空间多自由度激光定位系统的五维传感器和全息透镜

空间多自由度激光定位系统，除了要有高度稳定的激光束，还必须有灵敏度高、动态性能好的五维传感器，以便对物体在空间的几何位置进行测量，产生较强的电信号，去操纵伺服系统，实现调整自动化。

这里采用的激光全息五维传感器其原理如图4所示。传感器的关键元件是全息透镜，它是由具有平面波前的参考光束和具有球面波前的物光光束在记录介质处叠加，产生干涉条纹而形成的全息照片。当用准直的激光束照射全息透镜时，可以实现原物光光波的再现。这时，全息透镜实质上是一个正弦平面光栅，对入射光产生衍射作用，从而将入射的准直激光束1分成三束光。这三束光分别具有不同的性质。沿原光路传播的光束2，保留了入射准直光束1的性质，与激光准直仪一样，可以探测x和y两个方向上的位移。会聚光束3会聚于点F，在光束1相对于全息透镜平移或滚转（即绕光束中心基准直线旋转）时，该点位置将不变；只有当绕x轴或y轴旋转θ_x或θ_y角时，会聚点F才会上下或左右移动，于是，通过设在F点的探测器可以测出θ_x或θ_y的大小。发散光束4通过渥拉斯顿棱镜又被分成寻常光o和非寻常光e，当光束1滚转时，也即偏振光方向改变时，o光和e光的能量发生变化，探测两光束能量差的变化量，便可实现对滚转角θ_x的测量。因此，利用这三束光的不同性质，就可以进行空间物体五个自由度的测量。这种传感器是非接触式传感器，它输出的信号强、灵敏度高、动态性能好。(www.xing528.com)

图5为整个激光定位系统的照片。它已用于型架自动安装机、天平自动校正台等设备上。