本發(fā)明涉及激光自準(zhǔn)直儀，尤其涉及一種三軸準(zhǔn)直儀及三軸準(zhǔn)直儀的測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

1、準(zhǔn)直儀是一種利用光的自準(zhǔn)直原理測(cè)量小角度的儀器，具有操作簡(jiǎn)單、非接觸測(cè)量和測(cè)量距離靈活等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于光學(xué)元件的角度檢測(cè)、平臺(tái)平面度檢測(cè)及精密導(dǎo)軌的直線度檢測(cè)等精密測(cè)量中。

2、現(xiàn)有準(zhǔn)直儀在對(duì)待運(yùn)動(dòng)模組進(jìn)行姿態(tài)測(cè)量時(shí)，可有效實(shí)現(xiàn)方位、俯仰二維角度的秒級(jí)精度測(cè)量。即可以測(cè)得運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，直線度為運(yùn)動(dòng)模組在沿運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，向左或右進(jìn)行轉(zhuǎn)向產(chǎn)生的左右差；平面度為運(yùn)動(dòng)模組在沿運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)動(dòng)方向的表面凹凸不平，存在上下坡，運(yùn)動(dòng)模組在上下坡上產(chǎn)生的極高度差即為平面度。但是，僅僅測(cè)量運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，不能很好的確定運(yùn)動(dòng)模組的姿態(tài)。對(duì)于運(yùn)動(dòng)模組來(lái)說(shuō)，還存在一個(gè)重要的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為運(yùn)動(dòng)模組沿運(yùn)動(dòng)方向的旋轉(zhuǎn)，即滾轉(zhuǎn)，相當(dāng)于運(yùn)動(dòng)模組進(jìn)行左右搖擺。而傳統(tǒng)的準(zhǔn)直儀只能測(cè)量直線度和平面度，不能測(cè)量運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角度，使得準(zhǔn)直儀的測(cè)量精度不高，缺少一個(gè)維度，使得描述運(yùn)動(dòng)模組的狀態(tài)不完整。

3、在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問(wèn)題：

4、現(xiàn)有準(zhǔn)直儀不能測(cè)量運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角度，導(dǎo)致不能完整的描述運(yùn)動(dòng)模組的狀態(tài)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種三軸準(zhǔn)直儀及三軸準(zhǔn)直儀的測(cè)量方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的現(xiàn)有準(zhǔn)直儀不能測(cè)量運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角度，導(dǎo)致不能完整的描述運(yùn)動(dòng)模組的狀態(tài)的技術(shù)問(wèn)題。本發(fā)明提供的諸多技術(shù)方案中的優(yōu)選技術(shù)方案所能產(chǎn)生的諸多技術(shù)效果詳見(jiàn)下文闡述。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供的一種三軸準(zhǔn)直儀，包括光源、反射鏡模組、合束鏡模組、物鏡模組、聚焦鏡、分光鏡模塊、第一相機(jī)和至少一個(gè)第二相機(jī)，所述物鏡模組、合束鏡模組、聚焦鏡、分光鏡模塊和所述第一相機(jī)依次設(shè)置在同一軸線上，且所述第一相機(jī)設(shè)置在被所述分光鏡模塊透射的所述聚焦鏡的后焦面上，所述第二相機(jī)設(shè)置在被所述分光鏡模塊反射的所述聚焦鏡的后焦面上；所述光源和所述反射鏡模組均設(shè)置在所述聚焦鏡所在的軸線的側(cè)面，且所述反射鏡模組的入光方向位于所述光源的出光方向，所述反射鏡模組的出光方向位于所述合束鏡模組的入光方向；所述物鏡模組固定在運(yùn)動(dòng)模組上，所述運(yùn)動(dòng)模組能夠帶動(dòng)所述物鏡模組進(jìn)行同步運(yùn)動(dòng)；

4、所述光源發(fā)出的光束通過(guò)所述反射鏡模組反射至所述合束鏡模組上，經(jīng)所述合束鏡模組反射至所述物鏡模組上，經(jīng)所述物鏡模組反射出直線形光束和扇形光束至所述分光鏡模塊，經(jīng)所述分光鏡模塊將所述直線形光束透射至所述第一相機(jī)，并經(jīng)所述分光鏡模塊將所述扇形光束反射至所述第二相機(jī)。

5、可選地，所述物鏡模組包括柱面鏡、平面分光鏡和固定座，所述柱面鏡和所述平面分光鏡均固定在所述固定座上，通過(guò)所述固定座固定連接在所述運(yùn)動(dòng)模組上，且所述平面分光鏡設(shè)置在所述柱面鏡與所述合束鏡模組之間；所述柱面鏡朝向所述平面分光鏡的柱面為凸面或凹面。

6、可選地，所述光源包括至少一個(gè)激光器，所述反射鏡模組包括至少一個(gè)反射鏡，所述合束鏡模組包括至少一個(gè)合束鏡，一個(gè)所述激光器對(duì)應(yīng)一個(gè)所述反射鏡和一個(gè)所述合束鏡。

7、可選地，當(dāng)所述光源包括第一激光器和第二激光器時(shí)，所述反射鏡模組包括第一反射鏡和第二反射鏡，所述合束鏡模組包括第一合束鏡和第二合束鏡；所述第一激光器設(shè)置在所述聚焦鏡的第一側(cè)，所述第一反射鏡的入光方向位于所述第一激光器的出光方向，所述第一合束鏡的入光方向位于所述第一反射鏡的出光方向；所述第二激光器設(shè)置在所述聚焦鏡的第二側(cè)，所述第二反射鏡的入光方向位于所述第二激光器的出光方向，所述第二合束鏡的入光方向位于所述第二反射鏡的出光方向。

8、可選地，所述第一激光器和所述第二激光器能夠發(fā)出異色光束或同色光束，當(dāng)所述第一激光器和所述第二激光器分別發(fā)出異色光束時(shí)，所述平面分光鏡和所述分光鏡模塊均為二向色鏡；當(dāng)所述第一激光器和所述第二激光器發(fā)出同色光束時(shí)，所述第一激光器的出光時(shí)間與所述第二激光器的出光時(shí)間之間具有時(shí)間差。

9、可選地，當(dāng)所述光源包括第三激光器時(shí)，所述反射鏡模組包括第三反射鏡，所述合束鏡模組包括第三合束鏡；所述第三激光器設(shè)置在所述聚焦鏡的第一側(cè)或第二側(cè)，所述第三反射鏡的入光方向位于所述第三激光器的出光方向，所述第三合束鏡的入光方向位于所述第三反射鏡的出光方向；所述第三激光器為脈沖型激光器或多頻的帶寬激光器，所述第三激光器用于先后分別發(fā)出異色光束至所述物鏡模組。

10、一種三軸準(zhǔn)直儀的測(cè)量方法，應(yīng)用于如上述所述的三軸準(zhǔn)直儀，所述方法包括：

11、光源發(fā)出光束并入射至運(yùn)動(dòng)模組上固定的物鏡模組上；

12、所述物鏡模組將入射的所述光束反射出直線形光束和扇形光束至分光鏡模塊上，通過(guò)所述分光鏡模塊將所述直線形光束透射至所述第一相機(jī)，并將所述扇形光束反射至所述第二相機(jī)，以使所述第一相機(jī)測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，所述第二相機(jī)測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角。

13、可選地，當(dāng)所述光源包括第一激光器和第二激光器時(shí)，所述反射鏡模組包括第一反射鏡和第二反射鏡，所述合束鏡模組包括第一合束鏡和第二合束鏡；當(dāng)所述光源包括第三激光器時(shí)，所述反射鏡模組包括第三反射鏡，所述合束鏡模組包括第三合束鏡；所述光源發(fā)出光束并入射至運(yùn)動(dòng)模組上固定的物鏡模組上，包括：

14、所述第一激光器發(fā)出第一光束至對(duì)應(yīng)的所述第一反射鏡上，所述第二激光器發(fā)出第二光束至對(duì)應(yīng)的第二反射鏡上，所述第一光束和第二光束分別經(jīng)所述第一反射鏡和第二反射鏡反射至對(duì)應(yīng)的合束鏡模組上，經(jīng)所述合束鏡模組將所述第一光束和所述第二光束進(jìn)行合束并反射至所述物鏡模組上，其中，所述第一光束和所述第二光束為異色光束；

15、或所述第一激光器和第二激光器通過(guò)時(shí)間差，分別發(fā)出同色光束至對(duì)應(yīng)的所述第一反射鏡和所述第二反射鏡上，經(jīng)所述反射鏡模組反射至對(duì)應(yīng)的合束鏡模組上，經(jīng)所述合束鏡模組將兩束同色光束進(jìn)行合束并反射至所述物鏡模組上；

16、或所述第三激光器先后分別發(fā)出異色光束至對(duì)應(yīng)的所述第三反射鏡上，經(jīng)所述第三反射鏡反射至對(duì)應(yīng)的第三合束鏡上，經(jīng)所述第三合束鏡將兩束異色光束進(jìn)行合束并反射至所述物鏡模組上。

17、可選地，所述物鏡模組將入射的所述光束反射出直線形光束和扇形光束至分光鏡模塊上，通過(guò)所述分光鏡模塊將所述直線形光束透射至所述第一相機(jī)，并將所述扇形光束反射至所述第二相機(jī)，以使所述第一相機(jī)測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，所述第二相機(jī)測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角，包括：

18、當(dāng)光源的第一激光器和第二激光器分別發(fā)出異色光束時(shí)，所述物鏡模組的平面分光鏡將所述第一激光器發(fā)出的第一光束反射呈直線形光束至所述分光鏡模塊，并將所述第二激光器發(fā)出的第二光束透射至所述物鏡模塊的柱面鏡，所述柱面鏡將所述第二光束反射呈扇形光束至所述分光鏡模塊，經(jīng)所述分光鏡模塊將所述第一光束透射至所述第一相機(jī)上，并將所述第二光束反射至所述第二相機(jī)上，以使所述第一相機(jī)獲取光斑信息測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，所述第二相機(jī)獲取光線信息測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角；

19、當(dāng)所述光源的第一激光器和第二激光器通過(guò)時(shí)間差，分別發(fā)出同色光束時(shí)，所述物鏡模組的平面分光鏡將所述第一激光器先發(fā)出的第一光束反射呈直線形光束至所述分光鏡模塊，并將所述第二激光器后發(fā)出的第二光束透射至所述物鏡模塊的柱面鏡，所述柱面鏡將所述第二光束反射呈扇形光束至所述分光鏡模塊，經(jīng)所述分光鏡模塊將所述平面分光鏡反射的所述第一光束透射至所述第一相機(jī)上，并將所述柱面鏡反射的所述第二光束反射至所述第二相機(jī)上，以使所述第一相機(jī)獲取光斑信息測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，所述第二相機(jī)獲取光線信息測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角。

20、可選地，所述物鏡模組將入射的所述光束反射出直線形光束和扇形光束至分光鏡模塊上，通過(guò)所述分光鏡模塊將所述直線形光束透射至所述第一相機(jī)，并將所述扇形光束反射至所述第二相機(jī)，以使所述第一相機(jī)測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，所述第二相機(jī)測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角，還包括：

21、當(dāng)所述光源的第三激光器先后分別發(fā)出異色光束時(shí)，所述物鏡模組的平面分光鏡將所述第三激光器先發(fā)出的第一光束反射呈直線形光束至所述分光鏡模塊，并將所述第三激光器后發(fā)出的第二光束透射至所述物鏡模塊的柱面鏡，所述柱面鏡將所述第二光束反射呈扇形光束至所述分光鏡模塊，經(jīng)所述分光鏡模塊將所述第一光束透射至所述第一相機(jī)上，并將所述第二光束反射至所述第二相機(jī)上，以使所述第一相機(jī)獲取光斑信息測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，所述第二相機(jī)獲取光線信息測(cè)量到所述運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角。

22、實(shí)施本發(fā)明上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

23、本發(fā)明通過(guò)物鏡模組將光源發(fā)出的第一光反射呈直線形光束至分光鏡模塊，經(jīng)分光鏡模塊透射至第一相機(jī)上，使第一相機(jī)獲取光斑信息，檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)模組的直線度和平面度，通過(guò)物鏡模組將光源發(fā)出的第二束光反射呈扇形光束至分光鏡模塊，經(jīng)分光鏡模塊反射至第二相機(jī)上，使第二相機(jī)獲取光線信息，檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)模組的滾轉(zhuǎn)角，從而精確測(cè)量運(yùn)動(dòng)模組的姿態(tài)。