專利名稱：用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于幾何量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于激光小角度測(cè)量裝置的正弦臂機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
激光小角度測(cè)量裝置是一種采用正弦原理，以邁克爾遜干涉法測(cè)量小角度的高精度儀器，圖1所示激光小角度測(cè)量裝置測(cè)角原理。正弦臂是核心部件。正弦臂由金屬框架和安裝在框架兩側(cè)的角隅棱鏡組成，兩角隅棱鏡中心距離構(gòu)成了正弦臂的臂長(zhǎng)。在激光干涉測(cè)量系統(tǒng)中，由于正弦臂轉(zhuǎn)動(dòng)造成干涉光路的光程差H與正弦臂臂長(zhǎng)D存在的正弦關(guān)系 sine =H/D，計(jì)算正弦臂旋轉(zhuǎn)的角度θ。近年來(lái)小角度計(jì)量校準(zhǔn)的需求很大，對(duì)儀器的準(zhǔn)確度要求不斷提高。目前許多計(jì)量機(jī)構(gòu)采用的激光小角度測(cè)量裝置主要為英國(guó)雷尼紹公司定制產(chǎn)品，其正弦臂臂長(zhǎng)150mm， 反射鏡采用實(shí)心玻璃角隅棱鏡，系統(tǒng)分辨力為0.000001°，測(cè)量不確定度U = 0.05" (k = 2)。該套裝置價(jià)格相對(duì)昂貴，分體式的結(jié)構(gòu)裝調(diào)使用不方便，效率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠提升裝置的測(cè)量準(zhǔn)確度和靈敏度，降低裝置加工裝配難度，減少系統(tǒng)誤差來(lái)源的用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，該正弦臂外形為長(zhǎng)方體，以正弦臂的中心為對(duì)稱中心，在正弦臂的兩端部對(duì)稱位置處開設(shè)兩個(gè)方形槽，兩個(gè)方形槽內(nèi)的底部均開設(shè)空心角隅棱鏡安裝孔，兩個(gè)空心角隅棱鏡安裝孔的中心距為正弦臂光學(xué)臂長(zhǎng)；兩個(gè)空心角隅棱鏡分別固定在這兩個(gè)方形槽內(nèi)的空心角隅棱鏡安裝孔上；正弦臂的中心區(qū)域?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，在中心區(qū)域兩側(cè)的背面還對(duì)稱開設(shè)兩個(gè)帶有斜筋的方形槽，帶有斜筋的方形槽內(nèi)加工有斜筋；所述的空心角隅棱鏡采用三塊形狀為直角等腰三角形的三角形反射鏡拼接而成，三塊三角形反射鏡頂點(diǎn)相對(duì)，工作面向內(nèi)，兩兩垂直。如上所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其所述的空心角隅棱鏡的三塊三角形反射鏡通過(guò)金屬套套住，該金屬套也采用三塊銦鋼基板兩兩垂直拼接而成， 即每塊三角形反射鏡的背面為一塊基板；在每塊三角形反射鏡背面粘接三塊永磁體，每塊永磁體均嵌入一塊對(duì)應(yīng)的基板內(nèi)，且每塊永磁體與該基板上的一個(gè)調(diào)整螺塞端面靠住，通過(guò)三個(gè)調(diào)整螺塞可以調(diào)整三角形反射鏡的角度；在三塊三角形反射鏡拼接形成的工作口面上設(shè)置一塊安裝蓋，安裝蓋中心面上開設(shè)有等邊三角形的通光孔。如上所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其所述的安裝蓋的邊緣上設(shè)有的安裝孔；所述的安裝蓋中心的通光孔的最大內(nèi)切圓的直徑就是空心角隅棱鏡的通光口徑。如上所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其所述的相鄰三角形反射鏡之間的角度為90°，所述的每個(gè)三角形反射鏡與安裝蓋夾角為55° 44' 9.6〃 ；三角形反射鏡的厚度在6 8mm。如上所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其所述的三角形反射鏡為微晶玻璃制成，工作面平面度0. 03 μ m。如上所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其所述的兩個(gè)方形槽的內(nèi)壁均沿圓周均布3個(gè)帶螺紋孔的耳式凸起，兩個(gè)空心角隅棱鏡分別放置在兩個(gè)方形槽內(nèi)，通過(guò)螺栓穿過(guò)設(shè)在耳式凸起上的螺紋孔固定。如上所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其所述的正弦臂中心區(qū)域?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)的頂端向底端方向加工4個(gè)沉孔，采用螺釘通過(guò)沉孔可將正弦臂固定在軸系上。如上所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其所述的正弦臂的光學(xué)臂長(zhǎng)D為300 500mm ；所述的正弦臂采用了低膨脹合金鋼S4J32A制成。本發(fā)明的效果在于本發(fā)明所述的正弦臂應(yīng)用于激光小角度測(cè)量裝置，能夠提高裝置的靈敏度，降低對(duì)環(huán)境變化的敏感性，減少影響系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度的誤差來(lái)源，使得激光小角度測(cè)量裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性得到大幅度提升。本發(fā)明的正弦臂具體為⑴增加正弦臂臂長(zhǎng)，提高系統(tǒng)分辨力和測(cè)量準(zhǔn)確度； (2)采用低膨脹合金鋼作為正弦臂材料，降低臂長(zhǎng)受溫度影響而產(chǎn)生的變化；(3)采用筋肋式的臂結(jié)構(gòu)，臂長(zhǎng)和體積增加的情況下，質(zhì)量沒(méi)有顯著增加，但是臂的剛性依然得到保證； (4)使用的空心式角隅棱鏡，相比現(xiàn)階段的激光小角度測(cè)量裝置普遍采用實(shí)心玻璃角隅棱鏡，消除了角隅棱鏡的不一致性和安裝誤差還是會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響，也可以擴(kuò)展到其他的應(yīng)用場(chǎng)合。


圖1為激光小角度測(cè)量裝置測(cè)角原理圖；圖2為本發(fā)明所述的一種正弦臂主視圖；圖3為本發(fā)明所述的一種正弦臂后視圖；圖4為本發(fā)明所述的一種正弦臂俯視圖；圖5為空心角隅棱鏡結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為空心角隅棱鏡剖視圖。圖中1.正弦臂；2.空心角隅棱鏡安裝孔；3.方形槽；4.耳式凸起；5.斜筋；6.帶有斜筋的方形槽；7.沉孔；8.三角形反光鏡；9.調(diào)整螺塞；10.安裝孔；11.安裝蓋；12.基板；13.永磁體；14.通光孔。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂作進(jìn)一步描述。如圖2至圖4所示，本發(fā)明所述的正弦臂1外形為長(zhǎng)方體，以正弦臂1的中心為對(duì)稱中心，在正弦臂1的兩端部對(duì)稱位置處開設(shè)兩個(gè)方形槽3，兩個(gè)方形槽3內(nèi)的底部均開設(shè)空心角隅棱鏡安裝孔2，兩個(gè)空心角隅棱鏡安裝孔2的中心距為正弦臂光學(xué)臂長(zhǎng)；兩個(gè)空心角隅棱鏡分別固定在這兩個(gè)方形槽3內(nèi)的空心角隅棱鏡安裝孔2上。兩個(gè)方形槽3的內(nèi)壁均沿圓周均布3個(gè)帶螺紋孔的耳式凸起4，兩個(gè)空心角隅棱鏡分別放置在兩個(gè)方形槽3內(nèi)， 通過(guò)螺栓穿過(guò)設(shè)在耳式凸起4上的螺紋孔固定。正弦臂1中心區(qū)域?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，在正弦臂1中心區(qū)域頂端向底端方向加工4個(gè)沉孔7，采用螺釘通過(guò)沉孔7可將正弦臂1固定在軸系上，形成具有自主軸系的裝置。正弦臂1在中心區(qū)域(實(shí)心結(jié)構(gòu))兩側(cè)的背面還對(duì)稱銑出兩個(gè)帶有斜筋的方形槽 6，帶有斜筋的方形槽6內(nèi)加工有斜筋5。正弦臂1結(jié)構(gòu)上采用鏤空加筋的結(jié)構(gòu)形式，一方面大大減輕了整個(gè)正弦臂的質(zhì)量，也使臂的剛度成倍增加。本實(shí)施例中正弦臂的光學(xué)臂長(zhǎng)D為400mm，大臂長(zhǎng)可以將系統(tǒng)的分辨力提高到 0.001"，對(duì)提高裝置測(cè)量不確定度也有一定的作用。正弦臂采用了低膨脹合金鋼S4J32A， 該材料的線漲系數(shù)為3. 4X10_7°C，材料加工性能好，線膨脹系數(shù)小，有效降低臂長(zhǎng)受溫度變化的影響，保證正弦臂臂長(zhǎng)和機(jī)械性能的穩(wěn)定性。如圖5和圖6所示，所述的空心角隅棱鏡采用三塊形狀為直角等腰三角形的三角形反射鏡8拼接而成，三塊三角形反射鏡8頂點(diǎn)相對(duì)，工作面向內(nèi)，兩兩垂直。三角形反射鏡8為微晶玻璃制成，工作面平面度0. 03 μ m,三角形反射鏡8厚度在6mm 8mm(例如6m、 7mm 或 8mm)。這三塊三角形反射鏡8通過(guò)金屬套套住，該金屬套也采用三塊殷鋼基板12兩兩垂直拼接而成，即每塊三角形反射鏡8的背面為一塊基板12。在每塊三角形反射鏡8背面用光學(xué)結(jié)構(gòu)膠粘接三塊永磁體13，每塊永磁體13嵌入對(duì)應(yīng)的一塊基板12內(nèi)，且每塊永磁體13與該基板12上的調(diào)整螺塞9端面靠住，通過(guò)三個(gè)調(diào)整螺塞9可以調(diào)整三角形反射鏡8的角度(調(diào)整相鄰三角形反射鏡8為90°，每個(gè)三角形反射鏡8與安裝蓋11夾角為 55° 44' 9.6")。在三塊三角形反射鏡8拼接形成的工作口面上加裝一塊銦鋼安裝蓋11，安裝蓋11 中心面上加工有等邊三角形的通光孔14。安裝蓋11邊緣還加工有向正弦臂1上的方形槽 3內(nèi)安裝的安裝孔10。所述的通光孔14的最大內(nèi)切圓的直徑就是空心角隅棱鏡的通光口徑。當(dāng)正弦臂旋轉(zhuǎn)到工作角度的極限時(shí)，通光口徑必須保證光束可以進(jìn)入空心角隅棱鏡，從而可以確定通光口徑的大小。本發(fā)明通過(guò)對(duì)激光小角度測(cè)量裝置的正弦臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，使裝置裝調(diào)更加方便，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的考察表現(xiàn)出較好的測(cè)量效果，系統(tǒng)分辨率達(dá)到 0.001"，漂移量?jī)?yōu)于0.03" /h，與測(cè)量不確定度為0.05"小角度測(cè)量?jī)x進(jìn)行數(shù)據(jù)比較，角度偏差小于0.05"?？招慕怯缋忡R加工過(guò)程中只要對(duì)反光面的平面度、三組件的角度等工藝方面進(jìn)行要求，實(shí)現(xiàn)更為容易；加工好的空心角隅棱鏡經(jīng)過(guò)時(shí)效后，性能幾乎不發(fā)生變化，把角隅棱鏡對(duì)總誤差的影響降至最低，對(duì)于提高激光測(cè)角精度提供了保證。
權(quán)利要求
1.一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于該正弦臂(1)外形為長(zhǎng)方體，以正弦臂(1)的中心為對(duì)稱中心，在正弦臂(1)的兩端部對(duì)稱位置處開設(shè)兩個(gè)方形槽 (3)，兩個(gè)方形槽(3)內(nèi)的底部均開設(shè)空心角隅棱鏡安裝孔O)，兩個(gè)空心角隅棱鏡安裝孔 (2)的中心距為正弦臂光學(xué)臂長(zhǎng)；兩個(gè)空心角隅棱鏡分別固定在這兩個(gè)方形槽(3)內(nèi)的空心角隅棱鏡安裝孔(2)上；正弦臂(1)的中心區(qū)域?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，在中心區(qū)域兩側(cè)的背面還對(duì)稱開設(shè)兩個(gè)帶有斜筋的方形槽(6)，帶有斜筋的方形槽(6)內(nèi)加工有斜筋(5)；所述的空心角隅棱鏡采用三塊形狀為直角等腰三角形的三角形反射鏡(8)拼接而成，三塊三角形反射鏡(8)頂點(diǎn)相對(duì)，工作面向內(nèi)，兩兩垂直。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于 所述的空心角隅棱鏡的三塊三角形反射鏡(8)通過(guò)金屬套套住，該金屬套也采用三塊銦鋼基板(1 兩兩垂直拼接而成，即每塊三角形反射鏡(8)的背面為一塊基板(1 ；在每塊三角形反射鏡(8)背面粘接三塊永磁體(13)，每塊永磁體(1 均嵌入一塊對(duì)應(yīng)的基板(12) 內(nèi)，且每塊永磁體(1 與該基板(1 上的一個(gè)調(diào)整螺塞(9)端面靠住，通過(guò)三個(gè)調(diào)整螺塞 (9)可以調(diào)整三角形反射鏡(8)的角度；在三塊三角形反射鏡(8)拼接形成的工作口面上設(shè)置一塊安裝蓋(11)，安裝蓋(11)中心面上開設(shè)有等邊三角形的通光孔(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于 所述的安裝蓋(11)的邊緣上設(shè)有的安裝孔(10)；所述的安裝蓋(11)中心的通光孔(14)的最大內(nèi)切圓的直徑就是空心角隅棱鏡的通光口徑。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于 所述的相鄰三角形反射鏡(8)之間的角度為90°，所述的每個(gè)三角形反射鏡(8)與安裝蓋 (11)夾角為55° 44' 9.6〃 ；三角形反射鏡(8)的厚度在6 8mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于 所述的三角形反射鏡(8)為微晶玻璃制成，工作面平面度0.03 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于 所述的兩個(gè)方形槽C3)的內(nèi)壁均沿圓周均布3個(gè)帶螺紋孔的耳式凸起G)，兩個(gè)空心角隅棱鏡分別放置在兩個(gè)方形槽(3)內(nèi)，通過(guò)螺栓穿過(guò)設(shè)在耳式凸起(4)上的螺紋孔固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于 所述的正弦臂(1)中心區(qū)域?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)的頂端向底端方向加工4個(gè)沉孔(7)，采用螺釘通過(guò)沉孔(7)可將正弦臂(1)固定在軸系上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂，其特征在于 所述的正弦臂的光學(xué)臂長(zhǎng)D為300 500mm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于激光小角度測(cè)量裝置的新型正弦臂。其在正弦臂的兩端部對(duì)稱位置處開設(shè)兩個(gè)方形槽，兩個(gè)方形槽內(nèi)的底部均開設(shè)空心角隅棱鏡安裝孔，兩個(gè)空心角隅棱鏡分別固定在空心角隅棱鏡安裝孔上；正弦臂的中心區(qū)域?yàn)閷?shí)心結(jié)構(gòu)，在中心區(qū)域兩側(cè)的背面還對(duì)稱開設(shè)兩個(gè)帶有斜筋的方形槽；所述的空心角隅棱鏡采用三塊形狀為直角等腰三角形的三角形反射鏡拼接而成，三塊三角形反射鏡頂點(diǎn)相對(duì)，工作面向內(nèi)，兩兩垂直。本發(fā)明所述的正弦臂應(yīng)用于激光小角度測(cè)量裝置，能夠提高裝置的靈敏度，降低對(duì)環(huán)境變化的敏感性，減少影響系統(tǒng)測(cè)量準(zhǔn)確度的誤差來(lái)源，使得激光小角度測(cè)量裝置的測(cè)量精度和穩(wěn)定性得到大幅度提升。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102506767SQ20111032790
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者劉勇, 孫方金, 梁雅軍 申請(qǐng)人:中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院, 北京航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所