激光跟踪仪多基站转站精度模型与误差补偿

为实现大空间域激光跟踪仪的高精度测量,本文针对由转站误差导致的激光跟踪仪分时多基站测量精度难保证的问题,提出了基于多站位下单台激光跟踪仪测量误差的转站误差模型与转站参数修正的补偿方法。首先分析了激光跟踪仪测量误差的来源以及具体形式,阐述了激光跟踪仪测量误差影响空间任意点测量精度的具体形式;其次分析了激光跟踪仪的随机测量误差和系统测量误差对多基站转站参数求解精度的影响。在此基础上,建立了考虑随机、系统测量误差的激光跟踪仪多基站转站误差模型和转站参数误差补偿模型。蒙特卡洛仿真结果表明:当激光跟踪仪的长度测量误差为0.5μm/m,角度测量误差为5μm+6μm/m时,最大转站误差为0.174 7mm,补偿后最大转站误差为0.04mm,转站精度提高了77%。分时多基站转站测量实验结果表明:直接转站测量时最大转站误差为0.054 2mm,补偿后转站误差为0.033 1mm,转站精度提升了38.9%。激光跟踪转站补偿后测量精度有明显的提高。     

激光跟踪仪的光电瞄准与定位系统

考虑激光跟踪仪的光电瞄准与定位直接影响仪器的整体测量精度和使用性能,讨论了激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术并提出了光电探测瞄准、信号调理采集、数字处理及智能跟踪伺服的系统整体技术方案。对系统关键部件进行选型,利用角锥棱镜和位敏探测器(PSD)作为光电探测核心,设计了探测光路和信号处理电路。研制了系统样机,搭建了目标位移量标准测试平台,对样机光电瞄准系统探测信号进行了测试。测试结果显示:采用该设计方案设计的激光跟踪仪样机的静态定位测量精度达到6μm,随机动态跟踪测量速度大于1m/s。结果表明:提出的方法可解决激光跟踪仪定位精度低、动态跟踪效果差等常见问题,可为研制高精度、大范围、大尺寸测量仪器提供技术参考。     

基于PSD的激光跟踪仪光电瞄准技术应用与研究

光电瞄准与定位技术是空间运动目标动态跟踪测量的关键技术,起到目标捕获与运动位置偏差精确指向作用。基于光电位置传感器(PSD)对激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术进行了分析研究与设计,提出了光电瞄准控制方案,设计了探测光路,分析了PSD误差修正与信号处理。经过实际样机测试,静态定位测量精度达到6μm,随机动态跟踪测量速度大于1 m/s。     

光束平差在激光跟踪仪系统精度评定中的应用

对自主研制的激光跟踪仪的精度评定进行研究,以期解决大尺寸空间坐标测量系统的空间坐标精度难于评定的问题.考虑现场环境条件、仪器状态和操作者技能等因素对测量精度影响都很大,提出了基于光束平差原理对激光跟踪仪系统进行精度评定的方法.通过Matlab软件对激光跟踪仪的精度评定进行了仿真,仿真结果显示光束平差法能客观地反映激光跟踪仪的测量精度.另外,使用Faro生产的激光跟踪仪进行了实物实验,实验结果显示其水平角精度σH为1.97″,垂直角精度σV为2.61″,测距精度σD为3.75×10-6,对比Faro生产的激光跟踪仪精度(σH =2.0″;σV =2.0″;σD=4 μm)可证明采用光束平差法评定自主研发的激光跟踪仪测量精度是正确、可行的.该方法为探索激光跟踪仪新的应用技术、开展面向对象的测量不确定评定奠定了基础.     

采用红外扫描激光与超声技术的室内空间定位

为了解决当前定位方法无法兼顾高精度、高集成度、多任务性、实时性测量的问题,提出了一种基于激光测距原理的室内空间定位系统。该方法通过单台测量基站向被测空间内发射旋转扫描红外激光信号以及超声脉冲信号,采用旋转扫描红外激光形成多平面约束,采用高精度超声测距形成距离约束。然后,将多平面约束与距离约束相耦合,得到测量靶标的非线性约束方程组。最后,利用非线性最优化算法解算得到测量靶标的精确空间坐标。该方法仅采用单台测量基站即可完成全周向、多任务实时性的空间测量与定位。采用激光跟踪仪系统作为比对基准验证了本方法的测量精度及可靠性。结果显示,在5m的被测空间内,其定位测量误差在0.3mm以内,可满足大多数工业测量应用场合需求。与传统的室内定位方法相比,本方法极大地提高了测量系统的集成度以及测量效率,为全站式空间定位方法提供了新的思路。     

激光原型装置X光针孔相机总体结构设计与分析

针孔相机是惯性约束核聚变(简称惯性约束聚变)中用于激光加热靶成像的重要光机器件。根据激光原型装置对针孔相机的要求,采用CCD(Charge Coupled Device)作为成像系统,对针孔相机进行结构设计,并根据针孔相机真空度的时间要求,对放气孔的开口面积进行分析计算,采用拓扑优化技术对开口的分布进行优化分析,设计的针孔相机复位精度达到29μm,超过了30μm的设计要求,实际应用表明设计的针孔相机满足惯性约束聚变要求。     

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。     

激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,利用激光干涉测长、精密测角及目标跟踪技术,可对任意点的空间位置进行实时跟踪测量。然而,目标反射器接收角度的大小严重影响了激光跟踪测量系统角度测量精度,为解决激光跟踪测量系统在动态测量中因角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致无法测量问题,研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。最后利用研制角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿实验,结果表明该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69µm减小到9.71µm,垂直角测量误差由35.43µm减小到10.03µm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度。     

激光发射系统快速反射镜的光线反射过程

为了精确控制光电跟踪复合轴系统的快速反射镜,研究了快速反射镜的反射过程。推导出了快速反射镜镜子转动角度和反射光线转动角度之间的关系,描述了快速反射镜系统的控制方法和软件实现。以推导出的快速反射镜镜子转动角度和反射光线转动角度之间的关系为理论依据,建立了快速反射镜伺服控制系统,对快速反射镜系统进行了锁零实验和跟踪实验,并与母轴系统进行了对比。实验结果显示:快速反射镜在锁零时稳态精度小于1″,且响应快速;在跟踪时系统方位跟踪误差均方根为3.6″,俯仰跟踪误差均方根为8.7″,满足光电跟踪系统对跟踪速度和瞄准精度的要求。得到的结果表明,基于快速反射镜反射过程理论建立的快速反射镜伺服系统提高了激光发射系统的跟踪精度和响应速度。     

新型飞秒激光跟踪仪中飞秒激光测距研究

飞秒激光频率梳的出现为研制新型飞秒激光跟踪仪提供了有利工具。为解决飞秒激光跟踪仪中高精度距离测量的问题,研究了飞秒激光光谱分辨干涉原理,使用钛蓝宝石飞秒激光器搭建实验系统对光谱分辨干涉进行实验验证,最后利用快速傅里叶变换方法对实验数据进行处理。实验结果表明:该测量方法可以实现精度为±5μm的距离测量,对新型飞秒激光跟踪仪中的测距研究具有指导意义。     

激光加工在汽车工业生产中的应用

通过在汽车制造中采用激光加工技术的大量应用实例,说明激光加工技术不仅能保证汽车的加工质量,且加工可靠安全,使制造效率提高明显降低了制造成本。     

激光技术在汽车工业中的应用

通过国外汽车公司的一些实例,介绍了汽车工业应用的激光技术,对激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光检测等技术的原理、特点、应用范围作了较为详细的分析,同时对激光技术在国内汽车工业的应用也进行了阐述。指出激光技术能够保证汽车的加工质量,提高生产效率,降低制造成本,适合于在汽车工业推广使用。最后,对激光技术的研究趋势进行了讨论。     

均匀光强分布的5kW半导体激光硬化光源研制

随着半导体激光自身输出功率和转换效率的提升,半导体激光已经广泛的应用于激光加工领域。本文针对目前激光加工领域对半导体激光硬化光源的需求,研制了波长为976nm的连续输出半导体激光硬化光源。该光源采用空间/偏振合束工艺达到了较高的合束效率,采用柱面微透镜阵列分割与聚焦镜复合较好地匀化了巴条激光器慢轴方向固有的光强起伏,使聚焦光斑的光强呈平顶分布。最后对该光源进行了实验装调和测试。结果表明,在工作电流为93A时,光源的最大输出功率为5 120W,电光转换效率达47%,光斑尺寸为2mm×16mm,光斑分布为平顶分布,平整度大于90%,满足工业中对大面积、高效率激光硬化的要求。     

激光器在数字散斑干涉系统中的应用

介绍了在数字散斑干涉系统中经常使用的激光器 :He- Ne激光器、半导体激光器和 LD泵浦的固体激光器 ,总结了这几种激光器在数字散斑干涉系统中的应用原理 ,对比了各自的优缺点 ,并提出了一种新的应用领域——在采用数字散斑干涉技术的机器人口型识别系统中 ,应用微片激光器作为光源 ,对该激光器作了分析介绍 ,讨论了它的特点。     

808nm高亮度半导体激光器光纤耦合器件

针对单个808nm单管半导体激光器输出功率低,采用端面泵浦方式对光纤激光器进行泵浦时受到限制的问题,本文利用空间合束技术制成高亮度半导体激光器光纤耦合模块来提高808nm单管半导体激光器泵浦掺Nd3+双包层光纤激光器的效率。首先,通过微透镜对每个单管半导体激光器进行快慢轴准直;然后,使用反射棱镜对每个激光器发出的光进行空间合束;最后,利用自行设计的扩束系统将合束后的光束进行扩束,聚焦进入光纤,从而极大地提高光纤耦合模块的亮度。实验中将4只连续输出功率为5W的单管半导体激光器发出的光束耦合进芯径为105μm、数值孔径(NA)为0.2的光纤,当工作电流为5.8A时,通过光纤输出的功率为15.22W,耦合效率达到74%,亮度超过1.4MW/cm2.sr。     

全固态589 nm复合腔连续波和频激光器

给出了一种复合腔结构和频激光器,用2台激光二极管阵列(LDA)经过光纤耦合分别单独端面抽运Nd:YVO₄和Nd:YAG晶体,其中Nd:YVO₄和Nd:YAG晶体所选择的能级跃迁分别为⁴F_3/2-⁴I_11/2和⁴F_3/2-⁴I_13/2,其对应激光跃迁波长分别为1 064 nm和1 319 nm,两基频激光束分别在两个子谐振腔中振荡,在其交叠区利用KTP II类临界相位匹配(CPM)进行腔内和频,获得了589 nm的和频激光。当抽运功率为8 W/14 W时获得了340 mW连续波TEM₀₀黄激光输出。光束质量因子M²<1.2,激光输出功率噪声低,4 h功率不稳定度小于±3％。该复合腔结构是实现LDA泵浦589 nm全固态黄光激光器一种有效的和频方法。     

1.1 W内腔和频连续波橙黄光Nd:YVO4激光器

研制了一种由激光二极管阵列端面泵浦的Nd:YVO4晶体腔内双波长和频连续波大功率橙黄光激光器.利用I类临界相位匹配LBO,由1 064 nm和1 342 nm内腔和频获得了593 nm橙黄激光.在12 W注入泵浦功率下,获得了1.1 W的TEM00模和低噪声橙黄激光输出,光光转换效率为9.2%,M2因子＜1.2,4 h功率不稳定度＜±2%.该输出功率是目前腔内和频593 nmNd:YVO4激光器中最高的.     

A Laser Ranging System Using Chaotic Light

A novel laser ranging system using chaotic laser as probe light source is designed and presented.The system is made up of five components:chaotic light source,transmitter,receiver,data acquisition unit and data processing unit.Chaotic light is generated by an 808 nm,500 mW,single-mode laser diode with optical feedback cavity.Single target detection and multi-target detection are experimentally realized by correlating the chaotic reference light and the reflected or backscattered probe light.The performances,including the resolution of 18 cm within at least 130 m range and the sensitivity of-20 dB,are achieved and analyzed.     

新光源半导体激光器

通过对氦氖激光器和半导体激光器的性能比较,把以往用氦氖激光器做光源的部分物理实验改用新光源半导体激光器来实验。     

激光散斑无损检测技术的研究

引入了一种新的无损检测技术一激光散斑无损检测技术。文中首先阐述了激光散斑检测的原理和主要技术参数。着重研究了激光散斑检测技术,并将散斑照相和激光全息照相进行了比较分析。这一先进的光测技术与传统的检测方法相比有不可比拟的优越性,是一种先进和具有发展潜力的光测技术。