CN104567732A - 卧轴式激光小角度测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量技术，具体公开了一种卧轴式激光小角度测量装置，包括轴系安装台和干涉镜组，轴系安装台上设有正弦臂，正弦臂上设有平面镜，正弦臂的下端设有微动机构，轴系安装台内设有卧轴轴系，干涉镜组包括偏振分光棱镜和三个反射镜，本装置能够实现对水平角小角度进行检测和校准，由于采用正弦臂并设计卧轴轴系，使得正弦臂具有独立回转中心，相关的光学部件关系相对固定，因此保证了装置的稳定性和安装的重复性，从而提高了测量装置的测量准确性，进一步，轴套分别于端盖和固定盘紧固，端盖和固定盘安装在在花岗岩平台上，保证卧轴轴系与平台安装的稳定性。

Description

卧轴式激光小角度测量装置

技术领域

本发明属于测量技术，具体涉及一种角度测量装置。

背景技术

激光干涉测角是一种采用正弦原理，以迈克尔逊干涉法测量小角度的高精度测角方法，测角装置主要由正弦臂，分光镜组，激光干涉***组成。正弦臂相对中心上下两侧对称安装角隅棱镜，两个角隅棱镜中心距离构成了正弦臂的臂长D。当正弦臂绕回转中心旋转角度θ时，激光干涉***测量光程差变化为H，与正弦臂臂长D存在的正弦关系sinθ＝H/D。

目前，国内采用的激光小角度测量装置多数采用正弦臂、分光镜和激光器部件分离结构形式。测量俯仰小角度时，需借助卧式回转轴系完成测角功能，卧式轴系上安装调整光学***繁琐，装置结构不稳定，重复性难以保证，导致测量准确度受安装调整影响较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现±1°范围内俯仰角的准确度测量的卧轴式激光小角度测量装置。

本发明的技术方案如下：

一种卧轴式激光小角度测量装置，它包括轴系安装台和干涉镜组，所述的轴系安装台上设有正弦臂，所述的正弦臂上设有平面镜，所述正弦臂的下端设有微动机构，所述的轴系安装台内设有卧轴轴系；所述的卧轴轴系包括设在主轴和轴套，所述的主轴一端连接工作台，工作台为圆盘状，中心加工有通孔，主轴另一端连接正弦臂，所述轴套两侧分别设有轴系端盖和固定盘，所述的轴系端盖和固定盘均固定在轴系安装台上；所述的干涉镜组包括偏振分光棱镜和三个反射镜，所述的偏振分光棱镜位于轴系安装台的一侧，沿光入射的方向与偏振分光棱镜同一水平方向上设有反射镜A，反射镜A的上方设有反射镜C，偏振分光棱镜下方设有反射镜B，与反射镜C同一水平高度设有上角隅棱镜，与反射镜B同一水平高度设有下角隅棱镜，所述的上角隅棱镜和下角隅棱镜分别安装在正弦臂上下端。

在上述的卧轴式激光小角度测量装置中，所述的微动机构包括安装在滚珠丝杠上的移动平台，所述的移动平台上设有旋转臂和限位块，所述的滚珠丝杠通过联轴节连接步进电机。

在上述的卧轴式激光小角度测量装置中，还包括隔离罩和花岗岩平台，上述轴系安装台和干涉镜组固定在隔离罩内，所述的隔离罩固定在花岗岩平台上，隔离罩的一侧固定设有零位指示器。

在上述的卧轴式激光小角度测量装置中，所述的隔离罩为两层钢板之间夹保温石棉的结构。

在上述的卧轴式激光小角度测量装置中，所述的轴系安装台安装在过渡板上。

在上述的卧轴式激光小角度测量装置中，所述的正弦臂采用镂空加筋的结构，材料选用低膨胀合金钢S4J32A。

在上述的卧轴式激光小角度测量装置中，所述的主轴采用加工材料为GCr15，为阶梯轴形式，所述的轴套采用加工材料为40Gr，为回转体。

本发明的显著效果在于：本装置能够实现对水平角小角度进行检测和校准，由于采用正弦臂并设计卧轴轴系，使得正弦臂具有独立回转中心，相关的光学部件关系相对固定，因此保证了装置的稳定性和安装的重复性，从而提高了测量装置的测量准确性，进一步，轴套分别于端盖和固定盘紧固，端盖和固定盘安装在在花岗岩平台上，保证卧轴轴系与平台安装的稳定性。

另外干涉镜组、偏振分光棱镜以及反射镜和平面镜等光学部件组成光学***采用正弦原理完成线性量和角度量的转化，为装置实现小角度高精度测量提供了保障；

同时，设计花岗岩平台和隔离罩保证***受环境影响最小，保证测量的准确性；设计的微动机构能够实现对轴系微小角度的驱动，保证小角度转动；安装零位指示器，保证***测量零位的指示，每次使用不用反复装调，大大提高装置的测试效率；轴系安装台通过金属过渡板安装在花岗岩平台，最大程度上使整套***的稳定性得到保障；隔离罩采用两层钢板之间夹保温石棉的结构，进一步保证隔离的有效性。

附图说明

图1为本发明的卧轴式激光小角度测量装置示意图；

图2为卧轴轴系示意图；

图3为微动机构示意图；

图中：1.花岗岩平台；2.激光器；3.相位计；4.接收器；5.偏振分光棱镜；6.干涉镜组；7.反射镜A；8.正弦臂；9.上角隅棱镜；10.轴系安装台；11.平面镜；12.隔离罩；13.卧轴轴系；14.微动机构；15.零位指示器；16.轴承；17.主轴；18.工作台；19.轴套；20.轴系端盖；21.过渡板；22.固定盘；23.滚珠丝杠；24.限位块；25.移动平台；26.旋转臂；27.联轴节；28.下角隅棱镜；29.反射镜B；30.反射镜C；31.步进电机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，隔离罩12固定在花岗岩平台1上，在上述隔离罩12内固定安装有轴系安装台10和干涉镜组6。所述的隔离罩12两侧壁上加工有孔。

所述干涉镜组6包括偏振分光棱镜5和三个反射镜，干涉镜组6通过隔离罩12上的孔接收激光器2发出的光。所述的偏振分光棱镜5和反射镜A7依次位于光入射方向，反射镜A7的上方反射方向上安装反射镜C30，偏振分光棱镜5下方分光方向上设有反射镜B29，在反射镜C30的光反射方向上设有上角隅棱镜9，在反射镜B29的光反射方向上安装有下角隅棱镜28。所述的激光器2安装在隔离罩12外部，同时激光器2的下方安装相位计3，相位计3通过接收器4接收上述干涉镜组6反射的光。

所述的轴系安装台10固定安装竖直的正弦臂8，正弦臂8的下端安装微动机构14，轴系安装台10内安装有卧轴轴系13，平面镜11固定安装在正弦臂8上。

上述的上角隅棱镜9和下角隅棱镜28分别安装在正弦臂8上下端。

为了方便仪器使用，实现对装置零位指示作用，在花岗岩平台1上、隔离罩12的一侧固定安装零位指示器15。

如图2所示，卧轴轴系13包括水平固定安装在轴系安装台10内的主轴17，其外部安装有轴承16，轴承16安装轴套19内，轴套19通过螺钉与轴系安装台10固定，在所述的主轴17一端通过螺钉固定安装工作台18，工作台18为圆盘状，中心加工有通孔。主轴17的另一端通过螺钉固定安装正弦臂8。

所述的轴承16为角接触球轴承。所述的主轴17采用加工材料为GCr15，为阶梯轴形式。所述的轴套19采用加工材料为40Gr，为回转体。

利用螺钉将轴系端盖20和固定盘22分别安装在轴套19两侧，端盖20和固定盘22的外圈加工有安装孔，与轴系安装台10两侧螺纹孔位置相匹配，通过螺钉将轴系端盖20和固定盘22固定在轴系安装台10上，实现对整个轴系的固定。轴系安装台10安装在过渡板21上，通过螺钉孔将过渡板21安装在花岗岩平台1，实现轴系安装台10的固定，最大程度上使整套***的稳定性得到保障。

如图3所示，所述的微动机构14包括滚珠丝杠23、限位块24、联轴节27和步进电机31。步进电机31通过联轴节27连接滚珠丝杠23，驱动滚珠丝杠23转动，从而带动滚珠丝杠23上的移动平台25运动。为了保证移动平台25带动旋转臂26转动，正是利用限位块24限定旋转臂26与移动平台25相对关系。

本实施例中，正弦臂8采用镂空加筋的结构，材料选用低膨胀合金钢S4J32A（即铟钢）。干涉镜组6中的偏振分光棱镜5的偏振态激光透射率达到99%以上，反射镜采用微晶玻璃基体，利用金电极溅射镀膜工艺制成平面度达到λ/20的反射面。

工作时，激光器2发射出激光束经干涉镜组6分成两路激光分别射向正弦臂8上下两侧的上角隅棱镜9和下角隅棱镜28，两束激光经角隅棱镜反射后平行原光路返回，并在干涉镜组6的偏振分光棱镜处汇合发生干涉，接收器4对信号采集处理。正弦臂8固定在卧轴轴系13上，卧轴轴系13不转动时，激光器2的示值不发生变化，当微动机构14的步进电机31驱动滚珠丝杠23，带动移动平台25和旋转臂26，从而驱动轴系发生转动，此时由干涉镜组6分出两束激光的光程差发生变化，激光器2的示值也产生变化，得到轴系转动角度。

激光小角度测量装置依照正弦原理工作，因此测量必须从装置零位开始测量，装置零位经过固定的方法可以得到，并且利用零位指示器15进行标示，零位指示器15可以采用光学自准直仪，利于其对安装在轴系上的平面镜11进行准直，当零位调整到位，可以安放光学自准直仪，并对平面镜准直，并固定自准直仪。使用时，旋转轴系到自准直仪准直平面镜的位置即为装置零位，零位复现方法简单快捷，提高工作效率。

Claims (7)

1.一种卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：它包括轴系安装台（10）和干涉镜组（6），所述的轴系安装台（10）上设有正弦臂（8），所述的正弦臂（8）上设有平面镜（11），所述正弦臂（8）的下端设有微动机构（14），所述的轴系安装台（10）内设有卧轴轴系（13）；所述的卧轴轴系（13）包括设在主轴（17）和轴套（19），所述的主轴（17）一端连接工作台（18），工作台（18）为圆盘状，中心加工有通孔，主轴（17）另一端连接正弦臂（8），所述轴套（19）两侧分别设有轴系端盖（20）和固定盘（22），所述的轴系端盖（20）和固定盘（22）均固定在轴系安装台（10）上；所述的干涉镜组（6）包括偏振分光棱镜（5）和三个反射镜，所述的偏振分光棱镜（5）和反射镜A（7）依次位于光入射方向，反射镜A（7）的上方反射方向上设有反射镜C（30），偏振分光棱镜（5）下方分光方向上设有反射镜B（29），在反射镜C（30）的光反射方向上设有上角隅棱镜（9），所述的反射镜B（29）的光反射方向上设有下角隅棱镜（28），所述的上角隅棱镜（9）和下角隅棱镜（28）分别安装在正弦臂（8）上下端。

2.如权利要求1所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的微动机构（14）包括安装在滚珠丝杠（23）上的移动平台（25），所述的移动平台（25）上设有旋转臂（26）和限位块（24），所述的滚珠丝杠（23）通过联轴节（27）连接步进电机（31）。

3.如权利要求1所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：还包括隔离罩（12）和花岗岩平台（1），上述轴系安装台（10）和干涉镜组（6）固定在隔离罩（12）内，所述的隔离罩（12）固定在花岗岩平台（1）上，隔离罩（12）的一侧固定设有零位指示器（15）。

4.如权利要求3所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述隔离罩（12）为两层钢板之间夹保温石棉的结构。

5.如权利要求1所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的轴系安装台（10）安装在过渡板（21）上。

6.如权利要求1所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的正弦臂（8）采用镂空加筋的结构，材料选用低膨胀合金钢S4J32A。

7.如权利要求1所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的主轴（17）采用加工材料为GCr15，为阶梯轴形式，所述的轴套（19）采用加工材料为40Gr，为回转体。