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一種激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)，包括物鏡、分光棱鏡、第一位敏探測(cè)器PSD1以及第二位敏探測(cè)器PSD2，應(yīng)用于激光對(duì)中測(cè)量，涉及同軸度、平面度、直線度的測(cè)量。本與現(xiàn)有技術(shù)相比，改進(jìn)了光路結(jié)構(gòu)，在測(cè)量過程中不需要旋轉(zhuǎn)就可以測(cè)量獲得角偏量和平偏量，減少了操作步驟，降低了操作難度，提高了系統(tǒng)測(cè)量精度，達(dá)到了提高效率的作用，同時(shí)增加了適用范圍。
【專利說明】一種激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及一種激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)，應(yīng)用于激光對(duì)中測(cè)量，涉及同軸度、平 面度、直線度的測(cè)量。

【背景技術(shù)】
[0002] 平面度、直線度是重要的形位公差，在機(jī)械加工等領(lǐng)域是必不可少的測(cè)量量。對(duì)于 激光對(duì)中儀，光斑接收器的功能和準(zhǔn)確度對(duì)軸對(duì)中的精度有著不可忽視的影響。現(xiàn)有可測(cè) 量平偏、角偏的光斑接收系統(tǒng)由單個(gè)PSD (Position Sensitive Detector)及采集、驅(qū)動(dòng)系 統(tǒng)構(gòu)成。激光發(fā)射器和光斑接收器分別固定于主動(dòng)軸和從動(dòng)軸上。以同一角速度和方向轉(zhuǎn) 動(dòng)主動(dòng)軸和從動(dòng)軸時(shí)，激光束在PSD光敏面上的軌跡就會(huì)形成封閉的曲線。在理想對(duì)中情 況下，曲線就會(huì)變?yōu)橐粋€(gè)點(diǎn)。若兩軸僅有平行偏差，則軌跡是一個(gè)圓。在一般情況下（包含 平行偏差和角度偏差），這條軌跡曲線既不是橢圓（圓為特例），更不是點(diǎn)。但可以肯定，該 曲線任一點(diǎn)的坐標(biāo)由兩軸的相對(duì)位置決定。根據(jù)這一特性建立數(shù)學(xué)模型，即可從激光光斑 在PSD上的坐標(biāo)計(jì)算出兩軸的相對(duì)偏差。（引用文獻(xiàn)：龔正烈，程曉曼，徐靜等.單光束LD/ PSD激光對(duì)中測(cè)量?jī)x及其數(shù)學(xué)模型.光電子?激光.2002,13 (4) :378?381)
[0003] 雖然現(xiàn)有的光斑接收系統(tǒng)也能夠測(cè)量角偏和平偏，但是還存在以下缺陷：
[0004] 1、現(xiàn)有對(duì)中測(cè)量系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)軸來測(cè)量角度偏差（角偏）和平行偏差（平偏）。 軸傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)的一種重要方式。軸傳動(dòng)的一個(gè)關(guān)鍵問題就是要實(shí)現(xiàn)軸對(duì)中。機(jī)械軸系 是否對(duì)中對(duì)設(shè)備正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的影響。英國(guó)皇家研宄機(jī)構(gòu)的一份調(diào)查報(bào)告指出， 50%以上的機(jī)器故障都是由于傳動(dòng)設(shè)備聯(lián)軸器不對(duì)中引起的。因此，軸對(duì)中的改善具有重 要意義。
[0005] 2、現(xiàn)有的光斑接收器系統(tǒng)需要通過旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸才能測(cè)量出軸對(duì)中偏差量。對(duì)于難 以旋轉(zhuǎn)軸的情況，如傳動(dòng)軸支撐座偏差的測(cè)量等，該方法將無法使用。另外，對(duì)于一些擴(kuò)展 運(yùn)用，如平面度、直線度的測(cè)量，該方法同樣無法使用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決【背景技術(shù)】中存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)，本 實(shí)用新型的目的是建立一套在測(cè)量過程中不需要旋轉(zhuǎn)就可以測(cè)量獲得角偏量和平偏量，提 高了測(cè)量效率，同時(shí)增加了適用范圍。
[0007] 本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案：
[0008] -種激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)，其特殊之處在于：包括物鏡、分光棱鏡、第一位敏探測(cè) 器PSDl以及第二位敏探測(cè)器PSD2,所述物鏡與分光棱鏡依次沿光路設(shè)置，所述第一位敏探 測(cè)器PSDl位于分光棱鏡的焦面上，所述第二位敏探測(cè)器PSD2位于分光棱鏡焦面后距離t 處以接收透射光束，其中t為第二位敏探測(cè)器PSD2與物鏡焦點(diǎn)的間距。
[0009] 本實(shí)用新型所具有的有益效果：
[0010] 1、這樣的光路系統(tǒng)可一次性完成現(xiàn)有激光對(duì)中系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)一周測(cè)量的工作量。
[0011] 2、本實(shí)用新型研制的光斑接收系統(tǒng)主要由物鏡、分光棱鏡和兩個(gè)位敏探測(cè)器組 成。采用分光棱鏡分光獲得兩路獨(dú)立的光束，利用兩個(gè)位敏探測(cè)器接收被分光棱鏡折射和 透射的兩束獨(dú)立光束，完成光斑位置的采集。
[0012] 3、本實(shí)用新型通過采集激光光束能量中心在位敏探測(cè)器（PSDl和PSD2)位置處的 坐標(biāo)，就能進(jìn)行偏差量的計(jì)算。
[0013] 4、本實(shí)用新型的光斑接收器不會(huì)因?yàn)橄癫疃绊憣?shí)際平偏量的測(cè)定。
[0014] 5、本實(shí)用新型通過平偏量的測(cè)量可得到光線孔徑值，對(duì)PSD采集的光斑圖像計(jì)算 處理，可得到PSD位置處追擊光線坐標(biāo)，再利用查找表便可得出排除像差影響的視場(chǎng)角，也 即是角偏量a'。測(cè)量值介于表中所列值之間時(shí)，采用曲線擬合計(jì)算角偏量。
[0015] 6、由于本實(shí)用新型采用了上述技術(shù)方案，它與現(xiàn)有技術(shù)相比，改進(jìn)了光路結(jié)構(gòu)，減 少了操作步驟，降低了操作難度，提高了系統(tǒng)測(cè)量精度，達(dá)到了提高效率的作用，同時(shí)增加 了適用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本實(shí)用新型激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖2為圖1的光學(xué)等效圖；
[0018] 圖3為本實(shí)用新型接收器的一維原理示意圖；
[0019] 圖4為細(xì)光束模型圖；
[0020] 其中附圖標(biāo)記為：1_物鏡，2-分光棱鏡，3-第一位敏探測(cè)器PSD1，4_第一位敏探 測(cè)器PSD2。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 任意空間直線的位置和方向需要四個(gè)獨(dú)立變量才能完全確定。例如，可選定一個(gè) 垂直于Z軸的X、Y平面作為參考面，那么空間光線可由它與XY面交點(diǎn)的坐標(biāo)（x，y)和光線 對(duì)X、Y軸的方向余弦（Θ，Φ)來完全確定。
[0022] 無疑，對(duì)于需要測(cè)量的一個(gè)軸、孔或直線軌，也需要四個(gè)獨(dú)立變量來完全確定。本 實(shí)用新型中將兩個(gè)位置偏差定義為平偏、兩個(gè)角度偏差定義為角偏。
[0023] 本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)和原理圖如圖1所示，基于分光棱鏡的光斑接收系統(tǒng)主要由物 鏡、分光棱鏡及兩個(gè)位敏探測(cè)器（PSDl和PSD2)組成。激光器發(fā)出的平行光通過物鏡后匯 聚，匯聚光束又被分光棱鏡分成兩束獨(dú)立的光束。其中，第一位敏探測(cè)器（PSDl)位于焦面 上，接收被反射的光束，所獲取光斑位置直接對(duì)應(yīng)角偏量。第二位敏探測(cè)器（PSD2)位于焦 面后距離t處，接收透射的光束，與PSDl所測(cè)得光斑位置相結(jié)合即可得出平偏量。
[0024] 基準(zhǔn)光束經(jīng)過接收物鏡后變?yōu)閰R聚光束，如圖1所示，再由分光棱鏡分為兩束光， 利用位敏探測(cè)器（如PSD)在其中一束光的焦面處和另一束光焦面后t處進(jìn)行光斑采集，并 計(jì)算相應(yīng)光斑位置。
[0025] 為了后續(xù)計(jì)算方便，上述光路可以等效為圖2所示光路。被分光棱鏡分成兩束光 的光路圖等效為圖2中只存在水平方向的一束光，先用PSDl在物鏡后焦面處采集光斑，再 用PSD2在焦面后t處采集光斑圖像。物鏡和分光棱鏡組成的光學(xué)系統(tǒng)由其兩個(gè)主面代替， 由于后續(xù)計(jì)算不涉及兩個(gè)主面之間的光路，因而又可以將兩個(gè)主面合并。
[0026] 實(shí)際測(cè)量的角偏量和平偏量都是二維空間矢量，這二維矢量可分解為兩個(gè)一維偏 差矢量。其中一維如圖3所示，為光學(xué)系統(tǒng)的一個(gè)過光軸的截面（即圖2中X ciOciZ面，X1J2 也在這個(gè)面內(nèi)），圖中的光束為空間光束在此面的投影，通過如下所述的方法，可以得到光 束在Xtl方向的一維平偏量L，角偏量α ;另一維為垂直于該截面的另一截面（即圖2中YciOciZ 面，Yn Y2也在這個(gè)面內(nèi)）。光束在二維空間的偏差量直接通過兩個(gè)平偏量和兩個(gè)角偏量表 不O
[0027] 下面描述一維偏差量的測(cè)量原理：
[0028] 1】角度測(cè)量：
[0029] 利用處于焦面位置處的PSDl所采集的光斑中心位置便可計(jì)算基準(zhǔn)光束對(duì)應(yīng)的主 光線與接受物鏡主光軸夾角α，計(jì)算公式為：

【權(quán)利要求】
1. 一種激光對(duì)中儀接收系統(tǒng)，其特征在于：包括物鏡、分光棱鏡、第一位敏探測(cè)器PSDl W及第二位敏探測(cè)器PSD2,所述物鏡與分光棱鏡依次沿光路設(shè)置，所述第一位敏探測(cè)器 PSD1位于分光棱鏡的焦面上，所述第二位敏探測(cè)器PSD2位于分光棱鏡焦面后距離t處W接 收透射光束，其中t為第二位敏探測(cè)器PSD2與物鏡焦點(diǎn)的間距。
【文檔編號(hào)】G01B11/00GK204228113SQ201420764900
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】吳國(guó)俊, 齊文博, 張毅, 王維, 韋明智 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所