專利名稱：光柵楔形平板及應(yīng)用該平板的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)角元件，本發(fā)明還涉及應(yīng)用該測(cè)角元件的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
角度測(cè)量作為最基本的物理量測(cè)量之一，是計(jì)量科學(xué)的重要組成部分，然而已有的這些角度測(cè)量方法或者動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍低，只能在靜態(tài)和低速情況下工作，或者測(cè)量范圍小，不能滿足在確保測(cè)量精度的同時(shí)獲得大的測(cè)角范圍，目前國(guó)內(nèi)外發(fā)展的較成熟的機(jī)械及電磁式測(cè)角裝置大都只能進(jìn)行靜態(tài)及小角度測(cè)量，對(duì)于高精度動(dòng)態(tài)角度的測(cè)量方法只能向光學(xué)領(lǐng)域中尋找。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種測(cè)量時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大，而且測(cè)角范圍大的測(cè)角元件及轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。本發(fā)明通過(guò)以下方案實(shí)現(xiàn)一種光柵楔形平板，圓形的光柵楔形平板1包括上下平面間夾成楔形的玻璃楔形平板1-1和加工在玻璃楔形平板1-1傾斜表面101上的反射式閃耀光柵1-2，反射式閃耀光柵1-2是若干個(gè)以中心軸102為中心的同心圓形分布的刻劃面，反射式閃耀光柵1-2的刻劃線104垂直于中心軸102。如圖1所示，玻璃楔形平板1-1的傾斜表面101上加工反射式閃耀光柵1-2，來(lái)自激光器的入射光線S垂直玻璃楔形平板1-1的上表面入射到反射式閃耀光柵1-2上，在反射式閃耀光柵1-2表面發(fā)生衍射，閃耀級(jí)的衍射光將沿入射光線的方向返回。測(cè)量過(guò)程中光柵楔形平板1隨被測(cè)物體繞中心軸102轉(zhuǎn)動(dòng)，入射光線S和閃耀級(jí)衍射光線的方向不隨轉(zhuǎn)角變化，由于玻璃楔形平板1旋轉(zhuǎn)后，激光光束S在玻璃楔形平板1內(nèi)的光程線性變化，因此能通過(guò)光程變化計(jì)算出玻璃楔形平板1轉(zhuǎn)角的變化，從而得到被測(cè)物體轉(zhuǎn)角的動(dòng)態(tài)變化值。本發(fā)明由于采用了閃耀光柵，因而還可采用楔角較大的楔形平板，有利于提高系統(tǒng)分辨力。
本發(fā)明還提供了應(yīng)用光柵楔形平板的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。它由雙頻激光干涉儀2、干涉模塊3和光柵楔形平板1組成，雙頻激光干涉儀2由雙頻激光光源2-1和光電接收器2-2組成，干涉模塊3由偏振分光鏡3-1、兩塊相同的λ/4波片3-2、直角棱鏡3-3和角錐棱鏡3-4組成，雙頻激光干涉儀2的前方依次設(shè)置偏振分光鏡3-1、λ/4波片3-2和直角棱鏡3-3，偏振分光鏡3-1的上方設(shè)置角錐棱鏡3-4，偏振分光鏡3-1的下方設(shè)置有λ/4波片3-2，干涉模塊3的下方設(shè)置光柵楔形平板1，加工有反射式閃耀光柵1-2的傾斜表面101背向干涉模塊3。從雙頻激光光源2-1發(fā)出的雙頻激光光束直接入射到干涉模塊3中，經(jīng)過(guò)偏振分光鏡3-1后分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光，兩束光分別經(jīng)過(guò)λ/4波片3-2、直角棱鏡3-3、角錐棱鏡3-4的反射及光柵楔形平板1衍射后，回到偏振分光鏡3-1處產(chǎn)生干涉，干涉信號(hào)由光電接收器2-2接收。本發(fā)明的測(cè)角裝置如圖2所示，干涉模塊3和光柵楔形平板1的光路是差動(dòng)倍程式布局，這種布局計(jì)算的是光程的差分信號(hào)，不僅可提高系統(tǒng)的靈敏度，而且可以消除安裝偏心和軸系偏心對(duì)轉(zhuǎn)角測(cè)量的影響。由于本發(fā)明采用激光光學(xué)測(cè)角方法，響應(yīng)迅速，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大，光柵楔形平板1隨被測(cè)物體整周旋轉(zhuǎn)，測(cè)角范圍大，光路的差動(dòng)倍程式布局滿足了測(cè)角的高精度要求。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)新穎、工作可靠和具有較大推廣價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明光柵楔形平板1的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明應(yīng)用光柵楔形平板1的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明的測(cè)角原理示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一下面結(jié)合圖1具體說(shuō)明本發(fā)明的光柵楔形平板1。它由上下平面間夾成楔形的圓形玻璃楔形平板1-1和加工在玻璃楔形平板1-1傾斜表面101上的反射式閃耀光柵1-2組成，反射式閃耀光柵1-2是若干個(gè)以中心軸102為中心的同心圓形分布的刻劃面。反射式閃耀光柵1-2的刻劃線104垂直于中心軸102。
具體實(shí)施方式
二下面結(jié)合圖2和圖3具體說(shuō)明本實(shí)施方式。應(yīng)用光柵楔形平板1的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。它由雙頻激光干涉儀2、干涉模塊3和光柵楔形平板1組成，雙頻激光干涉儀2由雙頻激光光源2-1和光電接收器2-2組成，干涉模塊3由偏振分光鏡3-1、兩塊相同的λ/4波片3-2、直角棱鏡3-3和角錐棱鏡3-4組成，雙頻激光干涉儀2的前方依次設(shè)置偏振分光鏡3-1、λ/4波片3-2和直角棱鏡3-3，偏振分光鏡3-1的上方設(shè)置角錐棱鏡3-4，偏振分光鏡3-1的下方設(shè)置有λ/4波片3-2，干涉模塊3的下方設(shè)置光柵楔形平板1，加工有閃耀光柵1-2的傾斜表面101背向干涉模塊3。從雙頻激光光源2-1發(fā)出的雙頻激光光束直接入射到干涉模塊3中，經(jīng)過(guò)偏振分光鏡3-1后分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光，兩束光分別經(jīng)過(guò)λ/4波片3-2、直角棱鏡3-3、角錐棱鏡3-4的反射及光柵楔形平板1衍射后，回到偏振分光鏡3-1處產(chǎn)生干涉，干涉信號(hào)由光電接收器2-2接收?；陂W耀光柵楔形平板的雙頻激光干涉轉(zhuǎn)角測(cè)量系統(tǒng)，其光路原理如圖3所示。將底面刻有反射式閃耀光柵1-2的圓形玻璃楔形平板1-1作為后向反射和改變光程差的主要部件，安裝在被測(cè)物體上，隨被測(cè)物一起轉(zhuǎn)動(dòng)。從雙頻激光光源2-1發(fā)出的雙頻激光光束直接入射到干涉模塊3中，經(jīng)過(guò)偏振分光鏡3-1后分成兩束偏振方向互相垂直的線偏振光。其中被偏振分光鏡3-1透射的一路，偏振方向平行于紙面，頻率為f1而偏振方向垂直于紙面的一路，經(jīng)偏振分光鏡3-1垂直向下反射，頻率為f2。透射的一路光經(jīng)過(guò)直角棱鏡3-3的反射后，兩束光在干涉模塊的出口處形成兩路相距為L(zhǎng)的平行測(cè)量光束(S1和S2)。兩束測(cè)量光穿過(guò)玻璃楔形平板1-1射向反射式閃耀光柵1-2，在光柵表面發(fā)生衍射，主閃耀級(jí)次的衍射光將沿入射方向返回。由于光柵不改變光線的偏振，方向不發(fā)生變化。兩束測(cè)量光線分別兩次經(jīng)過(guò)λ/4波片3-2，偏振方向?qū)⒎謩e改變90°，返回光束與入射光束的方向相垂直，在偏振分光鏡3-1處改變反射和透射關(guān)系，光束將不再返回到激光器內(nèi)，而是射向偏振分光鏡3-1上的角錐棱鏡3-4。角錐棱鏡3-4將光線平移z距離后，反射回偏振分光鏡3-1，兩束光在偏振分光鏡3-1上重新分開。在干涉模塊的出口處重新形成兩路相距為L(zhǎng)的測(cè)量光S1′和S2′，重新分別到達(dá)光柵的表面，再次發(fā)生衍射后返回偏振分光鏡3-1處。由于又兩次經(jīng)過(guò)λ/4波片，因此兩束光線的偏振方向?qū)⒃俅胃淖?0°，各自回到原來(lái)的偏振狀態(tài)，射向雙頻激光干涉儀2上的光電接收器2-2。兩束光經(jīng)過(guò)后續(xù)設(shè)備中的檢偏器后發(fā)生干涉，干涉信號(hào)由信號(hào)處理電路處理，并通過(guò)接口電路送入計(jì)算機(jī)中進(jìn)行計(jì)算。這樣，用刻有反射式閃耀光柵的光柵楔形平板1作為差動(dòng)測(cè)角元件，用光學(xué)倍程布局的干涉系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)將轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)換為光程差的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角測(cè)量。當(dāng)光柵楔形平板1隨被測(cè)物體同時(shí)旋轉(zhuǎn)時(shí)，透過(guò)楔形平板入射到反射式閃耀光柵上的兩路測(cè)量光線的光程差將隨轉(zhuǎn)角發(fā)生變化，并且由于閃耀光柵的作用，測(cè)量過(guò)程中光線始終沿入射方向返回，這樣就可以大大增加雙頻激光干涉儀的測(cè)量范圍和測(cè)量靈敏度，實(shí)現(xiàn)整周任意轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量。雙頻激光干涉儀2可以采用Hewlett-Packard公司的雙頻激光干涉儀(如HP5528A、HP5529A等)或成都工具研究所生產(chǎn)的MJS5C型雙頻激光干涉儀的激光頭。
具體實(shí)施方式
三下面結(jié)合圖2具體說(shuō)明本實(shí)施方式。本實(shí)施方式與實(shí)施方式二的不同點(diǎn)是，它還包括反射膜1-3，反射膜1-3鍍?cè)诓Ａㄐ纹桨?-1的上表面103上。如此設(shè)置，利用反射膜1-3的反光特性，使從干涉模塊3射來(lái)的兩路光束中的一路不必要通過(guò)閃耀光柵1-2來(lái)反射，這樣可以減小閃耀光柵1-2的加工面積，減少加工工作量。
權(quán)利要求
1.一種光柵楔形平板，其特征是圓形的光柵楔形平板(1)包括上下平面間夾成楔形的玻璃楔形平板(1-1)和加工在玻璃楔形平板(1-1)傾斜表面(101)上的反射式閃耀光柵(1-2)，反射式閃耀光柵(1-2)是若干個(gè)以中心軸(102)為中心的同心圓形分布的刻劃面，反射式閃耀光柵(1-2)的刻劃線(104)垂直于中心軸(102)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光柵楔形平板，其特征是它還包括反射膜(1-3)，反射膜(1-3)鍍?cè)诓Ａㄐ纹桨?1-1)的上表面(103)上。
3.應(yīng)用光柵楔形平板的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，其特征是它由雙頻激光干涉儀(2)、干涉模塊(3)和光柵楔形平板(1)組成，雙頻激光干涉儀(2)由雙頻激光光源(2-1)和光電接收器(2-2)組成，干涉模塊(3)由偏振分光鏡(3-1)、兩塊相同的λ/4波片(3-2)、直角棱鏡(3-3)和角錐棱鏡(3-4)組成，雙頻激光干涉儀(2)的前方依次設(shè)置偏振分光鏡(3-1)、λ/4波片(3-2)和直角棱鏡(3-3)，偏振分光鏡(3-1)的上方設(shè)置角錐棱鏡(3-4)，偏振分光鏡(3-1)的下方設(shè)置有λ/4波片(3-2)，干涉模塊(3)的下方設(shè)置光柵楔形平板(1)，加工有反射式閃耀光柵(1-2)的傾斜表面(101)背向干涉模塊(3)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種測(cè)角元件，還公開應(yīng)用該測(cè)角元件的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置。一種光柵楔形平板(1)，它由上下平面間夾成楔形的玻璃楔形平板(1－1)和加工在玻璃楔形平板(1－1)傾斜表面(101)上的反射式閃耀光柵(1－2)組成，(1－2)是若干個(gè)以中心軸(102)為中心的同心圓形分布的刻劃面。應(yīng)用光柵楔形平板(1)的轉(zhuǎn)角測(cè)量裝置，它由雙頻激光干涉儀(2)、干涉模塊(3)和光柵楔形平板(1)組成，(2)由雙頻激光光源(2－1)和光電接收器(2－2)組成，(3)由偏振分光鏡(3－1)、兩塊相同的λ/4波片(3－2)、直角棱鏡(3－3)和角錐棱鏡(3－4)組成，加工有閃耀光柵(1－2)的傾斜表面(101)背向(3)。由于本發(fā)明采用激光光學(xué)測(cè)角方法，響應(yīng)迅速，因此動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍大。本發(fā)明具有設(shè)計(jì)新穎、工作可靠和具有較大推廣價(jià)值的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK1580693SQ20041001376
公開日2005年2月16日 申請(qǐng)日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月19日
發(fā)明者張琢, 浦昭邦, 陶衛(wèi), 劉國(guó)棟 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)