通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè) 量方法。本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)單，角度測(cè)量范圍廣，范圍精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著制造技術(shù)的不斷發(fā)展，超精度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度精度可以低于，但這種回轉(zhuǎn) 工作臺(tái)成本較高，加工難度也比較大；而通用的水平轉(zhuǎn)臺(tái)成本較低，但分度精度只有，因此 亟需一種高精度的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量方法，用于對(duì)低精度通用水平 轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測(cè)量，使他們具有較高的工作精度。
[0003] 在現(xiàn)有的機(jī)械角度的標(biāo)定技術(shù)中，英國(guó)Renishaw公司將激光干涉儀的小角度附 件與端齒盤(pán)等結(jié)合，用于回轉(zhuǎn)工作臺(tái)位置精度的檢測(cè)。但在實(shí)際使用中，由于端齒盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng) 需要一個(gè)往復(fù)上下的運(yùn)動(dòng)，測(cè)量激光束不易對(duì)準(zhǔn)。北京信息科技大學(xué)的科研人員提出了使 用光電自準(zhǔn)直儀測(cè)量回轉(zhuǎn)工作臺(tái)定位精度的方法，使數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與光學(xué)多面棱體一起 繞數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)同軸旋轉(zhuǎn)，將采集到的像素距離代入由雙頻激光干涉儀對(duì)光電自準(zhǔn)直儀 進(jìn)行標(biāo)定而獲得角度標(biāo)定公式，從而計(jì)算旋轉(zhuǎn)角度的誤差。這種方法標(biāo)定時(shí)要用到雙頻干 涉儀，激光干涉儀側(cè)角范圍小，對(duì)使用環(huán)境要求苛刻，無(wú)法廣泛應(yīng)用于轉(zhuǎn)臺(tái)角度測(cè)量中。
[0004] 在高精度科學(xué)實(shí)驗(yàn)尤其是在光柵對(duì)組成的壓縮器中，對(duì)光束入射角度有很高的要 求，現(xiàn)有的方法是采用量角器來(lái)確定光束入射角，操作過(guò)于簡(jiǎn)單，誤差比較大。
[0005] 因此，需要一種操作簡(jiǎn)單、精度高的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn) 角度的測(cè)量方法。該方法特別適用于工業(yè)和科研中絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的精密校正和測(cè) 量，具有操作簡(jiǎn)單，角度測(cè)量范圍廣，范圍精度高等優(yōu)點(diǎn)。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0008] 一種通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下 步驟：
[0009] 1)建立測(cè)量光路：該測(cè)量光路包括寬帶光源，沿該寬帶光源的激光輸出方向依次 是孔徑光闌、衰減片、分光鏡、第一反射鏡、第二反射鏡、角錐，經(jīng)所述的角錐的反射光方向 依次是第二反射鏡、第一反射鏡、分光鏡、聚焦透鏡、探頭、光纖、光纖光譜儀，所述的光纖光 譜儀的輸出端與計(jì)算機(jī)的輸入端相連，利用所述的光纖光譜儀測(cè)量記錄寬帶光源輸出光的 光譜，微調(diào)第一反射鏡和第二反射鏡使所述的光纖光譜儀測(cè)得的光譜強(qiáng)度最大；
[0010] 2)移除角錐，旋轉(zhuǎn)通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)至零刻度位置，旋轉(zhuǎn)次數(shù)η記為零，即η = 0,此 時(shí)通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)初始角度Stl= 0,將反射式衍射光柵放置在所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)上，且所 述的反射式衍射光柵的光柵條紋垂直于通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)的臺(tái)面，調(diào)整所述的反射式衍射光柵 相對(duì)第二反射鏡輸出光路的角度姿態(tài)直到所述的光纖光譜儀測(cè)得尖銳的滿足利特羅角條 件的光譜信號(hào)；
[0011] 3)確定所述的反射式衍射光柵光柵的初始角度：計(jì)算機(jī)利用如下光柵方程
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量方法，其特征在于該方法包括如下步 驟： 1) 建立測(cè)量光路：該測(cè)量光路包括寬帶光源（1)，沿該寬帶光源（1)的激光輸出方向依 次是孔徑光闌（2)、衰減片（3)、分光鏡（4)、第一反射鏡（5)、第二反射鏡（6)、角錐（7)，經(jīng) 所述的角錐（7)的反射光方向依次是第二反射鏡(6)、第一反射鏡（5)、分光鏡（4)、聚焦透 鏡（10)、探頭（11)、光纖（12)、光纖光譜儀（13)，所述的光纖光譜儀（13)的輸出端與計(jì)算 機(jī)（14)的輸入端相連，利用所述的光纖光譜儀（13)測(cè)量記錄寬帶光源⑴輸出光的光譜， 微調(diào)第一反射鏡（5)和第二反射鏡（6)使所述的光纖光譜儀（13)測(cè)得的光譜強(qiáng)度最大； 2) 移除角錐（7)，旋轉(zhuǎn)通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)至零刻度位置，旋轉(zhuǎn)次數(shù)η記為零，即η = 0,此 時(shí)通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)初始角度Stl=O,將反射式衍射光柵（8)放置在所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9) 上，且所述的反射式衍射光柵（8)的光柵條紋垂直于通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)的臺(tái)面，調(diào)整所述的 反射式衍射光柵（8)相對(duì)第二反射鏡（6)輸出光路的角度姿態(tài)直到所述的光纖光譜儀（13) 測(cè)得尖銳的滿足利特羅角條件的光譜信號(hào)； 3) 確定所述的反射式衍射光柵（8)光柵的初始角度：計(jì)算機(jī)（14)利用如下光柵方程 2??χ\φ,λ =A1 計(jì)算出此時(shí)第二反射鏡（6)輸出光路相對(duì)于所述的反射式衍射光柵（8)的入射角： φη =arcsin(/L/2c/) 其中，d為光柵常數(shù)，A1為峰值波長(zhǎng)，9?為利特羅角，即此時(shí)反射式衍射光柵（8)相 對(duì)第二反射鏡（6)輸出光路的入射角； 4) 計(jì)算絕對(duì)角度測(cè)量值：令所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)的旋轉(zhuǎn)次數(shù)為η = n+1，第η次旋 轉(zhuǎn)所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)至第η個(gè)非零刻度處，對(duì)應(yīng)的刻度值為αη，所述的光纖光譜儀 (13)將測(cè)得另一峰值波長(zhǎng)λ 2，計(jì)算機(jī)（14)通過(guò)如下公式計(jì)算出通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)的第η 次的旋轉(zhuǎn)角度Δ θ η: Δ 0n=arcsin(A 2/2d)-arcsin ( λ ^2(1) 累積的旋轉(zhuǎn)角度
所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)的第η個(gè)非零刻度對(duì)應(yīng)的絕對(duì)角度測(cè)量值θη為初始角度 和累積的旋轉(zhuǎn)角度Δ Θ之和； 5) 將步驟4)得到的第η個(gè)非零刻度對(duì)應(yīng)的絕對(duì)角度測(cè)量值0"與通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9) 的第η個(gè)刻度值αη比較，得到所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)第η個(gè)刻度值Θ "與絕對(duì)角度測(cè)量 值αη的誤差； 6) 令所述的光纖光譜儀（13)的峰值波長(zhǎng)為X1，當(dāng)所述的光纖光譜儀（13)測(cè)得的光 譜信號(hào)靠近所述的寬帶光源（1)光譜范圍的一側(cè)邊緣時(shí)，則調(diào)整第一反射鏡（5)或第二反 射鏡（6)，直到光纖光譜儀（13)測(cè)得的光譜信號(hào)靠近寬帶光源（1)光譜范圍的另一側(cè)邊緣， 重新記錄所述的光纖光譜儀（13)的峰值波長(zhǎng)為λ 1; 7) 返回步驟4)，直至完成所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)的360度絕對(duì)角度的測(cè)量； 8) 以所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)刻度值為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的絕對(duì)角度測(cè)量值為縱坐標(biāo)，作 出測(cè)量曲線，所述的通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)（9)任意兩個(gè)刻度之間的旋轉(zhuǎn)角度△ Θ等于相對(duì)應(yīng)的縱 坐標(biāo)之差。
【專(zhuān)利摘要】一種通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量方法，測(cè)量系統(tǒng)包括寬帶光源、孔徑光闌、分光鏡、反射式衍射光柵、平面鏡對(duì)、聚焦透鏡、光纖光譜儀和計(jì)算模塊。所述方法包括：寬帶光源輸出光束透過(guò)分光鏡和平面鏡對(duì)被光柵衍射返回；衍射光被分光鏡反射取樣，經(jīng)透鏡聚焦后進(jìn)入光纖光譜儀；光纖光譜儀采集光譜信息；計(jì)算機(jī)根據(jù)采集的光譜峰值波長(zhǎng)確定入射光束在光柵上的入射角，即入射光束與反射式衍射光柵間的絕對(duì)角度；確定通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)初始角度，旋轉(zhuǎn)通用水平轉(zhuǎn)臺(tái)，根據(jù)峰值波長(zhǎng)的變化確定旋轉(zhuǎn)角度和絕對(duì)角度。本發(fā)明特別適用于工業(yè)和科研中絕對(duì)角度和旋轉(zhuǎn)角度的精密校正和測(cè)量，具有操作簡(jiǎn)單，角度測(cè)量范圍廣，范圍精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】G01B11-26
【公開(kāi)號(hào)】CN104634280
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510054221
【發(fā)明人】李帥, 李朝陽(yáng), 王乘, 李妍妍, 許毅, 陳運(yùn), 冷雨欣, 李儒新
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年2月3日