采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀的制作方法
【專(zhuān)利摘要】采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀屬于光電檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】?，F(xiàn)有技術(shù)人工讀數(shù)易造成操作者疲勞，也存在人為誤差，另外，1′的測(cè)量精度也比較低。在本發(fā)明中，光源、半反半透鏡、準(zhǔn)直透鏡依次光學(xué)同軸排列，在半反半透鏡的像的反射光路上安放屏幕，其特征在于，絕對(duì)式碼尺位于光源、半反半透鏡之間，并且處在準(zhǔn)直透鏡的焦平面上；所述絕對(duì)式碼尺上分布若干條彼此平行的碼道，第一條碼道為精碼道，其余為粗碼道，各條碼道通光和不通光組合形成的編碼具有單值函數(shù)特征；屏幕上有一個(gè)狹縫，在狹縫后面沿狹縫排布一組光敏器件；所述一組光敏器件與A/D轉(zhuǎn)換器相連，A/D轉(zhuǎn)換器再與計(jì)算機(jī)相連。本發(fā)明無(wú)需人工讀數(shù)，用于測(cè)量光學(xué)面面傾角誤差，測(cè)量精度0.1″。
【專(zhuān)利說(shuō)明】采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀，用于測(cè)量光學(xué)面的面傾角誤 差，屬于光電檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 光學(xué)自準(zhǔn)直比較測(cè)角儀能夠測(cè)量反射面傾角，例如楔形平板玻璃的楔角測(cè)量、光 學(xué)鏡面角度誤差測(cè)量等，是一種科研、教學(xué)、工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域常用的光學(xué)測(cè)角儀器。各種光 學(xué)自準(zhǔn)直比較測(cè)角儀的結(jié)構(gòu)及測(cè)量過(guò)程彼此有所不同，其中一種其結(jié)構(gòu)及測(cè)量過(guò)程如下， 如圖1所示，由光源1照明十字分劃板2,攜帶十字絲像3的透射光再透過(guò)半反半透鏡4,之 后由準(zhǔn)直透鏡5整形成平行光，該平行光照射到被測(cè)面6后反射，十字絲像3隨之反射，當(dāng) 被測(cè)面6與光軸垂直時(shí)，十字絲像3就會(huì)與十字分劃板2中的十字絲7完全重合，當(dāng)被測(cè)面 6與光軸不垂直時(shí)，也就是出現(xiàn)了面傾角α，反射回的十字絲像3與十字絲7二者十字中心 會(huì)出現(xiàn)偏離，偏離的量稱為角距離AS，如圖2所示，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式即可由系列AS的值計(jì) 算出對(duì)應(yīng)的系列面傾角α的值，將這些計(jì)算結(jié)果作為標(biāo)尺刻度。在半反半透鏡4的十字絲 像3的反射光路上安放屏幕8,在屏幕8上有可移動(dòng)的讀數(shù)鼓夾絲9以及固定的標(biāo)尺10,調(diào) 整讀數(shù)鼓夾絲9使十字絲像3位于讀數(shù)鼓夾絲9中間，如圖3所示，此時(shí)即可直讀出十字絲 像3對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺10的刻度，該刻度即為測(cè)量結(jié)果。該光學(xué)自準(zhǔn)直比較測(cè)角儀的測(cè)量精度為 1'，量程為 50' Χ50'。
[0003] 然而，所述光學(xué)自準(zhǔn)直比較測(cè)角儀其不足在于，人工讀數(shù)易造成操作者疲勞，也存 在人為誤差，另外，r的測(cè)量精度也比較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了降低操作者的操作強(qiáng)度，消除人為誤差，提高測(cè)量精度，我們發(fā)明了一種采用 碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀。
[0005] 在本發(fā)明之采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀中，光源1、半反半透鏡4、準(zhǔn)直透 鏡5依次光學(xué)同軸排列，在半反半透鏡4的像的反射光路上安放屏幕8,其特征在于，如圖4 所示，絕對(duì)式碼尺11位于光源1、半反半透鏡4之間，并且處在準(zhǔn)直透鏡5的焦平面上；所 述絕對(duì)式碼尺11上分布若干條彼此平行的碼道，第一條碼道為精碼道，其余為粗碼道，各 條碼道通光和不通光組合形成的編碼具有單值函數(shù)特征；屏幕8上有一個(gè)狹縫12,在狹縫 12后面沿狹縫12排布一組光敏器件13 ;所述一組光敏器件13與A/D轉(zhuǎn)換器相連，A/D轉(zhuǎn) 換器再與計(jì)算機(jī)相連。
[0006] 本發(fā)明其技術(shù)效果在于，由光源1照明絕對(duì)式碼尺11，如圖4所示，在測(cè)量的過(guò)程 中絕對(duì)式碼尺11靜止，攜帶碼道圖像的透射光再透過(guò)半反半透鏡4,之后由準(zhǔn)直透鏡5整形 成平行光，該平行光照射到被測(cè)面6后反射，碼道圖像隨之反射，之后碼道圖像由半反半透 鏡4反射到屏幕8上。在本發(fā)明之采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀的裝調(diào)中，調(diào)整屏幕 8使狹縫12的走向與碼道圖像中的碼道走向垂直，在測(cè)量的過(guò)程中屏幕8靜止。由狹縫12 后面的一組光敏器件13獲取碼道圖像中的一窄幅明暗相間圖像的電平錯(cuò)落電信號(hào)，如圖5 所示，當(dāng)被測(cè)面6出現(xiàn)一個(gè)面傾角α?xí)r，也就是被測(cè)面6偏離垂直光軸的狀態(tài)時(shí)，碼道圖像 在屏幕8上平移一個(gè)角距離Λ S，由狹縫12后面的一組光敏器件13獲取碼道圖像中另一 窄幅圖像的電信號(hào)，如圖6所示。以此類(lèi)推?；诒景l(fā)明中的絕對(duì)式碼尺11的結(jié)構(gòu)特征， 面傾角α的變化最終引起的所述的電信號(hào)的變化具有唯一性。作為幾何位移量的角距離 Λ S被光敏器件轉(zhuǎn)換電信號(hào)，作為模擬量的電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，傳送給計(jì)算 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到面傾角α的值?？梢?jiàn)，本發(fā)明之采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀無(wú) 需人工讀數(shù)，降低了操作者的操作強(qiáng)度，消除人為誤差。碼尺的采用，對(duì)碼道圖像的精細(xì)分 害!]，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使得測(cè)量精度得到明顯提高，測(cè)量精度能夠達(dá)到〇. 1"。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1是現(xiàn)有光學(xué)自準(zhǔn)直比較測(cè)角儀的結(jié)構(gòu)及測(cè)量過(guò)程示意圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)以 十字絲像與十字絲二者十字中心偏離量作為角距離AS的示意圖。圖3是現(xiàn)有技術(shù)通過(guò) 調(diào)整讀數(shù)鼓夾絲得到測(cè)量結(jié)果示意圖。圖4是本發(fā)明結(jié)構(gòu)及測(cè)量過(guò)程示意圖，該圖同時(shí)作 為摘要附圖。圖5、圖6是采用本發(fā)明通過(guò)屏幕上的狹縫后方的光敏器件先后獲取碼道圖 像中的一窄幅圖像示意圖。圖7是本發(fā)明中的絕對(duì)式碼尺上的格雷碼圖案示意圖，鑒于該 圖的狹長(zhǎng)特點(diǎn)，采取兩處斷開(kāi)處理。圖8是采用本發(fā)明由在狹縫的寬度方向上一字排布的 四個(gè)光敏器件將碼道圖像中的精碼道部分轉(zhuǎn)換為四路相位依次相差90°的正弦信號(hào)示意 圖。圖9是采用本發(fā)明將四路正弦信號(hào)先由差分放大器處理成兩路相位差為90°的正余弦 信號(hào)示意圖。圖10是采用本發(fā)明獲得的二進(jìn)制碼圖案示意圖，鑒于該圖的狹長(zhǎng)特點(diǎn)，采取 兩處斷開(kāi)處理，再有，由于與精碼道對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼圖案部分分辨率過(guò)小而無(wú)法畫(huà)出，故省 略，因此，圖中只給出與粗碼道對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制碼圖案部分。

【具體實(shí)施方式】
[0008] 在本發(fā)明之采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀中，如圖5所示，光源1、半反半透 鏡4、準(zhǔn)直透鏡5依次光學(xué)同軸排列，在半反半透鏡4的像的反射光路上安放屏幕8。絕對(duì) 式碼尺11位于光源1、半反半透鏡4之間，并且處在準(zhǔn)直透鏡5的焦平面上。所述絕對(duì)式 碼尺11上分布若干條彼此平行的碼道，第一條碼道為精碼道，其余為粗碼道，如粗碼道有 七條，各條碼道通光和不通光組合形成的編碼具有單值函數(shù)特征，所述編碼為格雷碼，如圖 7所示。精碼道角周期1 = 51. 2"。粗碼道讀數(shù)范圍為361。屏幕8上有一個(gè)狹縫12， 在狹縫12后面沿狹縫12排布一組光敏器件13。該組光敏器件13的具體排布方式為，四個(gè) 光敏器件13在狹縫12的寬度方向上一字排布，間距符合各自輸出的電信號(hào)相位依次相差 90°的要求；在所述一字排布的四個(gè)光敏器件13的一側(cè)，且在狹縫12的長(zhǎng)度方向上排布數(shù) 量與絕對(duì)式碼尺11上的粗碼道數(shù)相同、間距也與各條粗碼道間距相同的光敏器件13 ;所述 光敏器件13采用光敏三極管。所述一組光敏器件13與A/D轉(zhuǎn)換器相連，其中在狹縫12的 寬度方向上一字排布的四個(gè)光敏器件13或者先與差分放大器連接，該差分放大器再與A/D 轉(zhuǎn)換器連接；A/D轉(zhuǎn)換器再與計(jì)算機(jī)相連。
[0009] 在測(cè)量過(guò)程中，由光源1照明絕對(duì)式碼尺11，在測(cè)量的過(guò)程中絕對(duì)式碼尺11靜止， 攜帶碼道圖像的透射光再透過(guò)半反半透鏡4,之后由準(zhǔn)直透鏡5整形成平行光，該平行光照 射到被測(cè)面6后反射，碼道圖像隨之反射，之后碼道圖像由半反半透鏡4反射到屏幕8上。 在本發(fā)明之采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀的裝調(diào)中，調(diào)整屏幕8使狹縫12的走向也就 是狹縫12的長(zhǎng)度方向與碼道圖像中的碼道走向垂直，在測(cè)量的過(guò)程中屏幕8靜止。由狹縫 12后面的一組光敏器件13獲取碼道圖像中的一窄幅明暗相間圖像的電平錯(cuò)落電信號(hào)。其 中包括，由在狹縫12的寬度方向上一字排布的四個(gè)光敏器件13將碼道圖像中的精碼道部 分轉(zhuǎn)換為四路相位依次相差90°的正弦信號(hào)\_、$叫9 十90°)、$叫9+丨80°)、$丨[1(9+270°), 如圖8所示，圖中Φ為相位角，U為信號(hào)電壓，該四路正弦信號(hào)先由差分放大器處理成兩路 相位差為90°的正余弦信號(hào)Usimp和υ^π(φ+90°}，如圖9所示，之后該兩路正余弦信號(hào)被送 入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行插值細(xì)分，也就是模數(shù)轉(zhuǎn)換，將角周期I分成512份，得到分辨率r = 1/512 = 51.2" /512 = 0. 1"，碼道圖像橫向分度十分精細(xì)。所述電信號(hào)還包括，由在狹縫 12的長(zhǎng)度方向上排布的七個(gè)光敏器件將碼道圖像中的粗碼道各部分分別轉(zhuǎn)換的電信號(hào)，這 部分電信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，被整形成方波，根據(jù)粗碼道讀數(shù)范圍為361的 特征，粗碼道讀數(shù)范圍具體為36Τ Φ = 36X51. 2" = 1843. 2" ~ 0.5°，因而，本發(fā)明量程 為3(V X3(V。當(dāng)被測(cè)面6出現(xiàn)一個(gè)面傾角α?xí)r，也就是被測(cè)面6偏離垂直光軸的狀態(tài) 時(shí)，碼道圖像在屏幕8上平移一個(gè)角距離Λ S，由狹縫12后面的一組光敏器件13獲取碼道 圖像中另一窄幅圖像的電信號(hào)。以此類(lèi)推?；诒景l(fā)明中的絕對(duì)式碼尺11的結(jié)構(gòu)特征，面 傾角α的變化最終引起的所述的電信號(hào)的變化具有唯一性。作為幾何位移量的角距離AS 被光敏器件13轉(zhuǎn)換電信號(hào)，作為模擬量的電信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，也就是由A/ D轉(zhuǎn)換器將格雷碼譯成二進(jìn)制碼，如圖10所示，傳送給計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到面傾角α 的值。
【權(quán)利要求】
1. 一種采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀，光源（1)、半反半透鏡（4)、準(zhǔn)直透鏡（5)依 次光學(xué)同軸排列，在半反半透鏡（4)的像的反射光路上安放屏幕（8)，其特征在于，絕對(duì)式 碼尺（11)位于光源（1)、半反半透鏡（4)之間，并且處在準(zhǔn)直透鏡（5)的焦平面上；所述絕 對(duì)式碼尺（11)上分布若干條彼此平行的碼道，第一條碼道為精碼道，其余為粗碼道，各條 碼道通光和不通光組合形成的編碼具有單值函數(shù)特征；屏幕（8)上有一個(gè)狹縫（12)，在狹 縫（12)后面沿狹縫（12)排布一組光敏器件（13);所述一組光敏器件（13)與A/D轉(zhuǎn)換器 相連，A/D轉(zhuǎn)換器再與計(jì)算機(jī)相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀，其特征在于，所述編碼 為格雷碼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀，其特征在于，精碼道角 周期?φ = 51. 2";粗碼道有七條，粗碼道讀數(shù)范圍為36T。。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀，其特征在于，所述一組 光敏器件（13)的具體排布方式為，四個(gè)光敏器件（13)在狹縫（12)的寬度方向上一字排 布，間距符合各自輸出的電信號(hào)相位依次相差90°的要求；在所述一字排布的四個(gè)光敏器 件（13)的一側(cè)，且在狹縫（12)的長(zhǎng)度方向上排布數(shù)量與絕對(duì)式碼尺（11)上的粗碼道數(shù)相 同、間距也與各條粗碼道間距相同的光敏器件（13)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀，其特征在于，所述光敏 器件（13)采用光敏三極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的采用碼尺的直讀式光電準(zhǔn)直測(cè)角儀，其特征在于，在狹縫 (12)的寬度方向上一字排布的四個(gè)光敏器件（13)或者先與差分放大器連接，該差分放大 器再與A/D轉(zhuǎn)換器連接。
【文檔編號(hào)】G01B11/26GK104154884SQ201410425820
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月25日
【發(fā)明者】曹奇峰, 朱林莉, 曹向峰 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春華特光電技術(shù)有限公司