專(zhuān)利名稱(chēng)：基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種自準(zhǔn)直儀，特別涉及ー種基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀。
背景技術(shù)：
自準(zhǔn)直儀是利用光學(xué)自準(zhǔn)直原理，用于小角度測(cè)量或可轉(zhuǎn)換為小角度測(cè)量的一種常用計(jì)量測(cè)試儀器。它在實(shí)現(xiàn)小角度的多維、非接觸測(cè)量中具有獨(dú)特的優(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)、機(jī)械軸系的晃動(dòng)及精密導(dǎo)軌的直線(xiàn)度檢測(cè)等精密測(cè)量中。根據(jù)圖1，自準(zhǔn)直儀工作原理如下光源發(fā)出的光束經(jīng)聚光鏡均勻照明位于物鏡 的焦平面上的十字分劃板上，十字形刻線(xiàn)經(jīng)分光鏡、物鏡和反射鏡后，光線(xiàn)返回經(jīng)物鏡和分光鏡，十字形刻線(xiàn)成像在面陣CCD器件上，面陣CCD器件放置在物鏡的焦平面上。根據(jù)圖2，當(dāng)反射鏡F有微小的角度Θ變化時(shí)，入射光線(xiàn)和反射光線(xiàn)夾角改變2Θ，因此像O'相對(duì)于反射鏡垂直于光軸時(shí)的像O有d的位移量，這時(shí)位移量與反射鏡偏角Θ之間的關(guān)系d = f · tan (2 Θ )(I)其中，f為準(zhǔn)直物鏡的焦距，在該試驗(yàn)中f = 860mm。因被測(cè)角很小，式(I)可簡(jiǎn)化為d = f · 2 Θ ;亦即 Θ = d/2f(2)在ニ維的情況下，需要同時(shí)考慮像O'相對(duì)于反射鏡垂直于光軸時(shí)的像O的水平方向位移量X和垂直方向位移量y。通過(guò)測(cè)量ニ維位移即可得到反射鏡的ニ維偏轉(zhuǎn)角θχ，
0y°目前自準(zhǔn)直儀技術(shù)發(fā)展主要集中在如何提高測(cè)量范圍，如何提高測(cè)量精度，如何提高測(cè)量距離等方面。目前自準(zhǔn)直儀最大測(cè)量距離一般在30m以?xún)?nèi)，測(cè)量不確定度在O. 5"至3"左右。隨著測(cè)量距離的増加，測(cè)量環(huán)境波動(dòng)直接影響測(cè)量精度，導(dǎo)致測(cè)量不確定度增大，本發(fā)明主要解決提高測(cè)量距離，減少環(huán)境波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響，提高自準(zhǔn)直儀的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決目前的自準(zhǔn)直儀測(cè)量精度不高的問(wèn)題，提出了一種基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀。本發(fā)明的一種基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，它包括激光器、起偏器、聚光鏡、針孔、分光鏡、偏振分光鏡、準(zhǔn)直鏡、λ /4波片、平面反射鏡、角錐棱鏡、第一面陣CCD和第二面陣 CCD ；在激光器發(fā)射的光的光軸上依次設(shè)置起偏器、聚光鏡、針孔和分光鏡，激光器發(fā)射的激光束經(jīng)起偏器透射之后入射至聚光鏡，經(jīng)聚光鏡聚焦至針孔，透過(guò)針孔之后的光束入射至分光鏡，經(jīng)分光鏡反射之后的光束入射至偏振分光鏡，經(jīng)偏振分光鏡透射的光束入射至準(zhǔn)直鏡，經(jīng)準(zhǔn)直鏡透射的光束入射至平面反射鏡和λ/4波片，經(jīng)λ/4波片透射的光束入射至角錐棱鏡，經(jīng)平面反射鏡反射的光束沿入射光路返回并入射至偏振分光鏡；經(jīng)偏振分光鏡透射至分光鏡，經(jīng)分光鏡透射的光束入射至第一面陣CXD的光敏面；入射至角錐棱鏡的光束反射后沿入射光路返回，順次經(jīng)λ /4波片和經(jīng)準(zhǔn)直鏡透射后入射至偏振分光鏡，經(jīng)偏振分光鏡反射之后的光束入射至第二面陣CCD的光敏面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在干第二面陣(XD2上圖像作為基準(zhǔn)圖像，此光路與第一面陣CXDl上的光路環(huán)境相同，通過(guò)對(duì)兩路光的圖像進(jìn)行差分計(jì)算，可以消除由于光路擾動(dòng)引入的誤差。本發(fā)明的自準(zhǔn)直儀在測(cè)量距離在30m以?xún)?nèi)，測(cè)量不確定度在0.1"左右，提高了測(cè)量精度。本發(fā)明適用于較大測(cè)量距離的光路的應(yīng)用。


圖I為現(xiàn)有自準(zhǔn)直系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖，圖中A為光源，B為聚光鏡，C為十字線(xiàn)分劃板，D為分光鏡，E為物鏡，F(xiàn)為反射鏡。圖2為現(xiàn)有測(cè)量系統(tǒng)的光路圖，圖中，M為反射鏡，P為物鏡，Q為焦平面。圖3為本發(fā)明所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖3說(shuō)明本實(shí)施方式，本發(fā)明的一種基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，它包括激光器I、起偏器2、聚光鏡3、針孔4、分光鏡5、偏振分光鏡6、準(zhǔn)直鏡7、入/4波片8、平面反射鏡9、角錐棱鏡10、第一面陣CXD 11和第二面陣CXD 12;在激光器I發(fā)射的光的光軸上依次設(shè)置起偏器2、聚光鏡3、針孔4和分光鏡5,激光器I發(fā)射的激光束經(jīng)起偏器2透射之后入射至聚光鏡3，經(jīng)聚光鏡3聚焦至針孔4，透過(guò)針孔4之后的光束入射至分光鏡5,經(jīng)分光鏡5反射之后的光束入射至偏振分光鏡6,經(jīng)偏振分光鏡6透射的光束入射至準(zhǔn)直鏡7，經(jīng)準(zhǔn)直鏡7透射的光束入射至平面反射鏡9和λ /4波片8，經(jīng)λ /4波片8透射的光束入射至角錐棱鏡10，經(jīng)平面反射鏡9反射的光束沿入射光路返回并入射至偏振分光鏡6 ;經(jīng)偏振分光鏡6透射至分光鏡5，經(jīng)分光鏡5透射的光束入射至第一面陣CXD 11的光敏面；入射至角錐棱鏡10的光束反射后沿入射光路返回，順次經(jīng)λ /4波片8和經(jīng)準(zhǔn)直鏡7透射后入射至偏振分光鏡6，經(jīng)偏振分光鏡6反射之后的光束入射至第二面陣CXD 12的光敏面。本實(shí)施例中角錐棱鏡10垂直反射的光經(jīng)λ /4波片8到達(dá)偏振分光鏡6，兩次經(jīng)過(guò)λ/4波片8與偏振分光鏡6配合，反射到第二面陣(XD2上。而由平面反射鏡9反射的光直接透過(guò)偏振分光鏡6照在第一面陣(XDl上。第二面陣(XD2上圖像作為基準(zhǔn)圖像，此光路與第一面陣CXDl上的光路環(huán)境相同，通過(guò)對(duì)兩路光的圖像進(jìn)行差分計(jì)算，可以消除由于光路擾動(dòng)引入的誤差。
具體實(shí)施方式
ニ 本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的進(jìn)ー步說(shuō)明，角錐棱鏡10設(shè)置在準(zhǔn)直鏡7的光軸上，角錐棱鏡10的反射面與平面反射鏡9的反射面位于同一平面上，且固定連接，角錐棱鏡10能夠沿準(zhǔn)直鏡7的光軸做ー維直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。這樣角錐棱鏡10可以隨著平面反射鏡9 一起運(yùn)動(dòng)。
具體實(shí)施方式
三本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
ニ所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的進(jìn)ー步說(shuō)明，角錐棱鏡10的移動(dòng)范圍為O至80米。角錐棱鏡10和平面反射鏡9是固定連接的，所以角錐棱鏡10帶著平面反射鏡9和被測(cè)目標(biāo)一起運(yùn)動(dòng)。
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具體實(shí)施方式
四本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的進(jìn)ー步說(shuō)明，角錐棱鏡10和平面反射鏡9的分光比為I : I或I : 2。
具體實(shí)施方式
五本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的進(jìn)ー步說(shuō)明，分光鏡5的分光比為I : I。
具體實(shí)施方式
六本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的進(jìn)ー步說(shuō)明，起偏器2的偏正角與偏振分光鏡6相匹配。
具體實(shí)施方式
七本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式
一所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的進(jìn)ー步說(shuō)明，激光器I發(fā)射的光的波長(zhǎng)、起偏器2透射的光的波長(zhǎng)、分光鏡5反射的光的波長(zhǎng)、偏振分光鏡6反射的光的波長(zhǎng)和角錐棱鏡10反射的光的波長(zhǎng)均為525納米。本發(fā)明所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀的結(jié)構(gòu)不局限于上述各個(gè)實(shí)施例所述的具體結(jié)構(gòu)，還可以是上述各實(shí)施方式所述的技術(shù)特征的合理組合。
權(quán)利要求
1.一種基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，其特征在于，它包括激光器(I)、起偏器(2)、聚光鏡(3)、針孔(4)、分光鏡(5)、偏振分光鏡(6)、準(zhǔn)直鏡(7)、入/4波片(8)、平面反射鏡(9)、角錐棱鏡(10)、第一面陣CCD(Il)和第二面陣CCD(12)； 在激光器⑴發(fā)射的光的光軸上依次設(shè)置起偏器(2)、聚光鏡(3)、針孔⑷和分光鏡(5)，激光器(I)發(fā)射的激光束經(jīng)起偏器(2)透射之后入射至聚光鏡(3)，經(jīng)聚光鏡(3)聚焦至針孔(4)，透過(guò)針孔(4)之后的光束入射至分光鏡(5)，經(jīng)分光鏡(5)反射之后的光束入射至偏振分光鏡出)，經(jīng)偏振分光鏡(6)透射的光束入射至準(zhǔn)直鏡(7)，經(jīng)準(zhǔn)直鏡(7)透射的光束入射至平面反射鏡(9)和X/4波片(8)，經(jīng)X/4波片(8)透射的光束入射至角錐棱鏡(10)， 經(jīng)平面反射鏡(9)反射的光束沿入射光路返回并入射至偏振分光鏡￠);經(jīng)偏振分光鏡(6)透射至分光鏡(5)，經(jīng)分光鏡(5)透射的光束入射至第一面陣CCD(Il)的光敏面； 入射至角錐棱鏡(10)的光束反射后沿入射光路返回，順次經(jīng)人/4波片(8)和經(jīng)準(zhǔn)直鏡(7)透射后入射至偏振分光鏡￠)，經(jīng)偏振分光鏡(6)反射之后的光束入射至第二面陣CXD (12)的光敏面。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，其特征在于，角錐棱鏡(10)設(shè)置在準(zhǔn)直鏡(7)的光軸上，角錐棱鏡(10)的反射面與平面反射鏡(9)的反射面位于同一平面上，且固定連接，角錐棱鏡(10)能夠沿準(zhǔn)直鏡(7)的光軸做一維直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，其特征在于，角錐棱鏡(10)的移動(dòng)范圍為0至80米。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，其特征在于，角錐棱鏡(10)和平面反射鏡(9)的分光比為I : I或I : 2。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，其特征在于，分光鏡(5)的分光比為1:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，其特征在于，起偏器(2)的偏正角與偏振分光鏡(6)相匹配。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，其特征在于，激光器(I)發(fā)射的光的波長(zhǎng)、起偏器(2)透射的光的波長(zhǎng)、分光鏡(5)反射的光的波長(zhǎng)、偏振分光鏡(6)反射的光的波長(zhǎng)和角錐棱鏡(10)反射的光的波長(zhǎng)均為525納米。
全文摘要
基于差動(dòng)比較原理的自準(zhǔn)直儀，涉及一種自準(zhǔn)直儀。為了解決目前自準(zhǔn)直儀測(cè)量精度不高的問(wèn)題。在激光器發(fā)射的光的光軸上依次設(shè)置起偏器、聚光鏡、針孔和分光鏡，激光器發(fā)射的激光束經(jīng)起偏器透射之后入射至聚光鏡，經(jīng)聚光鏡聚焦至針孔，透過(guò)針孔之后的光入射至分光鏡，經(jīng)分光鏡反射之后的光入射至偏振分光鏡，經(jīng)偏振分光鏡透射的光束入射至準(zhǔn)直鏡，經(jīng)準(zhǔn)直鏡透射的光束入射至平面反射鏡和λ/4波片，經(jīng)λ/4波片透射的光束入射至角錐棱鏡，經(jīng)平面反射鏡反射的光束沿入射光路返回并入射至第一面陣CCD光敏面；入射至角錐棱鏡的光束反射后沿入射光路返回，入射至偏振分光鏡，經(jīng)偏振分光鏡反射之后的光束入射至第二面陣CCD的光敏面。本發(fā)明作為自準(zhǔn)直儀。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102679912SQ20121016369
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月24日
發(fā)明者劉國(guó)棟, 劉炳國(guó), 莊志濤, 楊智勇, 陳鳳東 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)