專利名稱：游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種高精度角位移檢測裝置，具體涉及ー種游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀。
背景技術(shù)：
在精密測試計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，光 電自準(zhǔn)直儀的廣泛應(yīng)用于小角度測量、高精度角度標(biāo)校、導(dǎo)軌的平直度、精密平臺(tái)的平面度、轉(zhuǎn)臺(tái)位置不確定度等測量領(lǐng)域，是機(jī)械制造、造船、航空航天、計(jì)量測試、科學(xué)研究等部門必備的常規(guī)測量儀器。特別是在精密、超精密定位方面，更有不可替代的作用。它既可単獨(dú)用于工程測量，也可作為經(jīng)緯儀、測角儀、光學(xué)比較儀等光學(xué)計(jì)量儀器中的瞄準(zhǔn)及測量部件。由于光電自準(zhǔn)直儀實(shí)質(zhì)為高精度的數(shù)字圖像微位移檢測系統(tǒng)，改變狹縫類型成為提高其精度的關(guān)鍵要素。目前，光電自準(zhǔn)直儀中所用的狹縫類型主要有十字絲、圓孔、M形/V形/N形分劃、單狹縫、光柵等。十字絲、圓孔等直接與面陣探測器配合完成ニ維測量，受限于面陣器件自身的工作原理，其測量速度及精度都會(huì)受到限制。M形/V形/N形分劃板主要與單線陣CCD結(jié)合實(shí)現(xiàn)ニ維轉(zhuǎn)角測量，對(duì)狹縫與線陣CCD安裝精度要求較高，進(jìn)而影響測量范圍及測量精度。若采用單狹縫，則單狹縫作為圖像吋，圖像要素只有縫寬，不利于提高精度。光柵式光電自準(zhǔn)直儀的出現(xiàn)是ー種新的探索，該類型自準(zhǔn)直儀通過ー對(duì)光柵副產(chǎn)生的莫爾條紋的位移來獲得平面鏡的角位移信息。莫爾條紋位移信息不僅與光柵副之間的單根柵線的柵距差異有夫，還與光柵副之間的夾角有關(guān)，造成這種類型的自準(zhǔn)直儀對(duì)光柵的安裝較高，加之莫爾條紋本身的復(fù)雜性，要對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位，對(duì)后期圖像處理要求較高，實(shí)際測量精度及可靠性也受到限制(如果存在探測器響應(yīng)或光柵刻畫的誤差，影響就會(huì)更為嚴(yán)重)。

發(fā)明內(nèi)容
為克服前述背景技術(shù)存在的不足，本發(fā)明了提供ー種精度高、可靠性好的游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀，包括在主光路上依次設(shè)置的単色光源(I)、多狹縫
(2)、分光鏡(3)、準(zhǔn)直物鏡(4)、可轉(zhuǎn)動(dòng)的平面反射鏡(5)以及在分光鏡分光光路上設(shè)置的線陣CXD (6)，多狹縫(2)與線陣CXD (6)共軛，光源(I)發(fā)出的光通過多狹縫(2)、經(jīng)分光鏡透射后在平面反射鏡(5)反射回分光鏡分光，成像于線陣CXD (6)處；其特殊之處在于所述多狹縫(2)由多個(gè)平行單狹縫組成，各平行單狹縫縫寬與縫間距均相等；以線陣CCD作為主尺，多狹縫(2)的像作為游標(biāo)尺，游標(biāo)尺與主尺滿足游標(biāo)細(xì)分原理。這樣，當(dāng)平面反射鏡(5)轉(zhuǎn)動(dòng)ー個(gè)小角度時(shí)，多狹縫(可稱之為“游標(biāo)狹縫”)圖像在線陣CXD有一定位移量，通過游標(biāo)原理來獲取游標(biāo)細(xì)分后的亞像元位移信息，CXD輸出信號(hào)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換，通過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系將位置信息轉(zhuǎn)換為角度量，從而能夠精確顯示角度變化。≤
基于上述基本技術(shù)方案，本發(fā)明還進(jìn)行了以下優(yōu)化限定和改進(jìn)上述單個(gè)狹縫的寬度大于或等于3倍的線陣CXD原始像元尺寸。設(shè)各平行單狹縫縫寬與縫間距均為d，狹縫個(gè)數(shù)為N，線陣CXD像元尺寸與像元間距均為Pd，對(duì)輸出的CCD信號(hào)進(jìn)行了 M倍硬件細(xì)分，則游標(biāo)尺與主尺滿足以下數(shù)學(xué)關(guān)系
權(quán)利要求
1.游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀，包括在主光路上依次設(shè)置的單色光源(I)、多狹縫(2)、分光鏡(3)、準(zhǔn)直物鏡(4)、可轉(zhuǎn)動(dòng)的平面反射鏡(5)以及在分光鏡分光光路上設(shè)置的線陣CXD (6)，多狹縫(2)與線陣CXD (6)共軛，光源(I)發(fā)出的光通過多狹縫(2)、經(jīng)分光鏡透射后在平面反射鏡(5)反射回分光鏡分光，成像于線陣CCD (6)處；其特征在于 所述多狹縫(2)由多個(gè)平行單狹縫組成，各平行單狹縫縫寬與縫間距均相等；以線陣CXD作為主尺，多狹縫(2)的像作為游標(biāo)尺，游標(biāo)尺與主尺滿足游標(biāo)細(xì)分原理。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于所述單個(gè)狹縫的寬度大于或等于3倍的線陣CCD原始像元尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于設(shè)各平行單狹縫縫寬與縫間距均為d，狹縫個(gè)數(shù)為N，線陣CXD像元尺寸與像元間距均為Pd，對(duì)輸出的CXD信號(hào)進(jìn)行了 M倍硬件細(xì)分，則游標(biāo)尺與主尺滿足以下數(shù)學(xué)關(guān)系
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于各參數(shù)的取值為2≤N≤50 ;2≤k≤100 ;1≤M≤20。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀，其特征在于所述光源為LED光源或激光光源。
全文摘要
本發(fā)明了提供一種精度高、可靠性好的游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀。該游標(biāo)狹縫式光電自準(zhǔn)直儀，包括在主光路上依次設(shè)置的單色光源(1)、多狹縫(2)、分光鏡(3)、準(zhǔn)直物鏡(4)、可轉(zhuǎn)動(dòng)的平面反射鏡(5)以及在分光鏡分光光路上設(shè)置的線陣CCD(6)，多狹縫(2)與線陣CCD(6)共軛；所述多狹縫(2)由多個(gè)平行單狹縫組成，各平行單狹縫縫寬與縫間距均相等；以線陣CCD作為主尺，多狹縫(2)的像作為游標(biāo)尺，游標(biāo)尺與主尺滿足游標(biāo)細(xì)分原理。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于高精度小角度精度測試，反射鏡動(dòng)靜態(tài)小角度誤差高精度測量、角位移傳感器角度標(biāo)校、光學(xué)平面冷加工件的小角度測量等。
文檔編號(hào)G01B11/30GK102865835SQ20121038000
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者劉愛敏, 高立民, 吳易明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所