專利名稱：一種基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置，屬于光學(xué)非接觸的微角度測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
角度測(cè)量是幾何量計(jì)量技術(shù)的重要組成部分，微角度測(cè)量在精密加工、微機(jī)電系統(tǒng)、在線檢測(cè)、軍事、航空航海以及通訊等許多領(lǐng)域都具有極其重要的作用。光學(xué)測(cè)角法由于具有非接觸、高準(zhǔn)確度和高靈敏度的特點(diǎn)而備受人們重視，尤其是穩(wěn)定的激光光源的發(fā)展使工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量成為可能，因此光學(xué)測(cè)角法的應(yīng)用越來(lái)越廣。目前常用的光學(xué)微角度測(cè)量方法主要有光學(xué)自準(zhǔn)直法、光學(xué)內(nèi)反射法、激光干涉法、環(huán)形激光法等。這些測(cè)量方法中尤其以激光干涉測(cè)角技術(shù)為主，該方法的最大優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，微小角度測(cè)量已經(jīng)達(dá)到了極高的準(zhǔn)確度。目前應(yīng)用比較廣泛的微角度測(cè)量?jī)x器如激光干涉儀或自準(zhǔn)直儀，雖然能提供較高的測(cè)量精度，但基于此設(shè)計(jì)的測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、體積較大，大部分只能進(jìn)行一維測(cè)量，要實(shí)現(xiàn)二維角度的測(cè)量，就需要兩套測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合，其結(jié)果是系統(tǒng)更加龐大，因而在工業(yè)實(shí)際應(yīng)用中具有較大的局限性，特別是很難與精密平臺(tái)結(jié)合用于在線測(cè)量。因此，開發(fā)體積小、測(cè)量精度和分辨率高、穩(wěn)定性好的非接觸式二維微角度測(cè)量裝置以適應(yīng)在線實(shí)時(shí)測(cè)量的要求十分必要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)
量裝置?；诩す庾詼?zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置包括半導(dǎo)體激光器、偏振分光棱鏡、1/4波片、透鏡、被測(cè)物體或反光鏡、四象限光電探測(cè)器、底座、信號(hào)處理器；在底座上固定有半導(dǎo)體激光器、偏振分光棱鏡、1/4波片、透鏡、四象限光電探測(cè)器，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束經(jīng)偏振分光棱鏡后分為兩束，其中一束光入射在被測(cè)物體表面，反射光經(jīng)偏振分光棱鏡后由四象限光電探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)化為四路電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理器的I-V轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器后，在計(jì)算機(jī)中完成信號(hào)分析并顯示。所述的透鏡是短焦距透鏡。所述的四象限光電探測(cè)器采用微離焦法放置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于利用四象限光電二極管的二維微位移探測(cè)能力實(shí)現(xiàn)二維微角度的同時(shí)測(cè)量，系統(tǒng)采用一個(gè)激光源和短焦距物鏡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、精度高、分辨力和測(cè)量范圍可調(diào)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，裝置體積為25X20X 13 mm，測(cè)量范圍為士 1200 arcsec，分辨率為 0.1 arcsec。


圖1為基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明所用四象限光電探測(cè)器表面示意圖；圖3為本發(fā)明的信號(hào)處理器電路框圖； 圖4為采用本發(fā)明進(jìn)行微角度測(cè)量示意圖中，半導(dǎo)體激光器1、偏振分光棱鏡2、1/4波片3、透鏡4、被測(cè)物體或反光鏡5、底座 6、四象限光電探測(cè)器7、信號(hào)處理器8。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置包括半導(dǎo)體激光器1、偏振分光棱鏡2、1/4波片3、透鏡4、被測(cè)物體或反光鏡5、底座6、四象限光電探測(cè)器7、信號(hào)處理器 8 ；在底座6上固定有半導(dǎo)體激光器1、偏振分光棱鏡2、1/4波片3、透鏡4、四象限光電探測(cè)器7 ；半導(dǎo)體激光器1發(fā)出的光束經(jīng)過偏振分光棱鏡2后分為兩束，其中P偏振光透過偏振分光棱鏡2，經(jīng)1/4波片3后變?yōu)閳A偏振光，入射到被測(cè)物體5表面，被反射后二次通過1/4 波片3轉(zhuǎn)變成S偏振光，此時(shí)不能通過偏振分光棱鏡2，而是被偏振分光棱鏡2反射后，由微離焦放置的四象限光電探測(cè)器7接收，四象限光電探測(cè)器7將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)后輸入信號(hào)處理器8，其中偏振分光棱鏡2和1/4波片3結(jié)合作為光隔離器，防止反射光返回到半導(dǎo)體激光器1，從而得到穩(wěn)定的輸出。此裝置中透鏡4是短焦距透鏡，角度測(cè)量裝置的靈敏度可以用裝置的輸出對(duì)入射角的比值表示，根據(jù)本發(fā)明裝置特點(diǎn)經(jīng)分析計(jì)算后其靈敏度為入射光束直徑對(duì)入射光波長(zhǎng)的比值，與所選透鏡焦距無(wú)關(guān)，因此選用短焦距透鏡實(shí)現(xiàn)裝置小型化。如圖2所示，四象限光電探測(cè)器7分為A、B、C、D四個(gè)象限， 由四個(gè)相同的光電二極管組成，它的輸出Uout, Yout)可以表示為
權(quán)利要求
1.一種基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置，其特征在于包括半導(dǎo)體激光器1、偏振分光棱鏡2、1/4波片3、透鏡4、被測(cè)物體或反光鏡5、底座6、四象限光電探測(cè)器7、信號(hào)處理器8;在底座(6)上固定有半導(dǎo)體激光器(1)、偏振分光棱鏡(2)、1/4波片(3)、透鏡0)、 四象限光電探測(cè)器(7)，半導(dǎo)體激光器(1)發(fā)出的光束經(jīng)偏振分光棱鏡(2)后分為兩束，其中一束光入射在被測(cè)物體( 表面，反射光經(jīng)偏振分光棱鏡( 后由四象限光電探測(cè)器(7) 接收并轉(zhuǎn)化為四路電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理器(8)的I-V轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器后，在計(jì)算機(jī)中完成信號(hào)分析并顯示。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置，其特征在于所述的透鏡4是短焦距透鏡。
3.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置，其特征在于所述的四象限光電探測(cè)器7采用微離焦法放置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光自準(zhǔn)直的二維微角度測(cè)量裝置。它包括半導(dǎo)體激光器、偏振分光棱鏡、1/4波片、透鏡、被測(cè)物體或反光鏡、四象限光電探測(cè)器、底座、信號(hào)處理器；在底座上固定有半導(dǎo)體激光器、偏振分光棱鏡、1/4波片、透鏡、四象限光電探測(cè)器，半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光束經(jīng)偏振分光棱鏡后分為兩束，其中一束光入射在被測(cè)物體表面，反射光經(jīng)偏振分光棱鏡后由四象限光電探測(cè)器接收并轉(zhuǎn)化為四路電信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信號(hào)處理器的I-V轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器后，在計(jì)算機(jī)中完成信號(hào)分析并顯示。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)二維微角度的同時(shí)測(cè)量，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、精度高、分辨力和測(cè)量范圍可調(diào)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102155927SQ20111006937
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月22日
發(fā)明者居冰峰, 廉孟冬, 張戢云 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)