运用半光斑成像原理研制出一种新型的半光斑成像非接触激光瞄准测头,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并对该测头重复性瞄准触发精度、不同光学特征表面的灵敏度特性进行了实验研究。实验结果表明该测头重复性瞄准测量不确定度在1μm以内,测量灵敏度可达30--60 mV/μm,测量角度在不增加辅助措施的前提下可以达45°,综合性能达到传统三角法光学测头的性能。该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合其他测长仪器可以实现自由曲面的快速、精确测量,具有广泛的应用前景和较强的实用价值。

建立了光束质量控制的数学模型，提出了一种可定量评价光束质量的参数优化选择方法。针对激光测头进行了两片式光束质量控制光学系统的优化设计，并与光束聚焦控制、准直控制方法进行对比实验。激光结果证明：该优化光束控制系统在测量范围内既保持了光束的均匀性，光斑尺寸较小（光腰尺寸为34um），又保证了光束的精细度，有效地抑制了光束质量引入的测量误差，在±5mm测量范围内，其均方根误差仅为6．3um，测量精度明显优于聚焦控制和准直控制系统。