專利名稱：帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)及其測(cè)量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與激光干涉法測(cè)量角度的系統(tǒng)和測(cè)量方法有關(guān)。
技術(shù)背景-激光角度干涉儀主要用于角度測(cè)量，包括回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)等裝置的 精密角度檢測(cè)。傳統(tǒng)激光角度干涉儀原理如圖1。激光頭1發(fā)出的激光在角度干涉儀2中分為兩路，分別指向角度反射鏡3中的 兩個(gè)角偶棱鏡，當(dāng)角度反射鏡從原始位置^轉(zhuǎn)動(dòng)到尸位置時(shí)，對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)角為"，經(jīng)過(guò)兩個(gè)角偶棱鏡的激光光程發(fā)生變化人角度反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度由下式求出^為角度反射鏡常數(shù)，是兩個(gè)角偶棱鏡錐尖的距離。激光角度干涉儀直接得到 光程差^，按照上式計(jì)算顯示角度值。。上述的測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用中存在以下不足1、 測(cè)量范圍小原因是(l)在反正弦函數(shù)中，角度增大時(shí)曲率趨于平緩，測(cè)量 的分辨率降低；(2)隨著測(cè)量角度增大激光束的偏離也加大，當(dāng)測(cè)量角度增大到激 光束脫離角度反射鏡時(shí)，激光角度干涉儀不能正常工作。 一般激光角度干涉儀的量 程小于i/r 。2、 初始零位造成誤差激光角度干涉儀要求在測(cè)量開(kāi)始時(shí)激光束垂直于角度 反射鏡兩個(gè)角偶棱鏡的錐尖連線，在實(shí)際操作時(shí)往往難以實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，^Y為 兩個(gè)角偶棱鏡的錐尖連線，激光束的入射方向與^^不垂直，存在偏角。。，稱"初 始零位誤差"。圖3表示存在初始零位誤差a。時(shí)造成的測(cè)量誤差，理論坐標(biāo)系(沒(méi) 有初始零位誤差的坐標(biāo)系)原點(diǎn)O，初始零位誤差a。對(duì)應(yīng)的激光光程差為么尸arcsinc。，新坐標(biāo)系的原點(diǎn)0'位于理論坐標(biāo)系0的(a。、人)點(diǎn)。此時(shí)如果角度反射鏡 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的光程差為r，在新坐標(biāo)系O'中的對(duì)應(yīng)值為實(shí)際旋轉(zhuǎn)角"'，而按照上式 計(jì)算得到的是在理論坐標(biāo)系0中的值"。，顯然A'-》。為初始零位不準(zhǔn)確造成的測(cè) 量誤差。3、 角度反射鏡常數(shù)力不準(zhǔn)確會(huì)引起較大測(cè)量誤差圖4表示不同角度反射鏡常數(shù)J (對(duì)應(yīng)曲線1和2)對(duì)測(cè)量的影響，由于/1值不同，對(duì)于相同的光程變化^ 得到不同的角度測(cè)量結(jié)果 和^。 將上式微分得<formula>formula see original document page 7</formula>設(shè)/l:J6te/z ,可以計(jì)算在"=70°時(shí)，如果角度反射鏡常數(shù)/I的誤差為 W =ft 7腳，則造成測(cè)量誤差為g^ = 7iY 〃 。加工和裝配精度、使用現(xiàn)場(chǎng)溫度等都會(huì)影響J值的變化，因此在測(cè)量中此項(xiàng)誤 差影響是不可忽視的。綜上述，激光角度干涉儀量程小限制了應(yīng)用范圍，初始零位誤差"。和角度反射 鏡常數(shù)^的誤差是影響測(cè)量精度的重要因素，這是在實(shí)際使用中需要解決的問(wèn)題。 發(fā)明內(nèi)容-本發(fā)明的目的是提供一種量程可擴(kuò)大到任意角度，測(cè)量精度高的帶有標(biāo)準(zhǔn)角度 轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)，激光頭1發(fā)出的激光經(jīng)角度干涉儀2射向角度反射鏡3，角度反射鏡3由兩個(gè)角偶棱鏡組成，當(dāng)角度反射鏡 3旋轉(zhuǎn)時(shí)，由兩個(gè)角偶棱鏡反射回激光頭1的激光產(chǎn)生光程差人角度反射鏡3安 裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4上，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4與心軸9緊配合，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5與心軸9動(dòng)配合，轉(zhuǎn) 臺(tái)上盤(pán)4和轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5之間可以相對(duì)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)定位機(jī)構(gòu)鎖定，鎖定位置由 轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8和轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周的角度標(biāo)志a、 6、 c確 定，s、》、e對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5上三個(gè)鎖定位置，a與6、 6與c之間相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn) 中心心軸9的夾角為e和0， e和0是系統(tǒng)的基準(zhǔn)角度，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5與被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6 連接，激光頭1通過(guò)電箱15與計(jì)算機(jī)16相接，系統(tǒng)的清零、"+ "" — "顯示符 號(hào)設(shè)定和讀數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)完成。用于系統(tǒng)校準(zhǔn)的基準(zhǔn)角度S和0采用下述兩種結(jié)構(gòu)之一產(chǎn)生 結(jié)構(gòu)l:壓簧ll、定位球9安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5有三個(gè)r形角度定 位槽10，相鄰的K形角度定位糟的夾角分別為S和0， e和^是系統(tǒng)的基準(zhǔn)角度， 用自準(zhǔn)直儀和多面體標(biāo)定，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4的側(cè)面圓周設(shè)有一個(gè)角度標(biāo)志8，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán) 5的側(cè)面圓周，三個(gè)K形角度定位槽10的延長(zhǎng)線上設(shè)有標(biāo)志線s、 Z)、 c，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)上 盤(pán)4轉(zhuǎn)動(dòng)到其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周的角度標(biāo)志線a、 6 或c位置時(shí)，定位球9落入K形角度定位槽10，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4與轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5相對(duì)鎖定；結(jié)構(gòu)2:轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4有一個(gè)銷孔14，與其對(duì)應(yīng)在轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5位于同一直徑有三 個(gè)銷孔，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4中心與銷孔14中心連線的延長(zhǎng) 線方向有一個(gè)角度標(biāo)志8，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5中心與三個(gè)銷 孔中心連線的延長(zhǎng)線方向有三個(gè)角度標(biāo)志線a、 6和c，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5的三個(gè)銷孔與轉(zhuǎn) 臺(tái)底盤(pán)中心連線形成的相鄰?qiáng)A角為e和^，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4轉(zhuǎn)動(dòng)到其側(cè)面圓周上的角 度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周的角度標(biāo)志線s、》或c位置時(shí)，插入錐銷12或 彈性定位銷13，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4與轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5相對(duì)鎖定。利用本發(fā)明的測(cè)量方法，包括以下步驟a. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上 d和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4、轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5和角度反射鏡3整體，使角度 反射鏡3的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5與被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6固緊，由計(jì)算機(jī)將 系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時(shí)針?lè)较蚣す饨嵌雀缮鎯x顯示為"+ "，校 準(zhǔn)開(kāi)始；b. 校準(zhǔn)開(kāi)始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5 側(cè)面圓周上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)々；c. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上的 標(biāo)志線c位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)K，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)P、 r和計(jì)算機(jī)已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和^由計(jì)算機(jī)計(jì)算出初始零位 補(bǔ)償角"。、反射鏡常數(shù)力的補(bǔ)償因子r和校準(zhǔn)后的測(cè)量傳遞函數(shù)-由于爿sin 0 —爿sin p - ^ sin or0 一爿sin ^ 爿sin y - J sin aQ上式中《和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計(jì)算機(jī)，正數(shù)?？梢缘玫匠跏剂阄谎a(bǔ)償角sin 6 sin ;k + sin ^ sinan = arcsinsin ^ + sin 6^反射鏡常數(shù)^的補(bǔ)償因子r:sin P — sin ^sin — sm aQsin y — sm根據(jù)初始零位補(bǔ)償角"。和反射鏡常數(shù)力的補(bǔ)償因子r可以得到實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度 "與光程變化^的測(cè)量傳遞函數(shù)，以后的測(cè)量運(yùn)算即按照此函數(shù)進(jìn)行<formula>formula see original document page 9</formula>d. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線6并鎖定，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位 順時(shí)針?lè)较蚣す饨嵌雀缮鎯x顯示為"+ ";e. 測(cè)量開(kāi)始，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角度反射鏡(3)到角度a p 為激光角度千涉儀量程之內(nèi)的任意值，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)尸。，f. 順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角度反 射鏡(3)整體，越過(guò)中間位置6到角度《9為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值， 計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量運(yùn)算記下激光角度干涉儀讀數(shù)g. 反復(fù)過(guò)程e-f，直至被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角 度反射鏡(3)整體旋轉(zhuǎn)到需測(cè)角度，計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量運(yùn)算記下激光角度干涉儀讀 數(shù)&，測(cè)量結(jié)束。連續(xù)測(cè)量運(yùn)算的總角度即被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6的轉(zhuǎn)角Bx為<formula>formula see original document page 9</formula>實(shí)際測(cè)量時(shí)，也可以重復(fù)步驟b、 C多次，計(jì)算激光角度干涉儀的平均讀數(shù)Pf攻和r，，取代單次測(cè)量的P和r，提高系統(tǒng)校準(zhǔn)。 系統(tǒng)測(cè)量方法，依次進(jìn)行如下步驟a.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4,使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上 a和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4、轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5和角度反射鏡3整體，使角度 反射鏡3的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5與被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6固緊，由計(jì)算機(jī)將 系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時(shí)針?lè)较蚣す饨嵌雀缮鎯x顯示為"+ "; b. 校準(zhǔn)開(kāi)始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周 上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)々；c.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4 至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上的標(biāo)志線c位置并鎖定， 計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)r，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)P、 r和計(jì)算機(jī)已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和^由計(jì)算機(jī)計(jì)算出初始零位補(bǔ)償角"。、反射鏡常數(shù)力的補(bǔ)償因子r和校準(zhǔn)后的測(cè)量傳遞函數(shù) 由于<formula>formula see original document page 9</formula>上式中6和^為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計(jì)算機(jī)，正數(shù)?？梢缘玫匠跏剂阄谎a(bǔ)償角sin ^ sin y + sin ^ sin paQ = arcsm反射鏡常數(shù)j的補(bǔ)償因子^sin ^ + sin P sin P — sin -sin — sin "Qsin y — sin a。 根據(jù)初始零位補(bǔ)償角0。和反射鏡常數(shù)j的補(bǔ)償因子r可以得到實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度 ^與光程變化5的測(cè)量傳遞函數(shù)，以后的測(cè)量運(yùn)算即按照此函數(shù)進(jìn)行(3 + arc sin a?！贰?=arcsin+ a0d.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上的 標(biāo)志線6位置并鎖定，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時(shí)針?lè)较?激光角度干涉儀顯示為"+ "; e.逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至-rZ 角度，計(jì)算機(jī) 記下激光角度干涉儀讀數(shù)乂； f.數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4和角度反射 鏡3整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度r，計(jì)算機(jī)記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; g.轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4逆時(shí)針?lè)较蛐?轉(zhuǎn)角度r，計(jì)算機(jī)記下讀數(shù)乂； h.數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4和角度反 射鏡3整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度r記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; L及復(fù)過(guò)程g—h，直至數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)旋 轉(zhuǎn)M『，得到一組數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的測(cè)量數(shù)據(jù)jn和kn。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)各測(cè)量間隔的偏差值為~ =(、 -A)-r本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，工作可靠，擴(kuò)大了激光干涉法測(cè)量角度的量程， 利用轉(zhuǎn)臺(tái)具備的標(biāo)準(zhǔn)角度，在測(cè)量中即時(shí)校準(zhǔn)，提高了測(cè)量精度。本發(fā)明可以應(yīng)用 于任意角度測(cè)量和數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的位置精度的檢測(cè)。


圖1為激光干涉法測(cè)量角度示意圖。圖2為激光干涉法測(cè)量角度的初始零位誤差。圖3為初始零位不準(zhǔn)確產(chǎn)生的測(cè)量誤差。圖4為不同反射鏡常數(shù)對(duì)測(cè)量的影響。圖5為帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)。圖6為圖5的A—A剖視圖。圖7為初始零位補(bǔ)償角"。和反射鏡常數(shù)力的補(bǔ)償因子r的計(jì)算示意圖。 圖8為采用V形角度定位槽和定位球的定位機(jī)構(gòu)。圖9為轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)的V形角度定位槽。 圖IO為采用錐銷的定位機(jī)構(gòu)。 圖11為采用彈性定位銷的定位機(jī)構(gòu)。 圖12為轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)的定位銷孔。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1:帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量任意角度，步驟如 下 '(1)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上a和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4、轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5和角度反射鏡3整體，使 角度反射鏡3的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5與被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6固緊，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時(shí)針?lè)较蚣す饨嵌雀缮鎯x顯示為"+ ";(2)校準(zhǔn)開(kāi)始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)P; (3)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上的標(biāo)志線c位置 并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)r，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)P、 r和計(jì)算機(jī)已存的標(biāo)準(zhǔn)角度《和0由計(jì)算機(jī)計(jì)算出初始零位 補(bǔ)償角o 、反射鏡常數(shù)^的補(bǔ)償因子r和校準(zhǔn)后的測(cè)量傳遞函數(shù)(圖7):由于<formula>formula see original document page 11</formula>上式中e和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計(jì)算機(jī)，正數(shù)。 可以得到初始零位補(bǔ)償角。w<formula>formula see original document page 11</formula>反射鏡常數(shù)力的補(bǔ)償因子L<formula>formula see original document page 11</formula>根據(jù)初始零位補(bǔ)償角"。和反射鏡常數(shù)力的補(bǔ)償因子r可以得到實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度^與光程變化^的測(cè)量傳遞函數(shù)，以后的測(cè)量運(yùn)算即按照此函數(shù)進(jìn)行<formula>formula see original document page 11</formula>
(4)測(cè)量開(kāi)始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周上的標(biāo)志線力并鎖定，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順 時(shí)針?lè)较蚣す饨嵌雀缮鎯x顯示為"+ "，測(cè)量開(kāi)始；(5)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4 和角度反射鏡3到角度^ p為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值，計(jì)算機(jī)記下激 光角度干涉儀讀數(shù)尸。，(6)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán) 4和角度反射鏡3整體，越過(guò)中間位置6到角度f(wàn)t 9為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的 任意值，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)(7)反復(fù)過(guò)程(5) — (6)，直至被 測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4和角度反射鏡3整體旋轉(zhuǎn)到需測(cè)角度，計(jì)算 機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)仏，測(cè)量結(jié)束。連續(xù)測(cè)量的總角度即被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6的轉(zhuǎn)角",為/^Z(qn-p )實(shí)施例2:帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)位置精度， 歩驟如下系統(tǒng)的安裝同圖5，被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6為受檢的數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)，選擇數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)的檢測(cè)間隔 為r， r小于激光角度干涉儀的總量程，具體操作步驟如下步驟(1) 一 (3)同實(shí)施例1，為校準(zhǔn)過(guò)程。測(cè)量從步驟(4)開(kāi)始(4)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5側(cè)面圓周 上的標(biāo)志線6位置并鎖定，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時(shí)針 方向激光角度干涉儀顯示為"+ "; (5)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4至-r/ 角度， 計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)乂； (6)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4和 角度反射鏡3整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度r，計(jì)算機(jī)記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; (7)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)4逆 時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)角度r，計(jì)算機(jī)記下讀數(shù)乂； (8)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)5、轉(zhuǎn)臺(tái)上 盤(pán)4和角度反射鏡3整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度r記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; (9)反復(fù)過(guò)程(7) — (8)， 直至數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，得到一組數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向的測(cè)量數(shù)據(jù)jn和kn。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)各測(cè)量間隔的偏差值為△" = 一厶)—r °
權(quán)利要求
1、帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于激光頭(1)和角度干涉儀(2)位置固定，激光頭(1)發(fā)出的激光經(jīng)角度干涉儀(2)射向角度反射鏡(3)，角度反射鏡(3)由兩個(gè)角偶棱鏡組成，當(dāng)角度反射鏡(3)旋轉(zhuǎn)時(shí)，由兩個(gè)角偶棱鏡反射回激光頭(1)的激光產(chǎn)生光程差，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)算得到旋轉(zhuǎn)角度值，角度反射鏡(3)安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)上，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)與心軸(9)緊配合，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)與心軸(9)動(dòng)配合，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)之間可以相對(duì)同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)定位機(jī)構(gòu)鎖定，鎖定位置由轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)和轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè)面圓周的角度標(biāo)志a、b、c確定，a、b、c對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)上三個(gè)鎖定位置，a與b、b與c之間相對(duì)于轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)中心心軸(9)的夾角為θ和φ，θ和φ是系統(tǒng)的基準(zhǔn)角度，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)與被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)連接，激光頭(1)通過(guò)電箱(15)與計(jì)算機(jī)(16)相接，系統(tǒng)的清零、“+”“-”顯示符號(hào)設(shè)定和讀數(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)完成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于可以利用下述兩種結(jié)構(gòu)之一 產(chǎn)生用于系統(tǒng)校準(zhǔn)的基準(zhǔn)角度e和0:結(jié)構(gòu)l:壓簧(11)、定位球(9)安裝于轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)有三個(gè) 「形角度定位槽(10)，相鄰的K形角度定位糟的夾角分別為S和0， ^和^是系統(tǒng) 的基準(zhǔn)角度，用自準(zhǔn)直儀和多面體標(biāo)定，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)的側(cè)面圓周設(shè)有一個(gè)角度 標(biāo)志(8)，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)的側(cè)面圓周，三個(gè)K形角度定位槽(10)的延長(zhǎng)線上設(shè) 有標(biāo)志線s、 6、 c，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)轉(zhuǎn)動(dòng)到其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn) 臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè)面圓周的角度標(biāo)志線a、力或c位置時(shí)，定位球(9)落入K形角度 定位槽(10)，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)與轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)相對(duì)鎖定；結(jié)構(gòu)2:轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)有一個(gè)銷孔(14)，與其對(duì)應(yīng)在轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)位于同一 直徑有三個(gè)銷孔，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)中心與銷孔(14) 中心連線的延長(zhǎng)線方向有一個(gè)角度標(biāo)志(8)，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn) 臺(tái)底盤(pán)(5)中心與三個(gè)銷孔中心連線的延長(zhǎng)線方向有三個(gè)角度標(biāo)志線a、 6和c, 轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)的三個(gè)銷孔與轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)中心連線形成的相鄰?qiáng)A角為^和0，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái) 上盤(pán)(4)轉(zhuǎn)動(dòng)到其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè)面圓周的角 度標(biāo)志線s、 />或c位置時(shí)，插入錐銷(12)或彈性定位銷(13),轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4) 與轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)相對(duì)鎖定。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的測(cè)量方法，包括以下步驟a. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè) 面圓周上a和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)、轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)和角度反射鏡(3)整體，使角度反射鏡(3)的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)與被 測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)固緊，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位順時(shí)針?lè)较?激光角度干涉儀顯示為"+ "，校準(zhǔn)開(kāi)始；b. 校準(zhǔn)開(kāi)始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向袖臺(tái) 底盤(pán)(5)側(cè)面圓周上的標(biāo)志線a位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)P;c. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線c位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)r,校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)P、 l和計(jì)算機(jī)已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和0由計(jì)算機(jī)計(jì)算出初始零位 補(bǔ)償角"。、反射鏡常數(shù)//的補(bǔ)償因子r和校準(zhǔn)后的測(cè)量傳遞函數(shù) 由于<formula>formula see original document page 3</formula>上式中e和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計(jì)算機(jī)，正數(shù)， 可以得到初始零位補(bǔ)償角"。<formula>formula see original document page 3</formula>反射鏡常數(shù)/I的補(bǔ)償因子r:<formula>formula see original document page 3</formula>根據(jù)初始零位補(bǔ)償角"。和反射鏡常數(shù)^的補(bǔ)償因子r可以得到實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度"與光程變化《的測(cè)量傳遞函數(shù)，以后的測(cè)量運(yùn)算即按照此函數(shù)進(jìn)行<formula>formula see original document page 3</formula>d. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線6并鎖定，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位 順時(shí)針?lè)较蚣す饨嵌雀缮鎯x顯示為"+ "， e. 測(cè)量開(kāi)始，逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角度反射鏡(3)到角度p， ；p 為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值，計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量運(yùn)算記下激光角度干涉儀讀 數(shù)A;f. 順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角度反 射鏡(3)整體，越過(guò)中間位置6到角度< , 9為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值， 計(jì)算機(jī)通過(guò)測(cè)量運(yùn)算記下激光角度干涉儀讀數(shù)ft,g. 反復(fù)過(guò)程e-f，直至被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角 度反射鏡(3)整體旋轉(zhuǎn)到需測(cè)角度，測(cè)量結(jié)束，連續(xù)測(cè)量運(yùn)算的總角度即被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)6的轉(zhuǎn)角^2為<formula>formula see original document page 4</formula>
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述系統(tǒng)的測(cè)量方法，其特征在于可以重復(fù)步驟b、 c多次， 計(jì)算激光角度干涉儀的平均讀數(shù)p賴和取代單次測(cè)量的P和r，提高系統(tǒng)校 準(zhǔn)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)測(cè)量方法，依次進(jìn)行如下步驟a.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè) 面圓周上a和c之間的標(biāo)志線力，調(diào)整轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)、轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)和角度反射鏡 (3)整體，使角度反射鏡(3)的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)與被 測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)固緊，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位順時(shí)針?lè)较?激光角度干涉儀顯示為"+ "; b.校準(zhǔn)開(kāi)始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)至其側(cè)面圓周上的 角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè)面圓周上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下 激光角度干涉儀讀數(shù)P; c.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指 向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè)面圓周上的標(biāo)志線c位置并鎖定，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀 讀數(shù)r，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)P、 r和計(jì)算機(jī)已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和^由計(jì)算機(jī)計(jì)算出初始零位 補(bǔ)償角 、反射鏡常數(shù)力的補(bǔ)償因子r和校準(zhǔn)后的測(cè)量傳遞函數(shù) 由于<formula>formula see original document page 4</formula>上式中^和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計(jì)算機(jī)，正數(shù)， 可以得到初始零位補(bǔ)償角C。<formula>formula see original document page 4</formula>反射鏡常數(shù)^的補(bǔ)償因子<formula>formula see original document page 4</formula>根據(jù)初始零位補(bǔ)償角"c和反射鏡常數(shù)^的補(bǔ)償因子r可以得到實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度 "與光程變化^的測(cè)量傳遞函數(shù)，以后的測(cè)量運(yùn)算即按照此函數(shù)進(jìn)行d.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線力位置并鎖定，由計(jì)算機(jī)將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在 零位順時(shí)針?lè)较蚣す饨嵌雀缮鎯x顯示為"+ "; e.逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)\至 -r/ 角度，計(jì)算機(jī)記下激光角度干涉儀讀數(shù)乂； f.數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連同轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)、轉(zhuǎn) 臺(tái)上盤(pán)(4)和角度反射鏡(3)整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度r，計(jì)算機(jī)記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; g,轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)角度r，計(jì)算機(jī)記下讀數(shù)乂； h.數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)連同轉(zhuǎn)臺(tái) 底盤(pán)(5)、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角度反射鏡(3)整體順時(shí)針旋轉(zhuǎn)角度r記下系統(tǒng)讀數(shù) kn; L.反復(fù)過(guò)程g—h,直至數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)，得到一組數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方 向的測(cè)量數(shù)據(jù)jn和kn。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)各測(cè)量間隔的偏差值為
全文摘要
本發(fā)明為帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺(tái)的激光角度干涉測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量方法。解決已有激光角度干涉儀量程小、初始零位誤差和反射鏡常數(shù)A誤差對(duì)測(cè)量精度有影響的問(wèn)題。激光頭(1)和角度干涉儀(2)位置固定，帶有標(biāo)準(zhǔn)角度的轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)與角度反射鏡(3)連接，激光頭(1)發(fā)出的激光經(jīng)角度干涉儀(2)投向角度反射鏡(3)，轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)與心軸(9)緊配合，轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)與心軸(9)動(dòng)配合，與轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)之間可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)螺栓(7)與被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)連接，測(cè)量時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)連同角度反射鏡(3)，相對(duì)于被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)(6)、轉(zhuǎn)臺(tái)底盤(pán)(5)、轉(zhuǎn)臺(tái)上盤(pán)(4)和角度反射鏡(3)整體以同一角度依次作相反方向轉(zhuǎn)動(dòng)，保證激光束不會(huì)偏離角度反射鏡(3)，連續(xù)讀出每次轉(zhuǎn)動(dòng)后激光角度干涉儀讀數(shù)，通過(guò)運(yùn)算得到任意角度的測(cè)量值。
文檔編號(hào)G01B11/26GK101236076SQ200810044848
公開(kāi)日2008年8月6日 申請(qǐng)日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者李立群, 羨一民, 陽(yáng) 舒, 蔣金志, 易 邱 申請(qǐng)人:成都工具研究所