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

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直的二維微角度測
量裝置?；诩す庾詼手钡亩S微角度測量裝置包括半導(dǎo)體激光器、偏振分光棱鏡、1/4波片、透鏡、被測物體或反光鏡、四象限光電探測器、底座、信號處理器；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物體表面，反射光經(jīng)偏振分光棱鏡后由四象限光電探測器接收并轉(zhuǎn)化為四路電信號，該信號經(jīng)信號處理器的I-V轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲器后，在計算機中完成信號分析并顯示。所述的透鏡是短焦距透鏡。所述的四象限光電探測器采用微離焦法放置。本發(fā)明的優(yōu)點在于利用四象限光電二極管的二維微位移探測能力實現(xiàn)二維微角度的同時測量，系統(tǒng)采用一個激光源和短焦距物鏡，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、精度高、分辨力和測量范圍可調(diào)、動態(tài)響應(yīng)好，裝置體積為25X20X 13 mm，測量范圍為士 1200 arcsec，分辨率為 0.1 arcsec。


圖1為基于激光自準直的二維微角度測量裝置結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明所用四象限光電探測器表面示意圖；圖3為本發(fā)明的信號處理器電路框圖； 圖4為采用本發(fā)明進行微角度測量示意圖中，半導(dǎo)體激光器1、偏振分光棱鏡2、1/4波片3、透鏡4、被測物體或反光鏡5、底座 6、四象限光電探測器7、信號處理器8。
具體實施例方式如圖1所示，基于激光自準直的二維微角度測量裝置包括半導(dǎo)體激光器1、偏振分光棱鏡2、1/4波片3、透鏡4、被測物體或反光鏡5、底座6、四象限光電探測器7、信號處理器 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器7接收，四象限光電探測器7將光信號轉(zhuǎn)化為電信號后輸入信號處理器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，角度測量裝置的靈敏度可以用裝置的輸出對入射角的比值表示，根據(jù)本發(fā)明裝置特點經(jīng)分析計算后其靈敏度為入射光束直徑對入射光波長的比值，與所選透鏡焦距無關(guān)，因此選用短焦距透鏡實現(xiàn)裝置小型化。如圖2所示，四象限光電探測器7分為A、B、C、D四個象限， 由四個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直的二維微角度測量裝置，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、被測物體或反光鏡5、底座6、四象限光電探測器7、信號處理器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物體( 表面，反射光經(jīng)偏振分光棱鏡( 后由四象限光電探測器(7) 接收并轉(zhuǎn)化為四路電信號，該信號經(jīng)信號處理器(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)存儲器后，在計算機中完成信號分析并顯示。
2.根據(jù)權(quán)利1所述的一種基于激光自準直的二維微角度測量裝置，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直的二維微角度測量裝置，其特征在于所述的四象限光電探測器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直的二維微角度測量裝置。它包括半導(dǎo)體激光器、偏振分光棱鏡、1/4波片、透鏡、被測物體或反光鏡、四象限光電探測器、底座、信號處理器；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物體表面，反射光經(jīng)偏振分光棱鏡后由四象限光電探測器接收并轉(zhuǎn)化為四路電信號，該信號經(jīng)信號處理器的I-V轉(zhuǎn)換器、數(shù)字濾波器、數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)存儲器后，在計算機中完成信號分析并顯示。本發(fā)明實現(xiàn)二維微角度的同時測量，結(jié)構(gòu)簡單、體積小、精度高、分辨力和測量范圍可調(diào)、動態(tài)響應(yīng)好。
文檔編號G01B11/26GK102155927SQ20111006937
公開日2011年8月17日 申請日期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 申請人:浙江大學