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專(zhuān)利名稱(chēng)：一種檢驗(yàn)非接觸式測(cè)角系統(tǒng)精度的檢測(cè)臺(tái)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種檢驗(yàn)發(fā)射光管與接 收光管組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)精度的檢測(cè)臺(tái)。
二背景技術(shù)：
在某測(cè)量船上安裝有各種測(cè)量設(shè)備，各設(shè)備間有一定的距離，船 在海上航行時(shí)由于風(fēng)浪的作用、陽(yáng)光對(duì)船不同方向照射及溫差引起的 船體膨脹、收縮導(dǎo)致船體變形，測(cè)量船上各設(shè)備基座間發(fā)生三自由度 的角偏移，這種角偏移對(duì)測(cè)量船上測(cè)量設(shè)備的測(cè)量精度有很大的影 響，需要測(cè)出這種角偏移量加以修正。測(cè)量船上各設(shè)備基座間發(fā)生的 任一 自由度的角偏移量的測(cè)量，是由發(fā)射光管與接收光管組成的非接 觸式測(cè)角系統(tǒng)完成的，也就是在一個(gè)設(shè)備的基座上安裝發(fā)射光管，在 另一個(gè)設(shè)備的基座上安裝接收光管，這兩個(gè)設(shè)備的基座固定在船體 上，基座間有一定的距離，發(fā)射光管發(fā)出的光被接收光管中的CCD接 收，當(dāng)船體變形時(shí)，船上兩設(shè)備基座產(chǎn)生一定的偏移角，CCD的讀數(shù) 發(fā)生變化，從而測(cè)出由于船體變形在兩測(cè)量設(shè)備基座上產(chǎn)生的一個(gè)自 由度的變形角，所謂非接觸式就是發(fā)射光管與接收光管分別安裝在有 一定距離的兩個(gè)測(cè)量設(shè)備上。
發(fā)射光管與接收光管組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)的工作原理發(fā)射 光管是光源發(fā)出的光照射到一通長(zhǎng)窄縫上，經(jīng)過(guò)一套光學(xué)系統(tǒng)發(fā)出平
行光；接收光管接收發(fā)射光管的平行光線，經(jīng)過(guò)一套光學(xué)系統(tǒng)被接收 光管中的CCD接收。發(fā)射光管的平行光落在接收光管的CCD的不同位 置，就可測(cè)出兩光管間的相對(duì)角偏移。這兩種光管需要分別固定在有 一定距離的基座上，只有當(dāng)基座發(fā)生相對(duì)偏移時(shí)才會(huì)有數(shù)值變化。當(dāng) 船體發(fā)生變形時(shí)，發(fā)射光管與接收光管組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)可以 測(cè)量一個(gè)平面內(nèi)發(fā)生的相對(duì)角偏移，而與這個(gè)發(fā)生變形的平面垂直的 平面也會(huì)有變形發(fā)生，這個(gè)垂直平面內(nèi)發(fā)生的角變化用這一對(duì)光管不 能測(cè)出，但這個(gè)垂直平面的變形會(huì)使這對(duì)發(fā)射光管與接收光管在垂直 平面相對(duì)位置發(fā)生變化，這時(shí)發(fā)射光管的長(zhǎng)窄縫的長(zhǎng)度方向的不同位 置會(huì)落在接收光管的CCD上。與本發(fā)明最為接近的已有技術(shù)是中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所研制并 使用的轉(zhuǎn)角檢測(cè)臺(tái)，如圖1所示，包括第一基座1、多齒分度臺(tái)2， 多齒分度臺(tái)2可給出旋轉(zhuǎn)的角度。被測(cè)設(shè)備是發(fā)射光管與接收光管組 成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)，工作原理示意圖如圖2所示，包括第一基座 1、多齒分度臺(tái)2、發(fā)射光管3、第二基座4、接收光管5。將發(fā)射先 管3固定在多齒分度臺(tái)2上，隨多齒分度臺(tái)2同步轉(zhuǎn)動(dòng)，多齒分度臺(tái) 2固定在第一基座1上，接收光管5固定在第二基座4上。接收光管 5與發(fā)射光管3相對(duì)保持一定距離，調(diào)整接收光管5的位置，使發(fā)射 光管3與接收光管5光軸重合，這時(shí)接收光管5中的CCD中讀數(shù)在中 間位置，讀數(shù)為零。轉(zhuǎn)動(dòng)多齒分度臺(tái)2的鼓輪，以多齒分度臺(tái)2鼓輪 的移動(dòng)量為標(biāo)準(zhǔn)值，接收光管5的CCD中讀數(shù)為實(shí)測(cè)值，實(shí)測(cè)值與標(biāo) 準(zhǔn)值的差值就是發(fā)射光管3與接收光管5組成的非接觸式測(cè)量系統(tǒng)的一點(diǎn)的精度，在測(cè)量范圍內(nèi)隨機(jī)測(cè)n個(gè)點(diǎn)，計(jì)算出每一點(diǎn)的精度，求 出每點(diǎn)精度的均方根值就是這個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的精度o ，公式為o式中Xi—任意點(diǎn)的精度；n—測(cè)量點(diǎn)數(shù)； .這樣測(cè)出的精度是發(fā)射光管3中的長(zhǎng)窄縫的中間位置在接收光管 5的CCD上轉(zhuǎn)動(dòng)整個(gè)測(cè)量范圍的精度，相當(dāng)于船體在發(fā)射光管3轉(zhuǎn)動(dòng) 的平面內(nèi)發(fā)生了變形，而在與發(fā)射光管3轉(zhuǎn)動(dòng)的平面的垂直平面沒(méi)有 變形，但實(shí)際上船體在這兩個(gè)方向都會(huì)發(fā)生船體變形，也就是實(shí)際船 體變形會(huì)使發(fā)射光管3中的長(zhǎng)窄縫不只是中間位置會(huì)落在接收光管5 的CCD上，而是發(fā)射光管3的整個(gè)長(zhǎng)窄縫長(zhǎng)度方向任意位置都有可能 落在接收光管5的CCD上，這樣原有的轉(zhuǎn)角檢測(cè)臺(tái)所檢測(cè)出的精度就 不能正確評(píng)價(jià)發(fā)射光管與接收光管組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)的精度。 三、發(fā)明內(nèi)容: ..為了克服已有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于在檢測(cè)發(fā)射光 管3與接收光管5的測(cè)角精度時(shí)，可以檢測(cè)到與被測(cè)平面垂直的平面 內(nèi)發(fā)生變形時(shí)這套非接觸測(cè)角系統(tǒng)的精度，也就是可以檢測(cè)到發(fā)射光 管3的長(zhǎng)窄縫長(zhǎng)度方向任意位置落到接收光管5的CCD上的精度，提 高檢測(cè)數(shù)據(jù)與實(shí)際相符的程度，特設(shè)計(jì)一種檢驗(yàn)發(fā)射光管與接收光管 組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)的檢測(cè)臺(tái)。本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種檢驗(yàn)非接觸式測(cè)角系統(tǒng)精 度的檢測(cè)臺(tái)。解決技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如圖3所示包括第一螺釘6、基座7、第二螺釘8、電機(jī)法蘭盤(pán)9、第三螺釘IO、蓋板ll、電機(jī)12、 第一緊定螺釘13、聯(lián)軸節(jié)14、第二緊定螺釘15、軸角編碼器16、第 四螺釘17、第三緊定螺釘18、反射鏡法蘭盤(pán)19、反射鏡基座20、平 面反射鏡21、壓圈22、彈簧23、調(diào)整螺釘24。電機(jī)12與電機(jī)法蘭 盤(pán)9之間用第三螺釘10固連，電機(jī)法蘭盤(pán)9通過(guò)第一螺釘6固定在 基座7的豎直壁的中間位置，電機(jī)12的軸與軸角編碼器16的軸通過(guò) 聯(lián)軸節(jié)14用第一緊定螺釘13和第二緊定螺釘15同軸相連，反射鏡 法蘭盤(pán)19通過(guò)第三緊定螺釘18與軸角編碼器軸固連，平面反射鏡 21通過(guò)壓圈22與反射鏡基座20固定，反射鏡基座20通過(guò)帶有彈簧 23的調(diào)整螺釘24連接在反射鏡法蘭盤(pán)19上，通過(guò)調(diào)整螺釘24壓緊 或放松彈簧23可以調(diào)整平面反射鏡21與軸角編碼器16的軸的夾角， 蓋板11的兩端分別落在基座7的兩個(gè)豎直壁的上端，并用第二螺釘 8固連。工作原理說(shuō)明發(fā)射光管與接收光管組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)的 測(cè)量原理如圖4所示，用一激光器連接在發(fā)射光管的出光處，用平行 光管監(jiān)測(cè)調(diào)整激光器位置使激光器的激光束與發(fā)射光管3的狹縫中 心重合，這時(shí)激光器的激光束與發(fā)射光管3的平行光束是重合的，調(diào) 整發(fā)射光管位置使激光器發(fā)出的落在平面反射鏡21上的激光點(diǎn)在電 機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)光點(diǎn)不動(dòng)，這時(shí)發(fā)射光管3發(fā)出的光就照在了平面反射 鏡21的旋轉(zhuǎn)中心上，當(dāng)發(fā)射光管3發(fā)出的光落在平面反射鏡21的旋 轉(zhuǎn)中心上時(shí)固定發(fā)射光管3，去掉激光器，發(fā)射光管3發(fā)出的光照射 在平面反射鏡21上，經(jīng)平面反射鏡21反射后被接收光管5的CCD
收，調(diào)整接收光管5的位置使平面反射鏡21隨同電機(jī)12旋轉(zhuǎn)一周， CCD處接收到的信號(hào)略超過(guò)發(fā)射光管與接收光管組成的非接觸式測(cè)角 系統(tǒng)的測(cè)量范圍，固定接收光管5,當(dāng)電機(jī)12通電旋轉(zhuǎn)時(shí)，平面反 射鏡21法線隨同一起旋轉(zhuǎn)，這時(shí)發(fā)射光管3發(fā)出的光照射到平面反 射鏡21后被平面反射鏡21反射到接收光管5的CCD處為旋轉(zhuǎn)的反射 光線，這個(gè)旋轉(zhuǎn)的長(zhǎng)窄縫落在CCD的不同位置，長(zhǎng)窄縫長(zhǎng)度方向的不 同位置均有機(jī)會(huì)落在CCD上，這就模仿了船體變形的情況，在CCD處 輸出周期變化的數(shù)據(jù)，平面反射鏡21旋轉(zhuǎn)一周，CCD處接收到一個(gè) 測(cè)會(huì)的數(shù)據(jù)。在發(fā)射光管3發(fā)出的光被接收光管5的CCD接收這一過(guò)程中，入 射光線不動(dòng)，平面反射鏡21法線以入射光線與平面反射鏡交點(diǎn)為頂 點(diǎn)作圓錐運(yùn)動(dòng)，根據(jù)平面反射鏡特性，入射光線不動(dòng)，法線偏移Y角， 反射光線偏移2 y角，則反射光線以2倍的2 y角為頂角作圓錐運(yùn)動(dòng)， 如圖5所示。圖5為電機(jī)12軸轉(zhuǎn)角也就是軸角編碼器16輸出的轉(zhuǎn)角 與接收光管5的CCD接收到的角變形量的關(guān)系示意圖，a為軸角編碼 器16轉(zhuǎn)過(guò)的角度值，P為接收光管5的CCD應(yīng)輸出的理論值，可由 軸角編碼器輸出值a計(jì)算得到。由圖5得sin2 Ysina/2=sinP/2CCD實(shí)際測(cè)出的值e'與e的差值X產(chǎn)P-P'即為該測(cè)量系統(tǒng)的 各測(cè)點(diǎn)誤差，它的均方根值為變形測(cè)量系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)測(cè)量誤差o，表示 為
本發(fā)明的積極效果與己有技術(shù)比較，本發(fā)明能測(cè)量出發(fā)射光管 與接收光管組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)在A平面內(nèi)發(fā)生角位移的精度，同時(shí)也能測(cè)出與A平面垂直的B平面內(nèi)發(fā)生變形時(shí)在A平面內(nèi)角位移 的精度，這種情形符合船體變形的實(shí)際情況，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)了發(fā)射光管與 接收光管組成的非接觸式測(cè)角系統(tǒng)的精度。四

圖l是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是已有技術(shù)的工作原理說(shuō)明示意圖；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的工作原理說(shuō)明示意圖；圖5是本發(fā)明中當(dāng)平面反射鏡21與軸角編碼器16的軸之間有一 定夾角時(shí)，電機(jī)12帶動(dòng)平面反射鏡21轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，平面反射鏡21的法 線輸出的圓錐曲線示意圖。五具體實(shí)施例方式本發(fā)明按圖3所示的結(jié)構(gòu)實(shí)施。其中，基座7材料為HT250，塞 座的兩個(gè)豎直壁上的兩個(gè)大孔用鏜床一次裝夾加工，加工同軸度不大 于0.01rran;電機(jī)法蘭盤(pán)9材料45號(hào)鋼；蓋板11材料為2A12;電機(jī) 12為外購(gòu)件，型號(hào)為北京眾志恒電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)技術(shù)有限公司生 產(chǎn)的型號(hào)3557K直流微電機(jī)；聯(lián)軸節(jié)14選用長(zhǎng)春第一光學(xué)有限公司 生產(chǎn)的BL-1-10/10型聯(lián)軸節(jié)；軸角編碼器16選用長(zhǎng)春光機(jī)所研制生 產(chǎn)的ZS120型編碼器，分辨率為1 ";反射鏡法蘭盤(pán)19材料為45號(hào) 鋼；反射鏡基座20材料為HT250;平面反射鏡21材料為K9玻璃，
表面鍍金；壓圈22材料為45號(hào)鋼；第一螺釘6、第二螺釘8、第三 螺釘IO、第四螺釘17、調(diào)整螺釘24、第一緊定螺釘13、第二緊定螺 釘15、第三緊定螺釘18選用標(biāo)準(zhǔn)件；彈簧23材料為65Mn。
權(quán)利要求
1、 一種檢驗(yàn)非接觸式測(cè)角系統(tǒng)精度的檢測(cè)臺(tái)，包括基座；其特 征在于還包括第一螺釘(6)、第二螺釘(8)、電機(jī)法蘭盤(pán)(9)、第三 螺釘(IO)、蓋板(ll)、電機(jī)(12)、第一緊定螺釘(13)、聯(lián)軸節(jié)(14)、 第二緊定螺釘(15)、軸角編碼器(16)、第四螺釘(17)、第三緊定 螺釘(18)、反射鏡法蘭盤(pán)(19)、反射鏡基座(20)、平面反射鏡(21)、 壓圈(22)、彈簧(23)、調(diào)整螺釘(24)。電機(jī)(12)與電機(jī)法蘭盤(pán)(9)之間用第三螺釘(10)固連，電機(jī)法蘭盤(pán)(9)通過(guò)第一螺釘(6) 固定在基座(7)的豎直壁的中間位置，電機(jī)(12)的軸與軸角編碼 器(16)的軸通過(guò)聯(lián)軸節(jié)14用第一緊定螺釘(13)和第二緊定螺釘(15)同軸相連，反射鏡法蘭盤(pán)(19)通過(guò)第三緊定螺釘(18)與軸 角編碼器軸固連，平面反射鏡(21)通過(guò)壓圈(22)與反射鏡基座(20) 固定，反射鏡基座(20)通過(guò)帶有彈簧(23)的調(diào)整螺釘(24)連接 在反射鏡法蘭盤(pán)(19)上，通過(guò)調(diào)整螺釘(24)壓緊或放松彈簧(23) 可以調(diào)整平面反射鏡(21)與軸角編碼器(16)的軸的夾角，蓋板(1" 的兩端分別落在基座(7)的兩個(gè)豎直壁的上端，并用第二螺釘(8) 固連。
全文摘要
一種檢驗(yàn)非接觸式測(cè)角系統(tǒng)精度的檢測(cè)臺(tái)，屬于光電測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中涉及的一種檢測(cè)設(shè)備，要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種檢驗(yàn)非接觸式測(cè)角系統(tǒng)精度的檢測(cè)臺(tái)，技術(shù)方案是包括基座、電機(jī)法蘭盤(pán)、蓋板、電機(jī)、聯(lián)軸節(jié)、軸角編碼器、反射鏡法蘭盤(pán)、反射鏡基座、平面反射鏡、壓圈、彈簧、螺釘?shù)炔考ｋ姍C(jī)的軸與軸角編碼器的軸通過(guò)聯(lián)軸節(jié)用第一緊定螺釘和第二緊定螺釘同軸相連，反射鏡法蘭盤(pán)通過(guò)第三緊定螺釘與軸角編碼器軸固連，平面反射鏡通過(guò)壓圈與反射鏡基座固定，反射鏡基座通過(guò)帶有彈簧的調(diào)整螺釘連接在反射鏡法蘭盤(pán)上，通過(guò)調(diào)整螺釘壓緊或放松彈簧可以調(diào)整平面反射鏡與軸角編碼器的軸的夾角。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101144709SQ200710056159
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者萍 于, 于國(guó)權(quán), 尹秀云, 張堯禹, 魁 時(shí), 巖 李, 岷 李 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所