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      建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的自平反向二點互調(diào)法的制作方法

      文檔序號:6135899閱讀:361來源:國知局
      專利名稱:建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的自平反向二點互調(diào)法的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及角計量領(lǐng)域,具體地說,涉及一種建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的互調(diào)法。
      在測繪,建筑,工程等領(lǐng)域中水準(zhǔn)儀是一種廣泛應(yīng)用的測量儀器。在水準(zhǔn)儀生產(chǎn),維修和周期檢定、校準(zhǔn)中,都要依據(jù)光學(xué)水平準(zhǔn)線對水準(zhǔn)儀光軸的水平性進(jìn)行標(biāo)定。
      建立水平準(zhǔn)線的技術(shù)基礎(chǔ)有二第一是需要一臺“基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管”,這種光管應(yīng)具有以下特性(1)出射光軸方向可以在鉛垂面內(nèi)連續(xù)精密微調(diào);(2)調(diào)整后能保持出射光軸在鉛垂面內(nèi)高度穩(wěn)定。第二是有一種將基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管的出射光軸線調(diào)整為水平的方法。
      中國專利“精密水準(zhǔn)儀綜合檢驗儀”(專利號92102435·5)提出的“自平自準(zhǔn)直光管”是一種適宜于作為基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管的方案(1)利用光楔折射實現(xiàn)出射光軸在鉛垂面內(nèi)的微調(diào),使調(diào)整平滑穩(wěn)定。光線經(jīng)過光楔將發(fā)生折射偏轉(zhuǎn)。當(dāng)繞光管軸線轉(zhuǎn)動光楔時,出射光束的偏向角將隨之轉(zhuǎn)動。這樣,就改變了出射光軸在鉛垂面內(nèi)的方向δ=icosα式中δ為光線在鉛垂面內(nèi)的折射角;i為光楔折射偏轉(zhuǎn)角;α代表光楔方向與鉛垂方向的夾角。由于這種光管的“自動安平”特性,可以保持出射光在鉛垂面內(nèi)的方向高度穩(wěn)定。即如果整個光管體微量傾斜,懸吊機(jī)構(gòu)會補(bǔ)償這個傾斜,保持出射光軸的鉛垂面內(nèi)的方向不變。但是,因為(1)自平自準(zhǔn)直光管只能保持吊擺組件的重心與懸吊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動中心的連線嚴(yán)格鉛垂,而由于反射鏡兩面不平行,以及吊擺組件加工和材料的不均勻,懸吊機(jī)構(gòu)不能保證反射鏡反射面嚴(yán)格鉛重;(2)分劃板十字線中心不能與準(zhǔn)直透鏡組的后主心絕對重合,因此,自平自準(zhǔn)直光管僅僅為建立水平準(zhǔn)線提供了一種可供選擇的基準(zhǔn)光管,而不能保證其出射光軸水平。所述“精密水準(zhǔn)儀綜合檢驗儀”專利為其自平自準(zhǔn)直光管設(shè)計了折射光楔用于調(diào)整出射光方向,這本身就說明專利申請人已經(jīng)認(rèn)識到該光管出射光軸并不水平,需要調(diào)整。事實上,人們?nèi)匀皇褂脗鹘y(tǒng)的“三點互調(diào)法”調(diào)整自平自準(zhǔn)直光管出射光軸的水平性,以建立水平準(zhǔn)線。
      傳統(tǒng)“三點互調(diào)法”的實施例由“基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管+精密水準(zhǔn)儀+精密準(zhǔn)直光管”或“基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管+自平懸吊反射鏡+精密自準(zhǔn)直光管”三臺儀器組成,其中精密水準(zhǔn)儀或自平懸吊反射鏡作為調(diào)整的中間參考。使用三點互調(diào)法不僅要在三臺儀器之間互調(diào),而且每輪互調(diào)都需要將水準(zhǔn)儀或自平懸吊反射鏡移入移出和重新整平,使調(diào)整費(fèi)時費(fèi)事(參見計量檢定規(guī)程&lt;水準(zhǔn)儀&gt;JJG425-94p10中國計量出版社1994)。
      本發(fā)明的目的是提出一種快速,準(zhǔn)確,經(jīng)濟(jì)地建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的方法。
      本發(fā)明的建立光學(xué)水準(zhǔn)線的自平反向二點互調(diào)法,其調(diào)整系統(tǒng)僅由“基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管”和“自平懸吊平行平面反射鏡”二臺儀器組成。在互調(diào)中“自平懸吊平行平面反射鏡”作為中間參考,按下列步驟建立光學(xué)水平準(zhǔn)線第一步將基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管和自平懸吊平行平面反射鏡放在平臺上相對安置,仔細(xì)整平自平懸吊平行平面反射鏡;第二步從基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管觀測其分劃板被自平懸吊平行平面反射鏡反射回到基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管視場的象,調(diào)整基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管出射光方向,使分劃板十字刻線與其反射象重合(即自準(zhǔn)直);第三步使自平懸吊平行平面反射鏡繞豎直軸轉(zhuǎn)180°,在基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管視場中讀取從自平懸吊平行平面反射鏡反射回的十字線象在鉛垂方向的傾斜角θ;第四步調(diào)整自平懸吊平行平面反射鏡吊擺的重心偏置機(jī)構(gòu),使反射回基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管的十字線象的傾斜角等于θ/2;第五步調(diào)整基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管出射光方向,使其與自平懸吊平行平面反射鏡自準(zhǔn)直;最后重復(fù)上述第三步至第五步,直到自平懸吊平行平面反射鏡轉(zhuǎn)動180°前后均與基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管自準(zhǔn)直(即θ=0)。此時,自平懸吊平行平面反射鏡鏡面鉛直,基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管出射光水平。移出自平懸吊平行平面反射鏡,基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管出射光軸即形成光學(xué)水平準(zhǔn)線。
      本發(fā)明的所述二點互調(diào)法,在制造所述平行平面反射鏡時放寬平行性指標(biāo),然后測量標(biāo)記反射鏡正反兩面楔角方位(即最大不平行方位),以楔角方位成水平將反射鏡安裝到自平懸吊平行平面反射鏡上,以改善兩反射面在鉛垂方向的不平行性。
      本發(fā)明公布的自平反向二點互調(diào)法具有以下優(yōu)點(1)建立水平準(zhǔn)線的方法簡單,調(diào)整方便,只需基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管和自平懸吊平行平面反射鏡兩臺儀器互調(diào),且儀器一次安裝,不需移入移出和反復(fù)整平;(2)由于只用兩臺儀器,占用實驗室面積比三點互調(diào)法小一半;(3)投資少,只需三點互調(diào)法投資的三分之二;(4)使用同等精度的儀器,建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的不確定度比三點互調(diào)法高。下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
      圖1為本發(fā)明建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的自平反向二點互調(diào)法實施例的儀器安置示意圖;圖2為圖1中作為基準(zhǔn)光管的“自平自準(zhǔn)直光管”的原理示意圖;圖3為圖1中“自平懸吊平行平面反射鏡”的結(jié)構(gòu)示意圖;圖4a和圖4b為本發(fā)明建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的自平反向二點互調(diào)法的原理圖;圖5a至圖5d為本發(fā)明建立光學(xué)水平準(zhǔn)線二點互調(diào)法的調(diào)整步驟簡圖。
      從圖1中可以看出,本發(fā)明實施例的儀器由基準(zhǔn)自直光管1和自平懸吊平行平面反射鏡2組成。從圖2中看出,自平自準(zhǔn)直光管的光源10通過分光鏡9照明分劃板8,分劃板十字線中心與準(zhǔn)直透鏡組11的后主心重合,反射鏡6安裝在十字絲懸吊機(jī)構(gòu)7上,整個懸吊系統(tǒng)可以沿精密導(dǎo)軌13移動實現(xiàn)基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1的調(diào)焦,分劃板被反射鏡6成的虛象作為準(zhǔn)直透鏡11的“物”,如果反射鏡6的反射面處于準(zhǔn)直透鏡11的1/2焦距位置,則分劃板8被準(zhǔn)直透鏡11準(zhǔn)直成平行光,經(jīng)過光楔12偏轉(zhuǎn),從基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1的出射孔射出。參見圖3,在自平懸吊平行平面反射鏡2中,包括有精密十字絲懸吊機(jī)構(gòu)4;重心偏置調(diào)整機(jī)構(gòu)5;吊擺組件15;安裝在吊擺上的平行平面反射鏡3;及繞豎軸轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)14。整個吊擺組件(包括反射鏡)可以等效為一個一維擺。由于地心引力作用,在這個吊擺組件的自由轉(zhuǎn)動方向內(nèi),擺的重心與十字懸絲轉(zhuǎn)動中心的連線嚴(yán)格鉛垂(忽略微小殘余效應(yīng))。因此自平懸吊平行平面反射鏡2的反射鏡面“自動安平”如果整個儀器微量傾斜,懸吊機(jī)構(gòu)會補(bǔ)償這個傾斜,保持反射鏡6在鉛垂面內(nèi)的方向不變。在此基礎(chǔ)上,要求反射鏡6具有嚴(yán)格的平面性和兩平面平行性。從圖4中可以看出,在調(diào)整前自平懸吊平行平面反射鏡2的反射面a和b的法線分別與水平面成α角和-α角,將反射鏡6繞豎直軸回轉(zhuǎn)180°,由于其自平性和該反射鏡兩平面平行性,b和a面的法線與水平面夾角-α和α不變。顯然,旋轉(zhuǎn)前a面法線和旋轉(zhuǎn)后b面法線的夾角的角平分線即為水平線。
      下面結(jié)合


      用本發(fā)明的二點互調(diào)法建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的具體實施方法,其步驟如下(1)將基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1和自平懸吊平行平面反射鏡2放在平臺上相對安置,仔細(xì)整平自平懸吊平行平面反射鏡2,見圖1和圖5a;(2)從基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1觀測其分劃板8被自平懸吊平行平面反射鏡2反射回到基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1視場的象,調(diào)整基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1出射光方向,使分劃板8十字刻線與其反射象重合(即自準(zhǔn)直),見圖2和圖5a;(3)使自平懸吊平行平面反射鏡2繞豎直軸轉(zhuǎn)180°,在基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1視場中讀取從自平懸吊平行平面反射鏡2反射回的十字線象在鉛垂方向的傾斜角θ,圖5b;(4)調(diào)整自平懸吊平行平面反射鏡2吊擺的重心偏置機(jī)構(gòu)5,使反射回基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1的十字線象的傾斜角等于θ/2,見圖3和圖5c;(5)調(diào)整基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1出射光方向,使其與自平懸吊平行平面反射鏡2自準(zhǔn)直,見圖5d;(6)重復(fù)上述第三步至第五步,直到自平懸吊平行平面反射鏡2轉(zhuǎn)動180°前后均與基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1自準(zhǔn)直(即θ=0)。此時,自平懸吊平行平面反射鏡2鏡面鉛直,基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管出射光水平。移出自平懸吊平行平面反射鏡2,基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管1出射光軸即形成光學(xué)水平準(zhǔn)線。
      如前所述,常規(guī)的自平懸吊反射鏡沒有要求其反射鏡正反兩面平行。顯然,按上述二點法互調(diào),只能達(dá)到反射鏡的幾何對稱面鉛直。為了實現(xiàn)反射鏡鏡面鉛直,必須要求反射鏡兩反射面在鉛垂方向嚴(yán)格平行。目前的光學(xué)加工工藝水平難以實現(xiàn)對反射鏡正反兩面同時提出平面性和兩面平行性的苛刻要求。但是,二點法僅要求反射鏡沿鉛垂方向的兩面平行性,水平方向的不平行無影響。兩面不平行的反射鏡可以用前文光楔的公式(1)描述δ=icosα(1)只是此時式中符號的意義為i--楔角;δ--楔角在鉛垂方向的投影;α代表光楔方位與鉛垂方向的夾角。由上式,當(dāng)α=90°,即光楔方位水平,楔角在鉛垂方向的投影δ=0。本發(fā)明提出以經(jīng)濟(jì)工藝制造平行平面反射鏡,即在加工時嚴(yán)格要求平面性,放寬對兩面平行性的指標(biāo),然后通過測量標(biāo)記正反兩面的楔角方位(即最大不平行方位),以楔角方位處于水平將反射鏡安裝到自平懸吊平行平面反射鏡上,從而大大減小反射鏡兩平面的沿鉛垂方向的不平行性。這種措施用較經(jīng)濟(jì)的加工工藝滿足了自平懸吊平行平面反射鏡對反射鏡平面性和平行性的嚴(yán)格要求,使二點互調(diào)法得以實際實施。
      權(quán)利要求
      1.一種建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的自平反向二點互調(diào)法,其特征為調(diào)整系統(tǒng)僅由“基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管”和“自平懸吊平行平面反射鏡”二臺儀器組成,在互調(diào)中“自平懸吊平行平面反射鏡作為中間參考,按下列步驟建立光學(xué)水平準(zhǔn)線(1)將基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)和自平懸吊平行平面反射鏡(2)放在平臺上相對,仔細(xì)整平自平懸吊平行平面反射鏡(2);(2)從基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)觀測其分劃板(8)被自平懸吊平行平面反射鏡(2)反射回到基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)視場的象,調(diào)整基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)出射光方向,使分劃板(8)十字刻線與其反射象重合(即自準(zhǔn)直);(3)使自平懸吊平行平面反射鏡(2)繞豎直軸轉(zhuǎn)180°,在基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)視場中讀取從自平懸吊平行平面反射鏡(2)反射回的十字線象在鉛垂方向的傾斜角θ;(4)調(diào)整自平懸吊平行平面反射鏡(2)吊擺的重心偏置機(jī)構(gòu)(5),使反射回基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)的十字線象的傾斜角等于θ/2;(5)調(diào)整基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)出射光方向,使其與自平懸吊平行平面反射鏡(2)自準(zhǔn)直;(6)重復(fù)上述第三步至第五步,直到自平懸吊平行平面反射鏡(2)轉(zhuǎn)動180°前后均與基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)自準(zhǔn)直。此時,自平懸吊平行平面反射鏡(2)鏡面鉛直,基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管出射光水平。移出自平懸吊平行平面反射鏡(2),基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管(1)出射光軸即形成光學(xué)水平準(zhǔn)線。
      全文摘要
      本發(fā)明在角度計量領(lǐng)域公開了一種建立光學(xué)水平準(zhǔn)線的互調(diào)法,在互調(diào)中自平懸吊平行平面反射鏡作為中間參考,從基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管觀測,自平懸吊平行平面反射鏡在繞豎直軸旋轉(zhuǎn)180°前后,其兩個反射面法線夾角的角平分線即為水平線,用基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管和自平懸吊平行平面反射鏡反復(fù)互調(diào)逼近,直到自平懸吊平行平面反射鏡轉(zhuǎn)動180°前后均使基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管自準(zhǔn)直,此時基準(zhǔn)自準(zhǔn)直光管出射光軸即為水平準(zhǔn)線。
      文檔編號G01C25/00GK1224150SQ9810007
      公開日1999年7月28日 申請日期1998年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年1月22日
      發(fā)明者李天初 申請人:中國計量科學(xué)研究院
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