第
25
卷第
5
期
Vo
I.
25
No.5
湖北工业大学学报
Journal
of
Hubei Vniversity
of
Technology
2010
年
10
月
Oct. 2010
[文章编号
J
1003
一
4684(2010)05-0020-03
一种基于恒光程的二维小角度测量系统
于永志龚发云
1
,
2
王选择1,
3
o
湖北工业大学机械工程学院,湖北武汉
430068;
2
华中科技大学机械科学与工程学院,湖北武汉
430074;
3
湖北省现代制造质量工程重点实验室,湖北武汉
430068)
[摘
要]大多数光电臼准直仪在非恒光程的精密测量中,光电接收器件所接收到的光斑形状随接收位置的变化而
变化,导致信号接收误差,设计了→种新型的光路系统,以保持激光束光路的光程恒定,使接收光斑形状的稳定.采
用这种系统实现二维小角度的测量,可实现对阿贝误差的实时动态补偿.
[关键词]恒光程;光斑形状;二维小角度;阿贝误差;实时动态补偿
[中图分类号
JTH74
1.
2
二维小角度的测量目前主要采用自准直法,但
这种方法采用的光路系统大部分为变光程结构(图
1).即在测量过程中,随着被测物的左右移动,反射
镜和接收器件间的光程是变化的,又由于激光发散
角的影响,造成远近光束直径发生变化,进而导致了
传统的自准直精度受光斑形状、光斑质量密度等因
素的影响很大.本文设计了一种新型的光路系统,该
系统保持光路的光程恒定,避免激光发散角的影响,
并使用高灵敏度的光电接受器件作为检测元件,相
比于传统的测量系统,在测量精度及稳定性方面有
了很大提高.
巳
3
接受器件
中透镜
tfff
囚一百
被测物体
分光棱镜
图
1
传统自准直系统原理图
1
恒光程光路系统
1.
1
恒光程光路系统原理
笔者结合自准直系统的研究,设计了如图
2
所
示恒定光程的光路系统[1]整个系统只有二条光路,
光电接收器件位于准直物镜的焦平面上,由半导体
激光器发出的准直光线经两个棱镜反射,通过准直
[收稿日期
J
2010-03
•
21
[基金项目]国家自然科学基金。
0605018)
[文献标识码
J:
A
物镜后其光斑成像在光电接收器件的光敏面上.此
系统核心部分由两个相对位置保持不变的直角棱镜
组成,并由专门夹具装夹在一起,这里本文称之为误
差敏感单元.误差敏感单元安装在被测物体上,随被
测物体同步运动.激光器和光电接受器件分别固定
于误差敏感单元的两侧,其间距离保持恒定,因此在
测量过程中,光从激光器发出到被接收,系统光路的
光程是恒定的.
y
x
1
半导体激光器
2
一直角棱镜
3
一直角棱镜;
4
一准直物镜
;5
一光电接收器件
图
2
恒光程系统原理示意图
两个棱镜的空间位置布置如图
3
所示,直角面
A
1
C
1
F
1
矶和
A
2
C
2
F
2
D
2
互相平行,面
A
1
B
1
C
1
与面
A
2
C
2
F
2
D
2
垂直且过边
D
2
丑的中点,面
D
2
E
2
F
2
过
边
A
1
C
1
的中点.保证光束经四次反射后能继续沿着
初始光线的方向顺利被光电接收器件接收.
根据图
2
建立空间直角坐标系.为了简化计算,
假设棱镜组在坐标空间中是固定不动的,让基准光
线,即初始人射光线分别绕
z
轴和
Z
轴逆时针旋转
一个小角度.
[作者简介]于永志
0982
一)
,男,河北廊坊人,湖北工业大学硕士研究生,研究方向为机械制造及自动化