專利名稱：一種自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光學(xué)測(cè)量?jī)x器，具體地說涉及一種新型的自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x是利用光學(xué)自準(zhǔn)直原理進(jìn)行小角度測(cè)量的重要測(cè)量?jī)x器，由于它具有非常高的精度和分辨率，所以被大量應(yīng)用在角度測(cè)量、平板平面度測(cè)量、軸系角晃動(dòng)測(cè)量等方面，例如平臺(tái)的水平度、鐵軌的表面平滑及水平度、房屋墻壁的垂直平行度等的檢測(cè)。根據(jù)讀數(shù)裝置的不同，自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x分為使用測(cè)微目鏡讀數(shù)裝置的光學(xué)自準(zhǔn)直儀、以光電瞄準(zhǔn)對(duì)線代替人工瞄準(zhǔn)對(duì)線的光電自準(zhǔn)直儀以及基于DSP、CCD或CMOS技術(shù)的數(shù)字自準(zhǔn)直儀，它們的測(cè)量精度和測(cè)量范圍等也有所不同。當(dāng)測(cè)量平面度時(shí)，一般的自準(zhǔn)直儀只適用于當(dāng)平面整體相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平面傾斜時(shí)的情況，而不適用于被測(cè)平面略顯凹或凸的情況。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有自準(zhǔn)直儀不適用于測(cè)量略顯凹或凸的平面的不足，提供一種新型的自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x，其通過多點(diǎn)測(cè)量的方式，不僅可以利用求平均值的方式測(cè)出平面整體相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平面傾斜的偏移量，還可以測(cè)出平面略顯凹或凸時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)平面的偏移量。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案如下一種自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x，由光源、聚焦透鏡、準(zhǔn)直物鏡、分光棱鏡、CCD物鏡和面陣CCD 組成，其特征是，所述光源包括對(duì)稱分布于同一平面四個(gè)象限上的四個(gè)激光光源。本實(shí)用新型所述的自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x的面陣CCD采用CCD光電轉(zhuǎn)換器件。由于本實(shí)用新型所述自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x的光源由對(duì)稱分布的四個(gè)激光光源構(gòu)成，因此只要在面陣CCD上求得校準(zhǔn)狀態(tài)下四個(gè)激光光源形成的像點(diǎn)位置，然后再測(cè)得被測(cè)平面所形成的像點(diǎn)與校準(zhǔn)像點(diǎn)位置的偏移方向和大小，即可確定被測(cè)平面相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)平面的角度和凹凸偏移量，從而完成現(xiàn)有自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x無法完成的平面凹凸偏移量的測(cè)量。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為光源分布圖。圖3為面陣C⑶示意圖。圖4為測(cè)量流程圖。圖5為面陣CXD接收示意圖。圖中，1光源，2聚焦透鏡，3待測(cè)平面，4準(zhǔn)直物鏡，5分光棱鏡，6CXD物鏡，7面陣CXD。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作一說明。首先請(qǐng)參閱圖1本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖，圖示自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x由光源1、聚焦透鏡 2、準(zhǔn)直物鏡4、分光棱鏡5、(XD物鏡6和面陣(XD7組成。再請(qǐng)參閱圖2，所述光源1包括對(duì)稱分布于同一平面四個(gè)象限上的四個(gè)激光光源A、B、C、D，該四激光光源A、B、C、D分布在同一個(gè)圓上，其位置相對(duì)稱，且分別射出平行光束，該四激光光源A、B、C、D為功率相當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體激光器，同時(shí)配有可進(jìn)行三維調(diào)節(jié)的光源校準(zhǔn)裝置。所述聚焦透鏡2和分光棱鏡5沿縱向依次排列在光源1的前方，所述分光棱鏡5為一半透半反的直角棱鏡，所述準(zhǔn)直物鏡4橫向地設(shè)置于分光棱鏡5的左方，所述CXD物鏡6和面陣(XD7橫向地依次設(shè)置于分光棱鏡5 的右方，從而形成以分光棱鏡5為交點(diǎn)的T字形系統(tǒng)光路。所有光路構(gòu)件完全封裝于機(jī)械結(jié)構(gòu)中，為方便室外測(cè)量，采用IP66規(guī)格防水措施，并在儀器結(jié)構(gòu)外表面電鍍防銹材料，為保持整體平行特性，所有螺紋采用大口徑中心對(duì)稱六螺旋螺紋。所述面陣CCD7采用CCD光電轉(zhuǎn)換器件，并且其中嵌入了用于高速圖像數(shù)據(jù)處理的測(cè)試軟件。工作時(shí)，四束平行激光束先經(jīng)過聚焦透鏡2進(jìn)行聚焦，再經(jīng)過直角分光棱鏡5反射由準(zhǔn)直物鏡4射出；光束到達(dá)被測(cè)試平面3后經(jīng)全反射原路返回，然后經(jīng)過準(zhǔn)直物鏡4，透射通過分光棱鏡5，再通過CCD物鏡 6，最終到達(dá)面陣(XD7表面并且形成四處像點(diǎn)。圖3表示了當(dāng)被測(cè)平面3為理想平面時(shí)，面陣(XD7上在校準(zhǔn)狀態(tài)下四個(gè)激光光源A、B、C、D所分別形成的對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)像點(diǎn)OpO2W3和 O4。由于每次開機(jī)，光源中心及機(jī)械磨損都具有極微小的不確定性，為令其不定性降到最低，本實(shí)用新型所述自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x還配置一高精度標(biāo)準(zhǔn)平面校準(zhǔn)器件。在長(zhǎng)時(shí)間使用后，應(yīng)定期進(jìn)行儀器的維護(hù)性校準(zhǔn)，儀器的校準(zhǔn)機(jī)制采用機(jī)械校準(zhǔn)和軟件校準(zhǔn)兩步，以修補(bǔ)機(jī)械磨損、激光器長(zhǎng)期使用等造成的外界影響因素，從而完善測(cè)量機(jī)制，得到更加準(zhǔn)確的測(cè)量值。當(dāng)本實(shí)用新型用于表面粗糙度測(cè)量時(shí)，可以選配表面粗糙度測(cè)試構(gòu)件；測(cè)試時(shí)，可將面陣CCD7安裝在滑動(dòng)鋼球平臺(tái)上，當(dāng)面陣CCD7在物體被測(cè)表面上滑動(dòng)時(shí)，被測(cè)表面的粗糙引起鋼球上下運(yùn)動(dòng)，并傳遞至面陣CCD7，這時(shí)根據(jù)光源出射點(diǎn)的中心RMS變化值就能夠判定該物體被測(cè)表面的表面粗糙度。本實(shí)用新型所述自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x的工作原理簡(jiǎn)述如下。在選擇校準(zhǔn)的情況下，儀器首先進(jìn)行基本的儀器參數(shù)設(shè)定，如測(cè)量環(huán)境、測(cè)試溫度等，校準(zhǔn)平面采用理想的標(biāo)準(zhǔn)平面， 從而得到面陣(XD7上校準(zhǔn)像點(diǎn)Op 02、O3和O4的位置坐標(biāo)。然后啟動(dòng)測(cè)量程序，見圖4測(cè)量流程圖。程序開始后，用戶可以通過中斷選擇是否進(jìn)行校準(zhǔn)或者退出程序，如果選擇結(jié)束程序，則系統(tǒng)停止。校準(zhǔn)后所獲得的參數(shù)覆蓋原始參數(shù)，之后回到正常測(cè)試程序中。依照第一、二、三、四象限的次序逐一計(jì)算激光光源A、B、C、D在面陣(XD7上形成的像點(diǎn)A’、B’、C’ 和D’與校準(zhǔn)像點(diǎn)OpOp O3和O4的位置差值。若被測(cè)平面為標(biāo)準(zhǔn)平面，則四個(gè)像點(diǎn)A’、B’、 C’和D’應(yīng)該分別與面陣(XD7上的校準(zhǔn)像點(diǎn)OpOy O3和O4重合；若四點(diǎn)不能完全重合，如圖5所示，激光光源A的像點(diǎn)A’相對(duì)O1出現(xiàn)偏移，表明被測(cè)平面第一象限部分相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)平面有偏移，且成凸面的形狀，其它象限也可做類似分析。帶有四個(gè)像點(diǎn)偏移方向和大小信息的數(shù)據(jù)通過串口或者無線模塊發(fā)送至計(jì)算機(jī)，之后分別轉(zhuǎn)換成角度值，再通過軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行后期處理，以更精確的測(cè)量出被測(cè)平面相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)平面的偏移量。
權(quán)利要求1.一種自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x，由光源、聚焦透鏡、準(zhǔn)直物鏡、分光棱鏡、CXD物鏡和面陣CXD組成，其特征是，所述光源包括對(duì)稱分布于同一平面四個(gè)象限上的四個(gè)激光光源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x，其特征是，所述面陣CCD采用CCD光電轉(zhuǎn)換器件。
專利摘要一種自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x，由光源、聚焦透鏡、準(zhǔn)直物鏡、分光棱鏡、CCD物鏡和面陣CCD組成，其特征是，所述光源包括對(duì)稱分布于同一平面四個(gè)象限上的四個(gè)激光光源。本實(shí)用新型由對(duì)稱分布的四個(gè)激光光源發(fā)出的光線入射到被測(cè)平面所在坐標(biāo)系的四個(gè)象限，通過分別判斷四個(gè)光源在面陣CCD上的像點(diǎn)與面陣CCD上的校準(zhǔn)像點(diǎn)位置坐標(biāo)間的差值來檢測(cè)被測(cè)平面的平面度，所述自準(zhǔn)直測(cè)量?jī)x適用于被測(cè)平面是凹面或凸面的情況。
文檔編號(hào)G01B11/30GK202101652SQ201120119588
公開日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者張振一, 王亮亮, 逯興蓮 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)