯仰马达来分别控制反射镜方位和俯仰的调整；③一台含有图像采集处理软件和马达控制软件的计算机；④求四个马达转动量和近远场激光光斑中心变化量之间的4*4维线性矩阵；⑤求逆矩阵；⑥由计算机计算各个马达需要转动的步数和方向；⑦计算机驱动马达转动；实现立体空间激光光路的快速准直。本发明具有易调整、速度快、精度高的特点。

主权项

一种立体空间激光光路快速准直方法,特征在于包括如下步骤：①在立体空间激光光路的近场和远场位置处分别放置近场CCD（1）和远场CCD（2）来采集近远场的激光光斑图像，其中近场取在光路中某一特定的位置处，远场取在光束的焦点处；②在立体空间激光光路中任意选取第一反射镜（4）和第二反射镜（5），在两个反射镜上均安装有水平马达和俯仰马达来分别控制反射镜方位和俯仰的调整，第一反射镜（4）上装有水平马达为NFX马达（6）和俯仰马达简称为NFY马达（7），第二反射镜（5）上装有水平马达简称为FFX马达（8）和俯仰马达简称为FFY马达（9）；③一台含有图像采集处理软件和马达控制软件的计算机（10），计算机（10）通过近场CCD（1）和远场CCD（2）采集近远场的激光光斑图像并计算得到近远场激光光斑中心与基准的偏差量；④求四个马达转动量和近远场激光光斑中心变化量之间的4*4维线性矩阵B：$B=\left[\begin{array}{c}k11,k12,k13,k14\\ k21,k22,k23,k24\\ k31,k32,k33,k34\\ k41,k42,k43,k44\end{array}\right],$该线性矩阵B满足关系式：$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta xf}\\ \mathrm{\Delta yf}\\ \mathrm{\Delta xn}\\ \mathrm{\Delta yn}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}k11,k12,k13,k14\\ k21,k22,k23,k24\\ k31,k32,k33,k34\\ k41,k42,k43,k44\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta FFX}\\ \mathrm{\Delta FFY}\\ \mathrm{\Delta NFX}\\ \mathrm{\Delta NFY}\end{array}\right]$其中，ΔFFX、ΔFFY、ΔNFX、ΔNFY分别为FFX马达、FFY马达、NFX马达、NFY马达的转动变化量，马达分正转和反转，正转时马达转动变化量为正，负转时马达转动变化量为负；Δxn和Δyn为近场激光光斑中心xn,yn的变化量，Δxf和Δyf为远场激光光斑中心xf,yf的变化量，光斑中心变化量等于当前光斑中心值减去基准值；根据矩阵关系，FFX马达（8）正转n步，其他三个马达不转动，那么系数k11=Δxf/n，k21=Δyf/n，k31=Δxn/n，k41=Δyn/n；相应的只转动FFY马达（9）求得系数k12、k22、k32、k42，只转动NFX马达（6）求得系数k13、k23、k33、k43，只转动NFY马达（7）求得系数k14、k24、k34、k44；⑤求出矩阵B的逆矩阵$B^{-1}=\left[\begin{array}{c}l11,l12,l13,l14\\ l21,l22,l23,l24\\ l31,l32,l33,l34\\ l41,l42,l43,l44\end{array}\right],$满足$\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta FFX}\\ \mathrm{\Delta FFY}\\ \mathrm{\Delta NFX}\\ \mathrm{\Delta NFY}\end{array}\right]=B^{-1}\left[\begin{array}{c}\mathrm{\Delta xf}\\ \mathrm{\Delta yf}\\ \mathrm{\Delta xn}\\ \mathrm{\Delta yn}\end{array}\right];$⑥近场CCD（1）和远场CCD（2）实时采集近远场的激光光斑图像，并将图像传给计算机（10），计算机（10）计算出近远场激光光斑中心与基准的偏差量Δxf、Δyf、Δxn、Δyn，并利用下列方程式求得各个马达需要转动的步数和方向：$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\Delta FFX}=l11*\mathrm{\Delta xf}+l12*\mathrm{\Delta yf}+l13*\mathrm{\Delta xn}+l14*\mathrm{\Delta yn}\\ \mathrm{\Delta FFY}=l21*\mathrm{\Delta xf}+l22*\mathrm{\Delta yf}+l23*\mathrm{\Delta xn}+l24*\mathrm{\Delta yn}\\ \mathrm{\Delta NFX}=l31*\mathrm{\Delta xf}+l32*\mathrm{\Delta yf}+l33*\mathrm{\Delta xn}+l34*\mathrm{\Delta yn}\\ \mathrm{\Delta NFY}=l41*\mathrm{\Delta xf}+l42*\mathrm{\Delta yf}+l43*\mathrm{\Delta xn}+l44*\mathrm{\Delta yn}\end{array}\right.;$⑦根据步骤⑥求得的各个马达需要转动的步数和方向，计算机（10）通过马达控制器（3）控制各个马达转动；⑧如果此时光路的近场和远场不满足准直精度的要求，再次执行步骤⑥、⑦，至到满足要求为止，实现立体空间激光光路的快速准直。