專利名稱：一種環光棚法空間直線度測量裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種空間直線度測量裝置，具體地說，是一種利用環形光柵形成莫爾條紋的方法進行空間直線度測量的裝置。
背景技術：
目前測量物體運動的直線度的方法有三種干涉法、能量重心法和衍射圖案法。《雙頻激光干涉儀》(北京，中國計量出版社，1987年3月)中介紹，干涉法所使用的測量裝置包括激光器、偏振分光棱鏡、角反射鏡、偏振片、光電探測器和記數電路等。其工作機理是激光器發出的光經偏振分光棱鏡后分解成偏振方向相互垂直的兩束光，這兩束光經角反射鏡垂直反射后，按原路返回，經分束鏡和偏振片后進入光電探測器，兩束光在光電探測器上形成干涉條紋。在被測物體的運動過程中，如果角反射鏡有上下移動，則干涉條紋將發生變化，此變化將由記數電路記錄下來，從而測出直線度。該裝置存在著記數不能中斷，也就是測量信號必須連續的問題。
《PSD激光直線度測量儀》(《傳感器技術》，1997年，16卷，2期，21頁)介紹了能量重心法。能量重心法所使用的測量裝置包括激光器、四像限光電池等部件。該裝置的工作機理是激光器發出的光射到四像限光電池上，根據光斑照射在電池四個部分的量的大小，輸出的電信號經組合后可得到光電池相對光束的位置信號，從而測出物體運動的直線度。該裝置克服了干涉法所要求的測量信號必須連續性的缺陷，但該裝置卻存在著光束強度模式不能變化和抗激光器光束漂移性差的問題。
在《高精度激光準直及其可能應用》(《激光》，1980年，7卷，3期，54頁)一文中介紹了衍圖案法。衍射圖案法所使用的測量裝置由激光器、擴散透鏡、波帶片和十字衍射光斑等部件組成。其工作機理是激光器發出的光經透鏡擴散在波帶片上，波帶片的透光帶的形狀是根據衍射理論而特殊設計的，于是在某些特定的位置，會形成十字衍射光斑，這一系列十字的中心在空間形成一條直線，被測物體的位置與十字中心相比，就可以得出直線度。該裝置克服了上述二種裝置的缺陷，其測量信號可中斷，并且抗激光器光束漂移性好。但由于該裝置只有在某些特定的位置，才有清晰的衍射光斑，因此測量位置是不連續的。
能量重心法和衍射圖案法存在分辨率不高的問題。三種方法均存在電噪聲影響大或較大的缺陷。
發明內容
本發明的目的在于提供一種能克服上述三種測量裝置缺陷的新的空間直線度測量裝置。該裝置測量信號可中斷，測量位置連續，抗激光器光束漂移性好，并且電噪聲影響小，是一種綜合性能好的空間直線度測量裝置。
為實現上述發明目的，本發明環光柵法空間直線度測量裝置，包括激光器、擴束準直透鏡、圓錐鏡和環形光柵，環形光柵通過二維調整架固定于被測物體上、并基本垂直于被測物體運動方向，擴束準直鏡和圓錐鏡依次置放在激光器和環形光柵之間，并且均處于激光器光路上。
作為本發明的改進，在所述環形光柵與所述激光器相對的另一側還可設置與計算機相聯接的攝像機。
本發明由于用環形光柵與光斑作用產生莫爾條紋，光柵和光斑的密度可以同時增大，因此理論測量分辨率可與干涉法相當。本發明與干涉法相比，主要具有測量信號連續的優點。與能量重心法相比，本發明具有分辨率高、抗激光光束漂移性好和電噪聲影響小等優點。本發明與衍射圖案法相比，具有分辨率高、測量位置連續的優點。總之，本發明是一種綜合性能好的空間直線度測量裝置。
下面結合附圖對本發明作進一步詳細的說明。
圖1為本發明環光柵法空間直線度測量裝置的一種結構示意圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本實施例選用He-Ne激光器，激光器1也可以是其它類型的激光器，例如半導體激光器，但使用單模He-Ne激光器，該測量裝置效果更好。擴束準直透鏡可以是由兩正透鏡構成的開普勒望遠鏡或由一負透鏡和一正透鏡構成的伽里略望遠鏡。激光器1發出的光經擴束準直透鏡2擴束準直后成為平行光，再通過圓錐鏡3成為無衍射光，這時光束截面是一系列明暗相間的等距同心圓，這些同心圓的中心傳播軌跡是一條自然直線。環形光柵4通過二維調整架5固定在被測物體6上，并且使環形光柵4基本垂直于被測物體的運動方向。二維調整架5可以調整光柵位置，使得光柵位于激光器光路上。環形光柵4與被測物體一起運動。無衍射光照射在環形光柵上，當無衍射光環中心與環形光柵中心基本重合時(偏差小于一個柵距)，在光柵上將出現莫爾條紋，條紋的形狀由中心偏差量決定。
此時，直接用人眼即可根據莫爾條紋的形狀估算無衍射光環中心與環形光柵之間的偏差，這一偏差也就是無衍射光環中心跡線與被測物體橫向位置之間的偏差；如果調節二維調整架，使莫爾條紋的形狀為同心圓，并記錄x和y兩個方向的調節值，也可得到無衍射光環中心跡線與被測物體橫向位置之間的偏差；如果用攝像機7將莫爾條紋圖象傳給計算機，可更準確計算出無衍射光中心與環形光柵之間的偏差。
得到了無衍射光環中心跡線與被測物體橫向位置之間的偏差，也就得到物體運動的直線度。
權利要求
1.一種環光柵法空間直線度測量裝置，包括激光器和擴束準直透鏡，其特征在于該裝置還包括圓錐鏡(3)和環形光柵(4)，環形光柵(4)通過二維調整架(5)固定于被測物體(6)上、并垂直于被測物體(6)的運動方向，擴束準直鏡(2)和圓錐鏡(3)依次置放在激光器(1)和環形光柵(4)之間、并處于激光器(1)光路上。
2.根據權利要求1所述的激光直線度測量裝置，其特征在于在所述環形光柵(4)與所述激光器(1)相對的另一側還設置有與計算機(8)相聯接的攝像機(7)。
3.根據權利要求1或2所述的激光直線度測量裝置，其特征在于所述激光器為He-Ne激光器或半導體激光器。
全文摘要
本發明公開了一種環光柵法空間直線度測量裝置,包括激光器、擴束準直透鏡、圓錐鏡和環形光柵,環形光柵通過二維調整架固定于被測物體上、并基本垂直于被測物體運動方向,擴束準直鏡和圓錐鏡依次置放在激光器和環形光柵之間,并且均處于激光器光路上。該裝置還可以增設攝像機和計算機。采用環形光柵與光斑作用產生莫爾條紋,光柵和光斑的密度可以同時增大,因此測量分辨率高。本發明還具有測量信號可中斷、測量位置連續、抗激光器光束漂移性好等特點,是一種綜合性能優良的空間直線度測量裝置。
文檔編號G01B11/27GK1335485SQ0111438
公開日2002年2月13日 申請日期2001年7月26日 優先權日2001年7月26日
發明者趙斌 申請人:華中科技大學