一種激光對中儀接收系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種激光對中儀接收系統，包括物鏡、分光棱鏡、第一位敏探測器PSD1以及第二位敏探測器PSD2，應用于激光對中測量，涉及同軸度、平面度、直線度的測量。本與現有技術相比，改進了光路結構，在測量過程中不需要旋轉就可以測量獲得角偏量和平偏量，減少了操作步驟，降低了操作難度，提高了系統測量精度，達到了提高效率的作用，同時增加了適用范圍。
【專利說明】一種激光對中儀接收系統
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種激光對中儀接收系統，應用于激光對中測量，涉及同軸度、平 面度、直線度的測量。
【背景技術】
[0002] 平面度、直線度是重要的形位公差，在機械加工等領域是必不可少的測量量。對于 激光對中儀，光斑接收器的功能和準確度對軸對中的精度有著不可忽視的影響。現有可測 量平偏、角偏的光斑接收系統由單個PSD (Position Sensitive Detector)及采集、驅動系 統構成。激光發射器和光斑接收器分別固定于主動軸和從動軸上。以同一角速度和方向轉 動主動軸和從動軸時，激光束在PSD光敏面上的軌跡就會形成封閉的曲線。在理想對中情 況下，曲線就會變為一個點。若兩軸僅有平行偏差，則軌跡是一個圓。在一般情況下（包含 平行偏差和角度偏差），這條軌跡曲線既不是橢圓（圓為特例），更不是點。但可以肯定，該 曲線任一點的坐標由兩軸的相對位置決定。根據這一特性建立數學模型，即可從激光光斑 在PSD上的坐標計算出兩軸的相對偏差。（引用文獻：龔正烈，程曉曼，徐靜等.單光束LD/ PSD激光對中測量儀及其數學模型.光電子?激光.2002,13 (4) :378?381)
[0003] 雖然現有的光斑接收系統也能夠測量角偏和平偏，但是還存在以下缺陷：
[0004] 1、現有對中測量系統通過旋轉軸來測量角度偏差（角偏）和平行偏差（平偏）。 軸傳動是機械傳動的一種重要方式。軸傳動的一個關鍵問題就是要實現軸對中。機械軸系 是否對中對設備正常運行有著至關重要的影響。英國皇家研宄機構的一份調查報告指出， 50%以上的機器故障都是由于傳動設備聯軸器不對中引起的。因此，軸對中的改善具有重 要意義。
[0005] 2、現有的光斑接收器系統需要通過旋轉傳動軸才能測量出軸對中偏差量。對于難 以旋轉軸的情況，如傳動軸支撐座偏差的測量等，該方法將無法使用。另外，對于一些擴展 運用，如平面度、直線度的測量，該方法同樣無法使用。
【發明內容】
[0006] 為了解決【背景技術】中存在的缺陷，本實用新型提供一種激光對中儀接收系統，本 實用新型的目的是建立一套在測量過程中不需要旋轉就可以測量獲得角偏量和平偏量，提 高了測量效率，同時增加了適用范圍。
[0007] 本實用新型的技術解決方案：
[0008] -種激光對中儀接收系統，其特殊之處在于：包括物鏡、分光棱鏡、第一位敏探測 器PSDl以及第二位敏探測器PSD2,所述物鏡與分光棱鏡依次沿光路設置，所述第一位敏探 測器PSDl位于分光棱鏡的焦面上，所述第二位敏探測器PSD2位于分光棱鏡焦面后距離t 處以接收透射光束，其中t為第二位敏探測器PSD2與物鏡焦點的間距。
[0009] 本實用新型所具有的有益效果：
[0010] 1、這樣的光路系統可一次性完成現有激光對中系統旋轉一周測量的工作量。
[0011] 2、本實用新型研制的光斑接收系統主要由物鏡、分光棱鏡和兩個位敏探測器組 成。采用分光棱鏡分光獲得兩路獨立的光束，利用兩個位敏探測器接收被分光棱鏡折射和 透射的兩束獨立光束，完成光斑位置的采集。
[0012] 3、本實用新型通過采集激光光束能量中心在位敏探測器（PSDl和PSD2)位置處的 坐標，就能進行偏差量的計算。
[0013] 4、本實用新型的光斑接收器不會因為像差而影響實際平偏量的測定。
[0014] 5、本實用新型通過平偏量的測量可得到光線孔徑值，對PSD采集的光斑圖像計算 處理，可得到PSD位置處追擊光線坐標，再利用查找表便可得出排除像差影響的視場角，也 即是角偏量a'。測量值介于表中所列值之間時，采用曲線擬合計算角偏量。
[0015] 6、由于本實用新型采用了上述技術方案，它與現有技術相比，改進了光路結構，減 少了操作步驟，降低了操作難度，提高了系統測量精度，達到了提高效率的作用，同時增加 了適用范圍。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 圖1為本實用新型激光對中儀接收系統的結構示意圖；
[0017] 圖2為圖1的光學等效圖；
[0018] 圖3為本實用新型接收器的一維原理示意圖；
[0019] 圖4為細光束模型圖；
[0020] 其中附圖標記為：1_物鏡，2-分光棱鏡，3-第一位敏探測器PSD1，4_第一位敏探 測器PSD2。
【具體實施方式】
[0021] 任意空間直線的位置和方向需要四個獨立變量才能完全確定。例如，可選定一個 垂直于Z軸的X、Y平面作為參考面，那么空間光線可由它與XY面交點的坐標（x，y)和光線 對X、Y軸的方向余弦（Θ，Φ)來完全確定。
[0022] 無疑，對于需要測量的一個軸、孔或直線軌，也需要四個獨立變量來完全確定。本 實用新型中將兩個位置偏差定義為平偏、兩個角度偏差定義為角偏。
[0023] 本實用新型的結構和原理圖如圖1所示，基于分光棱鏡的光斑接收系統主要由物 鏡、分光棱鏡及兩個位敏探測器（PSDl和PSD2)組成。激光器發出的平行光通過物鏡后匯 聚，匯聚光束又被分光棱鏡分成兩束獨立的光束。其中，第一位敏探測器（PSDl)位于焦面 上，接收被反射的光束，所獲取光斑位置直接對應角偏量。第二位敏探測器（PSD2)位于焦 面后距離t處，接收透射的光束，與PSDl所測得光斑位置相結合即可得出平偏量。
[0024] 基準光束經過接收物鏡后變為匯聚光束，如圖1所示，再由分光棱鏡分為兩束光， 利用位敏探測器（如PSD)在其中一束光的焦面處和另一束光焦面后t處進行光斑采集，并 計算相應光斑位置。
[0025] 為了后續計算方便，上述光路可以等效為圖2所示光路。被分光棱鏡分成兩束光 的光路圖等效為圖2中只存在水平方向的一束光，先用PSDl在物鏡后焦面處采集光斑，再 用PSD2在焦面后t處采集光斑圖像。物鏡和分光棱鏡組成的光學系統由其兩個主面代替， 由于后續計算不涉及兩個主面之間的光路，因而又可以將兩個主面合并。
[0026] 實際測量的角偏量和平偏量都是二維空間矢量，這二維矢量可分解為兩個一維偏 差矢量。其中一維如圖3所示，為光學系統的一個過光軸的截面（即圖2中X ciOciZ面，X1J2 也在這個面內），圖中的光束為空間光束在此面的投影，通過如下所述的方法，可以得到光 束在Xtl方向的一維平偏量L，角偏量α ;另一維為垂直于該截面的另一截面（即圖2中YciOciZ 面，Yn Y2也在這個面內）。光束在二維空間的偏差量直接通過兩個平偏量和兩個角偏量表 不O
[0027] 下面描述一維偏差量的測量原理：
[0028] 1】角度測量：
[0029] 利用處于焦面位置處的PSDl所采集的光斑中心位置便可計算基準光束對應的主 光線與接受物鏡主光軸夾角α，計算公式為：
【權利要求】
1. 一種激光對中儀接收系統，其特征在于：包括物鏡、分光棱鏡、第一位敏探測器PSDl W及第二位敏探測器PSD2,所述物鏡與分光棱鏡依次沿光路設置，所述第一位敏探測器 PSD1位于分光棱鏡的焦面上，所述第二位敏探測器PSD2位于分光棱鏡焦面后距離t處W接 收透射光束，其中t為第二位敏探測器PSD2與物鏡焦點的間距。
【文檔編號】G01B11/00GK204228113SQ201420764900
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月5日 優先權日:2014年12月5日
【發明者】吳國俊, 齊文博, 張毅, 王維, 韋明智 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所