專利名稱：基于干涉條紋的準(zhǔn)直方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于干涉條紋的準(zhǔn)直方法，屬于準(zhǔn)直技術(shù)。
背景技術(shù)：
按檢測(cè)原理，激光準(zhǔn)直技術(shù)大致可分為三個(gè)類型光強(qiáng)測(cè)量型，相位測(cè)量型(如雙頻激光干涉法等)，偏振測(cè)量型(如激光旋光準(zhǔn)直儀等)。
以激光束作為準(zhǔn)直參考光線的普通光強(qiáng)型激光準(zhǔn)直儀在生產(chǎn)和生活中得到了廣泛的應(yīng)用。但其對(duì)雜散光敏感，難以克服溫度、空氣擾動(dòng)等影響。激光光源漂移與大氣擾動(dòng)是提高激光準(zhǔn)直精度的主要障礙。雖然出現(xiàn)了多種設(shè)計(jì)方案，如菲涅爾波帶片法、零級(jí)條紋干涉法、零級(jí)衍射同心圓法、不對(duì)稱位相板法、單模光纖法等。這些方法在克服激光漂移及光強(qiáng)不對(duì)稱分布的影響方面起到了良好的效果，然而對(duì)大氣擾動(dòng)的影響仍無(wú)法有效解決。
相位型和偏振型激光準(zhǔn)直儀雖然受空氣擾動(dòng)等影響相對(duì)較小，但其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，測(cè)量距離有限，價(jià)格也較貴。
因此，尋求一種既結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單又能抑制空氣擾動(dòng)等影響的新型準(zhǔn)直儀是十分必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于探索一種利用干涉條紋作為準(zhǔn)直參考光線的新型激光準(zhǔn)直技術(shù)。提供一種基于激光干涉條紋的準(zhǔn)直方法，該方法具有抑制空氣擾動(dòng)等對(duì)測(cè)量的影響、準(zhǔn)直精度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明是一種基于干涉條紋的準(zhǔn)直方法，其特征在于由激光器發(fā)射出的激光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束后照射到楔形光學(xué)平板上，通過(guò)楔形光學(xué)平板上下兩表面的反射作用，將激光分解為兩束相干光束，在兩束平行激光束交叉的范圍內(nèi)便產(chǎn)生若干條平行于楔棱的等厚干涉條紋。調(diào)整條紋發(fā)射裝置，使干涉條紋與光軸垂直且與條紋發(fā)射裝置底座平行；利用光闌選擇兩束激光交叉中心位置的若干條條紋，發(fā)射出去作為準(zhǔn)直測(cè)量的光線基準(zhǔn)。
接收靶置于被測(cè)對(duì)象上，干涉條紋由接收靶上的光電位置傳感器(如CCD圖像傳感器)接收，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并在驅(qū)動(dòng)電路的作用下，將帶有位置信息的電信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后送微處理機(jī)。
微處理機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到相對(duì)于干涉條紋的被測(cè)對(duì)象的位置信息，并將該信息以數(shù)值方式顯示。
如以CCD為光電傳感器測(cè)量直線度時(shí)，接收靶在被測(cè)對(duì)象上移動(dòng)，測(cè)得接收靶在不同測(cè)量點(diǎn)處干涉條紋處于CCD像敏面上的像元位置，便可以利用最小二二乘法或端點(diǎn)連線法計(jì)算出該被測(cè)對(duì)象的直線度誤差。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與干涉條紋同方向的氣流擾動(dòng)對(duì)條紋不起作用，50％以上的氣流擾動(dòng)影響受到抑制，可有效提高準(zhǔn)直測(cè)量精度；使用的準(zhǔn)直儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；測(cè)量的結(jié)果可以與其它計(jì)算機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化處理。


圖1是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的裝置系統(tǒng)框圖。
圖中1-激光器，2-準(zhǔn)直擴(kuò)束，3-楔形平板，4-光闌，5-衰減鏡，6-接收靶，7-光電傳感器，8-干涉條紋，9-被測(cè)導(dǎo)軌。
圖2是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的以CCD為光電傳感器的電路系統(tǒng)框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明使用中心波長(zhǎng)635nm半導(dǎo)體激光器作為光源，經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束之后垂直照射到傾斜45°放置的楔形光學(xué)平板上，由楔形光學(xué)平板上下表面反射后，被分解為兩束交叉光束。在這兩條平行激光束交叉的范圍內(nèi)便產(chǎn)生若干條干涉條紋，利用光闌選擇位于兩束相干光交叉中心位置的三條亮條紋作為準(zhǔn)直測(cè)量的基準(zhǔn)。這一部分稱為激光干涉條紋發(fā)射裝置。
光電接收及處理裝置的組成如下所述。將TCD1501D線陣CCD作為光電轉(zhuǎn)換器件固定在接收靶上，在由EMP7064SLC44-10型CPLD所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)脈沖作用下，CCD將成像于其光敏面上的干涉光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榉从彻鈴?qiáng)的電壓信號(hào)。信號(hào)處理電路對(duì)CCD輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波和二值化處理。在本準(zhǔn)直儀中，采用二階壓控電壓源型切比雪夫低通濾波器來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波，采用電壓比較器LM339進(jìn)行二值化處理。將得到的方波信號(hào)送入AT89C51單片機(jī)的T/C0口，通過(guò)單片機(jī)對(duì)SP脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)來(lái)計(jì)算出中間亮條紋的邊緣在CCD像敏面上的位置。所得結(jié)果可以送到顯示模塊顯示，或通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口送入計(jì)算機(jī)。上述過(guò)程實(shí)現(xiàn)了接收靶在被測(cè)導(dǎo)軌某一測(cè)量點(diǎn)處的測(cè)量信號(hào)的獲取，同理可得接收靶位于各個(gè)不同測(cè)量點(diǎn)處測(cè)量值。對(duì)所有的測(cè)量值采用端點(diǎn)連線法或最小二乘法進(jìn)行計(jì)算，便可以得到該被測(cè)導(dǎo)軌的直線度誤差。
權(quán)利要求
1.一種基于干涉條紋的準(zhǔn)直方法，其特征在于由激光器發(fā)射出的激光束經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束后照射到楔形光學(xué)平板上，通過(guò)楔形光學(xué)平板上下兩表面的反射作用，將激光分解為兩束相干光束，在兩束平行激光束交叉的范圍內(nèi)便產(chǎn)生若干條平行于楔棱的等厚干涉條紋；調(diào)整條紋發(fā)射裝置，使干涉條紋與光軸垂直且與條紋發(fā)射裝置底座平行；利用光闌選擇兩束激光交叉中心位置的若干條條紋，發(fā)射出去作為準(zhǔn)直測(cè)量的光線基準(zhǔn)；接收靶置于被測(cè)對(duì)象上，干涉條紋由接收靶上的光電位置傳感器接收，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并在驅(qū)動(dòng)電路的作用下，將帶有位置信息的電信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理后送微處理機(jī)；微處理機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算處理，得到相對(duì)于干涉條紋的被測(cè)對(duì)象的位置信息，并將該信息以數(shù)值方式顯示；如以CCD為光電傳感器測(cè)量直線度時(shí)，接收靶在被測(cè)對(duì)象上移動(dòng)，測(cè)得接收靶在不同測(cè)量點(diǎn)處干涉條紋處于CCD像敏面上的像元位置，便可以利用最小二乘法或端點(diǎn)連線法計(jì)算出該被測(cè)對(duì)象的直線度誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于干涉條紋的準(zhǔn)直方法，屬于準(zhǔn)直技術(shù)。該方法為經(jīng)準(zhǔn)直擴(kuò)束后的激光束通過(guò)楔形平板的反射被分解為兩束相干光束，產(chǎn)生若干條平行于楔棱的等厚干涉條紋。調(diào)整條紋發(fā)射裝置，使干涉條紋與光軸垂直且與發(fā)射裝置底座平行；利用光闌選擇兩束激光交叉中心位置的若干條條紋作為準(zhǔn)直測(cè)量的光線基準(zhǔn)；該干涉條紋由CCD圖像傳感器接收，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行放大、濾波等處理；經(jīng)單片機(jī)的計(jì)算，得到干涉條紋位于CCD像敏面上的位置，并將該數(shù)值進(jìn)行顯示；以此過(guò)程獲取多點(diǎn)的測(cè)量值，利用最小二乘法或端點(diǎn)連線法計(jì)算被測(cè)對(duì)象的直線度誤差。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有效抑制空氣擾動(dòng)對(duì)測(cè)量的干擾，提高準(zhǔn)直測(cè)量精度；準(zhǔn)直儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1693845SQ200510013509
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月16日
發(fā)明者林玉池, 趙美蓉, 黃銀國(guó), 周欣 申請(qǐng)人:天津大學(xué)