激光陀螺反射镜散射检测装置及方法与流程

1.本发明涉及激光陀螺仪生产技术领域，特别涉及一种激光陀螺反射镜散射检测装置及方法。


背景技术：

2.激光陀螺仪(optic gyroscope，og)是一种高精度惯性器件，可根据主要敏感载体相对于惯性空间的角度运动，测量其旋转角速率，在惯性导航、姿态控制、定位导向等运动过程中的核心部件。激光陀螺仪具有动态范围大，耐冲击振动能力强，对与加速度有关的误差不敏感，启动时间短，可靠性高等一系列优点，在航天、航海、航空、制导领域都有广泛的应用。
3.cn109668838b公开了一种可同时检测光学元件表面和亚表面缺陷的装置及方法，包括激光激发装置、激光干涉检测装置、激光散射检测装置、运动平台以及样品台，激光激发装置与激光干涉检测装置采用不同波长的激光；激光干涉检测装置与激光散射检测装置采用相同波长的激光；样品台与运动平台相连，待检测样品置于样品台上；运动平台可带动待检测样品在x、y、z三维空间中运动，对待检测样品表面及亚表面进行扫描检测；所述的激光激发装置包括激发激光器、扫描振镜以及长工作距离显微物镜，激发激光器产生脉冲式激发激光，扫描振镜将所述的激发激光在一个扫描平面内进行角度翻转，并从不同角度入射到长工作距离显微物镜中；所述的激光干涉检测装置包括检测激光器、法布里-珀罗谐振腔、二向色反射镜、干涉光电探测器以及干涉信号采样器；所述检测激光器产生连续检测激光；所述法布里-珀罗谐振腔包括准直透镜、分光棱镜、干涉棱镜、压电陶瓷移相器；干涉光电探测器安装在法布里-珀罗谐振腔的腔壁上，干涉光电探测器的探测面与压电陶瓷移相器的反光镜镜面平行且分布在干涉棱镜两侧；所述检测激光由检测激光器发出后，进入法布里-珀罗谐振腔；分光棱镜将检测激光分为两束，一束为干涉用检测激光，另一束散射用检测激光；干涉用检测激光经干涉棱镜后被分为两束，一束为移相激光，另一束为探测激光；移相激光垂直入射到压电陶瓷移相器上后返回；探测激光由法布里-珀罗谐振腔出射，并经由二向色反射镜反射到待测样品表面；经待测样品表面反射后的探测激光经二向色反射镜反射回到干涉棱镜，并与移相激光发生干涉。
4.由于散射是激光陀螺仪锁区形成的关键，环形的谐振腔内背向散射作用，部分入射光沿原路返回，使得顺时针旋转的光(cw)和逆时针旋转的光(ccw)相互耦合，从而形成锁区。激光陀螺仪中散射主要来源反射镜的非完整性、光学元件本身的散射、气体中尘埃的散射与吸收等，光束在反射镜表面反射时的背向散射对能量耦合有着重要影响，所以对激光陀螺仪背向散射高精度、高效率检测至关重要。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在提出激光陀螺反射镜散射检测装置，由于传统的测量方法采用积分球测量全积分散射，且由于背向散射方向与入射光方向相同，且能量仅为皮瓦级，
探测难度极大，并易受噪声影响。该激光陀螺反射镜散射检测装置采用计算机、ccd工业相机、感光层等，检测数据通过网络实时更新，不仅效率高而且精度高。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
6.激光器，用于产生模拟真实激光陀螺仪中的激光光源；
7.空间滤波器，用于将激光器产生的激光光源的光束进行聚焦，并去除光束空间噪声；
8.扩束镜，用于改变空间滤波器传递的激光光束直径和发散角；
9.反射镜组件，用于反射扩束镜传递的光束以一定的角度δ射入至测试旋转台上的工件样品；
10.感光层，捕捉工件样品表面反射的光束，以形成感光区域；
11.ccd工业相机，用于拍摄感光层受光束感光后的图像数据，并将图像数据发送至图像处理装置；
12.图像处理装置，用于获取图像数据并进行a/d转换，将转换后的数字信号发送至计算机存储计算；
13.计算机，用于存储和计算图像数字信号数据。
14.优选地，所述激光器能够产生的激光频率大于4
×
10
14
hz，小于7
×
10
14
hz。
15.优选地，所述空间滤波器包括采用正态分布的密度函数的高斯滤波器。
16.优选地，所述扩束镜包括能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件，所述透镜组件包括co2激光扩束镜或he-ne激光扩束准直镜。
17.优选地，所述反射镜组件包括仅改变光束角度的平面反射镜组件。
18.优选地，所述感光层包括ccd感光元件。
19.优选地，所述激光器产生的激光光源能够依次通过所述空间滤波器、所述扩束镜、所述反射镜组件、所述感光层。
20.优选地，激光陀螺反射镜散射检测装置还包括测试旋转台、驱动电机，所述测试旋转台旋转中心与所述驱动电机输出轴固定连接，所述工件样品与所述测试旋转台的上端面固定设置。
21.本发明还公开了一种用于实施上述激光陀螺反射镜散射检测装置的方法，所述方法包括：
22.步骤s1，由激光器产生模拟真实激光陀螺仪中相同频率的激光光源，将激光光源的光束通过空间滤波器，采用空间滤波器将光束进行聚焦并去除光束中的空间噪声；
23.步骤s2，由扩束镜将经过空间滤波器聚焦和滤波后的激光光束进行扩束，改变激光光束直径和发散角，再将扩束镜传递的光束传递至反射镜组件；
24.步骤s3，将扩束镜传递的光束以一定的角度δ反射射入至测试旋转台上的工件样品表面，光束在工件样品表面反射后至感光层的感光区域，已形成感光后的图像数据；
25.步骤s4，将ccd工业相机拍摄感光层受光束感光后的图像数据，并将图像数据发送至图像处理装置，图像处理装置将获取的图像数据进行a/d转换，将转换后的数字信号发送至计算机用于存储和计算。
26.优选地，在步骤s3中，所述工件样品固定设置在由驱动电机驱动旋转的测试旋转台上端面，当完成步骤s3后，所述驱动电机驱动所述测试旋转台旋转θ角，获得n组感光后的
图像数据；
27.在步骤s4中，n组感光后的图像数据经过所述ccd工业相机拍摄进入图像处理装置，图像处理装置将n组感光后的图像数据a/d转换后发送至计算机进行图像匹配计算，其中n为大于等于1的自然数。
28.根据本发明实施例的另一方面，提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述的方法。
29.相对于现有技术，本发明提供的激光陀螺反射镜散射检测装置，通过将激光器产生的激光光源经过空间滤波器进行聚焦、去除空间噪声，再采用扩束镜改变激光光束直径和发散角，以一定的角度δ射入至测试旋转台上的工件样品，将激光光束经过反射镜工件样品表面反射的光束进入感光区域，再由ccd工业相机拍摄感光层受光束感光后的图像数据，经过a/d转换后由计算机进行存储和匹配计算，本发明还公开了一种用于实施激光陀螺反射镜散射检测装置的方法，不仅能够实时在线地检测光线经过反射镜工件样品表面反射出激光光束的散射图像情况，且高精度、高效率检测激光光束经过反射镜工件样品表面出现的能量损失，进而可以高精度、高效率地检测反射镜工件样品的质量。
30.本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
31.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
32.图1为本发明的一种实施方式的激光陀螺反射镜散射检测装置的结构示意图；
33.图2为本发明一种实施方式的用于实施激光陀螺反射镜散射检测装置的方法流程图。
具体实施方式
34.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
35.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
36.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
37.为了解决背景技术部分所指出的激光陀螺仪的激光光束在反射镜表面反射时的背向散射对能量耦合有着重要影响，现有技术缺乏对激光光束经过反射镜散射情况的高精
度、高效率检测问题。本发明提供一种激光陀螺反射镜散射检测装置，如图1所示，所述激光陀螺反射镜散射检测装置包括：
38.激光器，用于产生模拟真实激光陀螺仪中的激光光源；
39.空间滤波器，用于将激光器产生的激光光源的光束进行聚焦，并去除光束空间噪声；
40.扩束镜，用于改变空间滤波器传递的激光光束直径和发散角；
41.反射镜组件，用于反射扩束镜传递的光束以一定的角度δ射入至测试旋转台上的工件样品；
42.感光层，捕捉工件样品表面反射的光束，以形成感光区域；
43.ccd工业相机，用于拍摄感光层受光束感光后的图像数据，并将图像数据发送至图像处理装置；
44.图像处理装置，用于获取图像数据并进行a/d转换，将转换后的数字信号发送至计算机存储计算；
45.计算机，用于存储和计算图像数字信号数据。
46.本发明公开的激光陀螺反射镜散射检测装置，将激光器产生的激光光源经过空间滤波器进行聚焦、去除空间噪声，再采用扩束镜改变激光光束直径和发散角，以一定的角度δ射入至测试旋转台上的工件样品，将激光光束经过反射镜工件样品表面反射的光束进入感光区域，再由ccd工业相机拍摄感光层受光束感光后的图像数据，经过a/d转换后由计算机进行存储和匹配计算，不仅能够实时在线地检测光线经过反射镜工件样品表面反射出激光光束的散射图像情况，且高精度、高效率检测激光光束经过反射镜工件样品表面出现的能量损失，进而可以高精度、高效率地检测反射镜工件样品的质量。
47.其中，ccd工业相机为电荷耦合半导体元件(charge-coupled device，ccd)核心部件的工业摄像机，能够把光学影像转化为数字信号的工业摄像机。
48.为了适应不同激光陀螺仪型号不同激光光源频率中的不同反射镜质量的检测，更好地模拟产生不同激光光源频率，从而使得检测的柔性更高，在本发明优选的情况下，所述激光器能够产生的激光频率大于4
×
10
14
hz，小于7
×
10
14
hz。更为优选的情况下，包括多个不同激光光源频率的所述激光器，根据检测的需要，进行自动的切换。
49.为了更好地将激光光束中空间噪声进行滤波，将空间噪声引起的不稳定的高频噪声进行去除，在本发明优选的情况下，所述空间滤波器包括采用正态分布的密度函数的高斯滤波器。为了更好地进行激光光束滤波，所述高斯滤波器包括iggiii和ehuber稳健高斯滤波模型。
50.为了精度更高地对激光光束进行直径和光束调整，所述扩束镜包括能够改变激光光束直径和发散角的透镜组件，所述透镜组件包括可变扩束的扩束镜，更为优选的情况下，采用精度更高的透镜组件，所述透镜组件包括co2激光扩束镜或he-ne激光扩束准直镜。
51.为了精度更高地调整激光光束进入反射镜工件样品的角度，在本发明优选的情况下，所述反射镜组件包括仅改变光束角度的平面反射镜组件。
52.为了更好的将反射的激光光源反射后的放射光进行捕捉和成像，在本发明优选的情况下，所述感光层包括ccd感光元件。
53.为了更好地获得检测过程中的激光光源质量，在本发明优选的情况下，所述激光
器产生的激光光源能够依次通过所述空间滤波器、所述扩束镜、所述反射镜组件、所述感光层。
54.为了更好地多次、自动地检测不同射入角度激光光源在反射镜工件样品产生反射、散射的效果，在本发明优选的情况下，激光陀螺反射镜散射检测装置还包括测试旋转台、驱动电机，所述测试旋转台旋转中心与所述驱动电机输出轴固定连接，所述工件样品与所述测试旋转台的上端面固定设置。为了更为高效率地检测反射、散射效果，更为优选的情况下，当检测完一次后，所述测试旋转台可以旋转一定的角度即可多次进行检测，即可完成对整个端面的某一激光射入点工作区域的加工质量进行全面的检测。
55.本发明还提供了一种用于实施上述的激光陀螺反射镜散射检测装置的方法，如图2所示，所述方法包括：
56.步骤s1，由激光器产生模拟真实激光陀螺仪中相同频率的激光光源，将激光光源的光束通过空间滤波器，采用空间滤波器将光束进行聚焦并去除光束中的空间噪声；
57.步骤s2，由扩束镜将经过空间滤波器聚焦和滤波后的激光光束进行扩束，改变激光光束直径和发散角，再将扩束镜传递的光束传递至反射镜组件；
58.步骤s3，将扩束镜传递的光束以一定的角度δ反射射入至测试旋转台上的工件样品表面，光束在工件样品表面反射后至感光层的感光区域，已形成感光后的图像数据；
59.步骤s4，将ccd工业相机拍摄感光层受光束感光后的图像数据，并将图像数据发送至图像处理装置，图像处理装置将获取的图像数据进行a/d转换，将转换后的数字信号发送至计算机用于存储和计算。
60.本发明公开的用于实施上述激光陀螺反射镜散射检测装置的方法，首先将激光器产生的激光光源经过空间滤波器进行聚焦、去除空间噪声，再采用扩束镜改变激光光束直径和发散角，以一定的角度δ射入至测试旋转台上的工件样品，将激光光束经过反射镜工件样品表面反射的光束进入感光区域，再由ccd工业相机拍摄感光层受光束感光后的图像数据，经过a/d转换后由计算机进行存储和匹配计算，该方法不仅能够实时在线地检测光线经过反射镜工件样品表面反射出激光光束的散射图像情况，且高精度、高效率检测激光光束经过反射镜工件样品表面出现的能量损失，进而可以高精度、高效率地检测反射镜工件样品的质量。
61.其中在该方法和上述装置中，如图1所示，以一定的角度δ射入反射镜工件样品，绝大多数的光源以δ1射出，那么绝大多数的发射后的光线的δ1＝δ，而部分光线δ1≠δ，则即为发生散射的光线。
62.为了多次效率更高地检测反射镜工件样品某一端面多个角度射入激光的反射、散射效果，在本发明优选的情况下，在步骤s3中，所述工件样品固定设置在由驱动电机驱动旋转的测试旋转台上端面，当完成步骤s3后，所述驱动电机驱动所述测试旋转台旋转θ角，获得n组感光后的图像数据；
63.在步骤s4中，n组感光后的图像数据经过所述ccd工业相机拍摄进入图像处理装置，图像处理装置将n组感光后的图像数据a/d转换后发送至计算机进行图像匹配计算，其中n为大于等于1的自然数。
64.本发明实施例提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行上述方法。
65.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
66.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
67.在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
68.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
69.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
70.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
71.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。