專利名稱：光柵式光電自準(zhǔn)直儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種角度位置檢測裝置，特別是一種光柵式光電自準(zhǔn)直儀。
背景技術(shù)：
在精密測試計量技術(shù)領(lǐng)域，自準(zhǔn)直儀是小角度測量中應(yīng)用最廣、最多的儀器之一。由于它具有較高的準(zhǔn)確度和測量分辨力，而且結(jié)構(gòu)簡單，造價較低，因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的檢測及角度計量器具的檢定。如在角度測量、平板的平面度測量、軸系的角晃動測量、導(dǎo)軌的直線度測量等方面自準(zhǔn)直儀發(fā)揮著重要的作用。
高精度的光電自準(zhǔn)直儀由于其精度高，自動讀數(shù)的優(yōu)點正在成為自準(zhǔn)直儀發(fā)展的主流。目前，高精度光電自準(zhǔn)直儀所用的光電探測器主要有位置敏感探測器PSD、四象限探測器、CCD等。但受探測器接收面的尺寸及電子細(xì)分位數(shù)的限制，這些光電自準(zhǔn)直儀很難做到既有很高的分辨力同時又有很大的測量范圍和動態(tài)測量性能。因而其在使用中受到了許多限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于靜動態(tài)測量，分辨力高且測量范圍大的光柵式光電自準(zhǔn)直儀。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案光柵式光電自準(zhǔn)直儀，其特點在于一種光柵式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于包括有激光光源(1)、標(biāo)尺光柵(2)、分光鏡(3)、準(zhǔn)直物鏡(4)、平面反射鏡(5)、指示光柵(6)、光電接收元件(7)，標(biāo)尺光柵(2)和指示光柵(6)共軛，標(biāo)尺光柵(2)置于物鏡的焦平面上，指示光柵(6)置于物鏡的經(jīng)分光鏡(3)分束后的另一焦平面上，激光光源(1)發(fā)出的光照亮標(biāo)尺光柵(2)，光線經(jīng)準(zhǔn)直物鏡(4)準(zhǔn)直并經(jīng)平面反射鏡(5)反射后成像于指示光柵(6)處，標(biāo)尺光柵(2)的像與指示光柵(6)形成光柵副，通過該光柵副的周期性變化反映被測物的小角度變化量。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖；圖2為本發(fā)明一個光電接收元件的信號輸出圖；圖3為本發(fā)明另一個光電接收元件的信號輸出圖。
具體實施例方式
如圖1所示，包括有激光光源1、標(biāo)尺光柵2、分光鏡3、準(zhǔn)直物鏡4、平面反射鏡5、指示光柵6、光電接收元件7。標(biāo)尺光柵2和指示光柵6均在準(zhǔn)直物鏡4的焦平面上。從激光光源1發(fā)出的光照亮標(biāo)尺光柵2，再經(jīng)準(zhǔn)直物鏡4準(zhǔn)直后照到平面反射鏡5上。經(jīng)平面反射鏡5反射回的光再經(jīng)分光鏡3會聚于指示光柵6處。因此，標(biāo)尺光柵2的像與指示光柵6相疊合而形成莫爾條紋。當(dāng)平面反射鏡5轉(zhuǎn)動一個小角度時，光柵副相對移動產(chǎn)生明暗交替變化的光信號，光電元件7輸出隨光信號變化的電信號，經(jīng)后續(xù)處理電路和A/D采集卡與計算機相連，通過計算機處理程序?qū)墓忾l式莫爾條紋獲得的位置信息轉(zhuǎn)換為角度量，并實時顯示輸出角度變化量。
圖1中，激光光源1采用半導(dǎo)體激光器。標(biāo)尺光柵2和指示光柵6均采用刻線密度為100線/mm的長光柵。光柵條紋采用光閘式莫爾條紋。光電接收元件7采用2個光電二極管并聯(lián)組成，標(biāo)尺光柵2和指示光柵6均放置在準(zhǔn)直物鏡4的焦平面上。
設(shè)準(zhǔn)直物鏡4的焦距為f，標(biāo)尺光柵像移動的距離為S，當(dāng)被測物5轉(zhuǎn)動角度θ時，根據(jù)自準(zhǔn)直原理，有S＝f tan 2θ。
使用這種方法測角，其分辨力取決于準(zhǔn)直物鏡4的焦距f及光柵的位移分辨力；其測量范圍取決于標(biāo)尺光柵2的長度及準(zhǔn)直物鏡4的視場角。目前，光柵位移分辨力很容易達(dá)到0.1μm，若選用焦距f＝500mm準(zhǔn)直物鏡，則其分辨力可達(dá)θ＝1/2*arctan(S/f)＝0.02″。目前標(biāo)尺光柵很容易做到數(shù)百毫米長度(對應(yīng)的角度可以達(dá)到數(shù)十度)，所以測量范圍只受準(zhǔn)直物鏡視場角的限制，因而本發(fā)明既可做到高分辨力又能做到大測量范圍。
另外，由于本發(fā)明的接收元件7是光電二極管，其動態(tài)響應(yīng)時間在幾十納秒，經(jīng)后期電子細(xì)分和軟件細(xì)分提取光柵副的信息處理時間在1微秒以內(nèi)，所以本發(fā)明可用于動態(tài)測試。圖2為cos信號波形，圖3為sin信號波形，該信號均為經(jīng)電路差放后的信號，橫軸為信號采集處理所用時間，縱軸為信號幅值。
本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于靜動態(tài)精度測試，如多面棱體的檢定、編碼器和快速反射鏡動態(tài)測角誤差的測量、平板的平面度測量、角位移傳感器動態(tài)特性的檢測以及光學(xué)平面冷加工件的小角度檢測等。
權(quán)利要求
1.一種光柵式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于包括有激光光源(1)、標(biāo)尺光柵(2)、分光鏡(3)、準(zhǔn)直物鏡(4)、平面反射鏡(5)、指示光柵(6)、光電接收元件(7)，標(biāo)尺光柵(2)和指示光柵(6)共軛，標(biāo)尺光柵(2)置于物鏡的焦平面上，指示光柵(6)置于物鏡的經(jīng)分光鏡(3)分束后的另一焦平面上，激光光源(1)發(fā)出的光照亮標(biāo)尺光柵(2)，光線經(jīng)準(zhǔn)直物鏡(4)準(zhǔn)直并經(jīng)平面反射鏡(5)反射后成像于指示光柵(6)處，標(biāo)尺光柵(2)的像與指示光柵(6)形成光柵副，通過該光柵副的周期性變化反映被測物的小角度變化量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于所述的標(biāo)尺光柵(2)與指示光柵(6)均采用長光柵。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于所述的光電接收元件(7)由兩個光電二極管并聯(lián)組成。
全文摘要
一種光柵式光電自準(zhǔn)直儀，標(biāo)尺光柵(2)和指示光柵(6)共軛，標(biāo)尺光柵(2)置于準(zhǔn)直物鏡(4)的焦平面上，指示光柵(6)置于準(zhǔn)直物鏡(4)的經(jīng)分光鏡(3)分束后的另一焦平面上，激光光源(1)發(fā)出的光照亮標(biāo)尺光柵(2)，光線經(jīng)準(zhǔn)直物鏡(4)準(zhǔn)直并經(jīng)平面反射鏡(5)反射后成像于指示光柵(6)處。標(biāo)尺光柵(2)的像與指示光柵(6)形成光柵副，通過該光柵副的周期性變化所產(chǎn)生的莫爾條紋反映被測物的小角度變化量。本發(fā)明可實現(xiàn)靜動態(tài)角度測試，測量范圍大、分辨力高，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的檢測、角度計量器具的檢定和高頻角晃動的檢測。
文檔編號G01B11/26GK1740742SQ20051008641
公開日2006年3月1日 申請日期2005年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月13日
發(fā)明者張繼友, 范天泉, 曹學(xué)東 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所