一種激光干涉儀的角度測量校準裝置及系統的制作方法

本實用新型涉及一種角度校準裝置，尤其涉及一種激光干涉儀的角度測量校準裝置，并涉及包括了該激光干涉儀的角度測量校準裝置的角度測量校準系統。
背景技術：
：激光干涉儀在測量角度時，測量光路和原理如圖1和圖2所示，激光頭1發出的激光在角度干涉鏡2中分為兩路，分別指向角度反射鏡3中的兩個角錐棱鏡；當角度反射鏡3整體轉動角度α時，由于角錐棱鏡反射回的兩束光的光程差發生變化δ，測量傳遞函數為：α＝arcsin(δ/A)。在測量傳遞函數α＝arcsin(δ/A)中，α＝0、δ＝0為函數的原點0，這就意味著開始測量時必調整角度反射鏡3，使入射激光垂直于角度反射鏡3的兩個角錐棱鏡的錐尖連線，即角度反射鏡3的光學中心線。這在實際操作時是難以實現的。如圖3所示，由于儀器安裝不準確,在測量開始時角度反射鏡3存在偏斜角度α0，該偏斜角度α0稱為起始零位誤差，如果此時將激光干涉儀軟件系統中角度反射鏡3的讀數清零，則系統運行在α＝α0，δ＝δ0(δ0＝arcsinα0)坐標系中(0′)。測量時角度反射鏡3旋轉β角(在0′坐標系內)，而計算得到的角度是在0坐標系的β0，顯然β-β0為起始零位誤差α0造成的測量誤差，如圖3所示。在生產現場消除角度反射鏡3的起始零位誤差是非常困難的，通常靠調整角度反射鏡3使其表面反射光與入射光重合。但是由于角度反射鏡3的表面一般鍍有增透膜，反射光極其微弱，為了增加反射光的強度，也可采用一片平面鏡貼在角度反射鏡3表面，使其反射面與角度反射鏡3的光學中心線平行，并以此面為參考，調整角度反射鏡3的方向。但是實際操作中角度反射鏡3的光學中心線難以確定。采用這種方法難以確定零位誤差，理想情況下會引起至少幾秒的測量誤差。在測量傳遞函數中，測量角度與角度反射鏡3的常數A密切相關。如果將測量傳遞函數式微分，得例如A的設計值取30mm，由計算在10°時，不同的dA引起的誤差：dA＝0.18mm時，則dα＝216″，誤差為0.6％；dA＝0.06mm時，則dα＝72″，誤差為0.2％；很顯然角度反射鏡3常數A的尺寸誤差直接影響激光干涉儀角度測量的不確定度。在實際測量中，經常利用自帶刻度的轉臺對角度反射鏡3的常數A進行校準，但是被測轉臺和自帶刻度轉臺必須以相同的特定角度相向旋轉，要么校準方法復雜，要么計算公式和數據處理方法還存在錯誤，會引起新的人為誤差。如專利號為CN101236076A中對初始零位誤差及角度反射鏡3的常數A補償因子計算就存在錯誤，反射鏡從初始零位誤差點順時針轉過θ，逆時針轉到φ，其實際光程差計算存在錯誤導致整個計算錯誤，由其計算公式得到其光程差計算公式為Asinθ＝τAsinρ-τAsinα0和-Asinφ＝τAsinγ-τAsinα0，此兩式的幾何意義和實際光程變化的物理過程不符，實際順時針旋轉θ時光程變化應該為τAsin(α0+θ)-τAsinα0＝Asinρ，逆時針旋轉φ角時光程變化量應該為τAsin(α0-φ)-τAsinα0＝Asinγ，所以其零位補償角和反射鏡常數的補償因子最終結果均存在一定錯誤。因此，現有技術中存在以下幾個缺點：第一、校準過程復雜，數據處理麻煩，校準精度有限；第二、校準計算公式存在錯誤，數據處理誤差較大；第三、校準系統中設計的標準角度，大小難以保證準確，由于機械上制作的公差，插銷或者V槽為了保證能夠固定件嵌入，會有一定容差，但是這種容差帶來的角度誤差在精確測量中不可忽視，這個基準角度也必須多次測量取均值才能確定，準確度差。技術實現要素：本實用新型所要解決的技術問題是需要提供一種結構簡單，標準角度誤差小，并且能夠提高校準效率的激光干涉儀的角度測量校準裝置，并提供包括了該激光干涉儀的角度測量校準裝置的角度測量校準系統。對此，本實用新型提供一種激光干涉儀的角度測量校準裝置，包括：激光頭、角度干涉鏡、角度反射鏡、轉臺上盤、轉臺下盤和轉臺底座，所述角度干涉鏡設置于所述激光頭和角度反射鏡之間，所述角度反射鏡設置于所述轉臺上盤上，所述轉臺上盤設置于所述轉臺下盤上；所述轉臺底座設置有凹槽，所述轉臺下盤通過凹槽設置于所述轉臺底座上。本實用新型的進一步改進在于，所述轉臺底座設置有連接件，所述轉臺底座通過連接件固定至外部的被測轉臺上。本實用新型的進一步改進在于，所述連接件包括螺栓孔和/或螺絲孔。本實用新型的進一步改進在于，還包括轉軸和驅動構件，所述轉軸固定設置于所述轉臺上盤的下方，所述驅動構件與所述轉軸相連接。本實用新型的進一步改進在于，所述驅動構件為馬達。本實用新型的進一步改進在于，所述驅動構件固定設置于所述轉臺下盤的內部。本實用新型的進一步改進在于，還包括角度光柵，所述角度光柵設置于所述轉軸的下方。本實用新型的進一步改進在于，還包括控制系統，所述控制系統分別與所述角度光柵和驅動構件相連接。本實用新型的進一步改進在于，還包括無線信號接收裝置，所述無線信號接收裝置設置于所述轉臺下盤的內部。本實用新型還提供一種激光干涉儀的角度測量校準系統，包括了如上所述的激光干涉儀的角度測量校準裝置，并包括數據處理裝置，所述數據處理裝置與所述激光頭實現通訊。與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于：結構精密，標準角度誤差小，能夠通過主動生成一定偏角來校準初始零位角，所述偏角可以通過角度光柵和驅動構件來主動生成，該生成的角度較為精確；在此基礎上，在校準的過程中還能夠同時校準初始零位誤差和角度反射鏡的常數，簡化了激光干涉儀的校準步驟，提高了其校準效率。附圖說明圖1是現有技術中激光干涉儀的角度測量光路原理圖；圖2是現有技術中激光干涉儀的角度測量原理示意圖；圖3是現有技術中激光干涉儀的起始零位誤差原理示意圖；圖4是本實用新型一種實施例的系統結構示意圖；圖5是本實用新型一種實施例的轉臺剖面結構示意圖；圖6是本實用新型一種實施例中角度反射鏡逆時針旋轉的角度校準原理示意圖；圖7是本實用新型一種實施例中角度反射鏡順時針旋轉的角度校準原理示意圖。具體實施方式下面結合附圖，對本實用新型的較優的實施例作進一步的詳細說明。如圖4和圖5所示，本例提供一種激光干涉儀的角度測量校準裝置，包括：激光頭1、角度干涉鏡2、角度反射鏡3、轉臺上盤4、轉臺下盤5和轉臺底座6，所述角度干涉鏡2設置于所述激光頭1和角度反射鏡3之間，所述角度反射鏡3設置于所述轉臺上盤4上，所述轉臺上盤4設置于所述轉臺下盤5上；所述轉臺底座6設置有凹槽，所述轉臺下盤5通過凹槽設置于所述轉臺底座6上。本例所述轉臺底座6設置有連接件7，所述轉臺底座6通過連接件7可以固定至外部的其他被測轉臺上，提高其使用的靈活性。所述連接件7優選包括螺栓孔和/或螺絲孔。如圖5所示，本例還包括轉軸9、驅動構件10、角度光柵11和控制系統12，所述轉軸9固定設置于所述轉臺上盤4的下方，所述驅動構件10與所述轉軸9相連接，所述驅動構件10優選為馬達，所述驅動構件10固定設置于所述轉臺下盤5的內部；所述角度光柵11設置于所述轉軸9的下方；所述控制系統12分別與所述角度光柵11和馬達相連接，所述控制系統12為用于實現供能和發送控制指令的構件。本例所述激光頭1發射一束激光經角度干涉鏡2分成兩束，射向角度反射鏡3，角度反射鏡3將激光反射回角度干涉鏡2，最后回到激光頭1；轉臺上盤4和轉臺下盤5的中間設置有一個轉軸9，所述轉軸9優選為同心轉軸，所述轉臺上盤4固定在轉軸9上隨轉軸9一起轉動，角度反射鏡3固定在轉臺上盤4上，轉臺下盤5的內部固定有兩個馬達，控制系統12控制馬達撥動轉軸9轉動，轉動的角度由角度光柵11測量進而針對控制，馬達控制轉軸9的轉動角度精度可達1秒；優選的，所述轉臺下盤5內置無線信號接收裝置，所述角度反射鏡3、轉臺上盤4、轉臺下盤5、轉臺底座6、轉軸9、驅動構件10、角度光柵11和控制系統12所構成的轉盤的驅動電路可以通過電池實現供電。如圖5所示，本例所述轉臺底座6的中心設置有凹槽，轉臺下盤5正好卡在該凹槽內，保持轉臺下盤5的固定，整個轉臺還可以通過螺栓孔等連接件7固定到其他被測轉臺上。轉臺固定好后，將角度反射鏡3在轉臺上盤4上固定后，從控制系統12中輸入一個角度，使轉臺上盤4從初始位置逆時針轉動該角度，如圖6所示，激光干涉儀測量并記錄下轉過角度讀數；再將轉臺軟件中角度先歸零，轉臺上盤4回到初始零位位置，從控制系統12中再輸入另外一個角度，使轉臺上盤4從初始位置順時針轉動該角度，如圖7所示，激光干涉儀測量并記錄轉過角度，即可完成校準。利用記錄的數據，就可以計算出初始零位誤差和角度反射鏡3的常數。如圖4所示，本例還提供一種激光干涉儀的角度測量校準系統，包括了如上所述的激光干涉儀的角度測量校準裝置，并包括數據處理裝置8，所述數據處理裝置8與所述激光頭1實現通訊。所述數據處理裝置8優選為電腦等數據處理設備。如圖4所示，搭建好所述角度測量校準系統，調整從激光頭1射出的激光，垂直入射到角度反射鏡3，令實際初始位置M0的零位角度為α0，光程差為δ0，角度反射鏡常數設計值為A，實際的角度反射鏡常數B＝K·A，K為反射鏡常數系數。在初始位置時，打開電腦或其他數據處理裝置8內的激光角度干涉儀對應的軟件，將激光角度干涉儀讀數清零，設初始零位角沿逆時針方向旋轉時，激光角度干涉儀讀數為‘+’。再開啟轉臺控制軟件，先將角度置零，再輸入一個激光角度干涉儀測量范圍內的旋轉角θ1，將轉臺上盤逆時針旋轉到位置M1，旋轉角度為θ1，記下此時激光角度干涉儀的角度讀數R1，此時光程差增加Δδ1；逆時針旋轉的角度校準原理示意如圖6所示。上述測量完畢后，將角度置零，將轉臺上盤4先調回到初始位置M0，再輸入一個角度θ2，將轉臺上盤4順時針旋轉θ2角至位置M2，轉臺上盤4轉過角度為θ2，記下此時激光角度干涉儀的讀數R2，計算時取正值，光程差減少Δδ2；順時針旋轉的角度校準原理示意如圖7所示。根據以上測量值，結合光程差測量傳遞函數，有可得其中，θ1和θ2均為正值，Δδ1＝AsinR1，Δδ2＝AsinR2，如此便計算出初始零位角α0和角度反射鏡3的常數系數K。特別的，當左右旋轉的標準角度的絕對值相等，都為θ時，有以下表達式：δ0=Δδ1-Δδ22(cosθ-1)α0=arctan2δ0sinθΔδ1+Δδ2K=Δδ1+Δδ22Acosα0sinθ.]]>本例所述激光干涉儀的角度測量校準裝置的結構精密，標準角度誤差小，能夠通過主動生成一定偏角來校準初始零位角，所述偏角可以通過角度光柵11和驅動構件10來主動生成，該生成的角度較為精確；在此基礎上，在校準的過程中還能夠同時校準初始零位誤差和角度反射鏡3的常數，簡化了激光干涉儀的校準步驟，提高了其校準效率。以上所述之具體實施方式為本實用新型的較佳實施方式，并非以此限定本實用新型的具體實施范圍，本實用新型的范圍包括并不限于本具體實施方式，凡依照本實用新型之形狀、結構所作的等效變化均在本實用新型的保護范圍內。當前第1頁1 2 3