CN102384730B - 一种激光小角度测量装置及回转轴系 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置及回转轴系。其正弦臂套在主轴的顶部，工作平台固定在主轴的顶端面；一对角接触球轴承采用内圈滑合方式套在主轴的底部外，并且主轴固定在下方设置的角接触球轴承的内圈上；轴承套采用滑合方式套在这对角接触球轴承外圈；轴承套固定在花岗岩工作台上，轴承套密封盖固定在轴承套顶端。在正弦臂的背部固定一个反射镜，一个光学自准直仪放置在距离反射镜一定距离处，光学自准直仪的光路与反射镜在相同高度上。本发明保证激光小角度测量装置依照正弦原理工作，调整一次后可以反复使用，大大提高效率，稳定性和重复性都得到保障。
Description
技术领域
本发明属于几何量计量技术领域，具体涉及一种自带回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置及回转轴系。
背景技术
激光小角度测量装置是一种采用正弦原理，以迈克尔逊干涉法测量小角度的高精度仪器。该装置主要包括激光干涉仪(主要由激光光源15、相位计11和光电接收器12组成)，在激光干涉仪前方设置的分光镜组(主要由3个平面反射镜10和1个偏振分光棱镜18组成)，在分光镜组前方设置的正弦臂3，正弦臂3单独放置在回转装置上方，通过微动机构17推动回转装置转动。
正弦臂3相对中心两侧对称安装角隅棱镜9，两角隅棱镜9中心距离构成了正弦臂的臂长D。当正弦臂绕回转中心旋转角度θ时，激光干涉仪测量光程差变化为H，与正弦臂臂长D存在的正弦关系sinθ＝H/D，图1为所示激光小角度测量装置测角原理。
国际上许多计量机构将激光小角度测量装置作为小角度计量的基准，用于光学自准直仪，电子水平仪等高精度小角度测角仪器的校准。
目前，传统的正弦臂3为独立机构，测试时需要借助回转装置，调同心、找零位，准备工作复杂，效率低，调整过程花费的时间较长，每次调整状态不同也会带来测量误差。
所谓零位即分光镜组出射的两束光射向正弦臂两个角隅棱镜，保证两光束与角隅棱镜中心连线垂直的位置就是激光小角度测量装置的零位。从图1可以看出，只有从零位开始测起，激光小角度测量装置才符合正弦原理公式，否则就会引入零位误差，因此激光小角度测量装置测角过程都需要从零位测起，就需要通过一定手段将装置调整到零位状态，整个调整过程往往需要花费很长的时间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置及回转轴系，其保证装置依照正弦原理工作，调整一次后可以反复使用，节省重复调整的时间，大大提高效率，使用起来更加方便，而且稳定性和重复性都得到保障。
实现本发明目的的技术方案：一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其包括一个正弦臂，在正弦臂的两端部对称位置处分别固定一个角隅棱镜；所述的正弦臂的中心处套于并固定在一个主轴的顶部，正弦臂的中心线与主轴的中心线重合；工作平台固定在主轴的顶端面中心处；上下设置的一对角接触球轴承采用内圈滑合方式套在主轴的底部外围，并且主轴通过若干个紧固螺母固定在下方设置的角接触球轴承的内圈上；这两个角接触球轴承成对使用并反向安装，可同时承受径向负荷及轴向负荷；轴承套采用滑合方式套在这对角接触球轴承外圈；轴承套固定在花岗岩工作台上，这对角接触球轴承放置在轴承套内腔带有的凸台阶上，轴承套密封盖固定在轴承套顶端，并且轴承套密封盖的底部卡在这对角接触球轴承上方；所述的固定在这对角接触球轴承内圈的主轴的底端面与花岗岩工作台距有一定距离。
如上所述的一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其在正弦臂的背部中心位置处固定一个反射镜，该反射镜可以随主轴转动；一个光学自准直仪放置在距离反射镜一定距离处，通过调节支架保证光学自准直仪的光路与反射镜在相同高度上。
如上所述的一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其所述的反射镜采用1级平晶加工而成，其一个端面采用真空镀铝的工艺制作成反射面。
如上所述的一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其所述的回转轴系安装完毕后，通过调整，保证工作平台端面跳动小于0.01mm，主轴径向跳动小于0.01mm，工作平台与主轴调整同轴度小于Ф0.005mm，回转精度优于1″。
本发明所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其包括激光干涉仪、在激光干涉仪前方设置的分光镜组、在分光镜组前方设置的正弦臂、花岗岩工作台；所述的正弦臂的两端部对称位置处分别固定一个角隅棱镜；其所述的正弦臂的中心处套于并固定在一个主轴的顶部，正弦臂的中心线与主轴的中心线重合；工作平台固定在主轴的顶端面中心处；上下设置的一对角接触球轴承采用内圈滑合方式套在主轴的底部外围，并且主轴通过若干个紧固螺母固定在下方设置的角接触球轴承的内圈上；这两个角接触球轴承成对使用并反向安装，可同时承受径向负荷及轴向负荷；轴承套采用滑合方式套在这对角接触球轴承外圈；轴承套固定在花岗岩工作台上，这对角接触球轴承放置在轴承套内腔带有的凸台阶上，轴承套密封盖固定在轴承套顶端，并且轴承套密封盖的底部卡在这对角接触球轴承上方；所述的固定在这对角接触球轴承内圈的主轴的底端面与花岗岩工作台距有一定距离；在正弦臂的背部中心位置处固定一个反射镜，该反射镜可以随主轴转动；一个光学自准直仪放置在距离反射镜一定距离处，通过调节支架保证光学自准直仪的光路与反射镜在相同高度上。
如上所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其所述的反射镜采用1级平晶加工而成，其一个端面采用真空镀铝的工艺制作成反射面。
如上所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其所述的回转轴系安装完毕后，通过调整，保证工作平台端面跳动小于0.01mm，主轴径向跳动小于0.01mm，工作平台与主轴调整同轴度小于Ф0.005mm，回转精度优于1″。
如上所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其特征在于：通过微动机构推动主轴转动。
本发明的效果在于：
本发明研制了具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其保证激光小角度测量装置依照正弦原理工作，调整一次后可以反复使用，节省重复调整的时间，大大提高效率，使用起来更加方便。
本发明为激光小角度测量装置的正弦臂配备了精密的回转轴系，使得装置的部件位置相对固定，装置结构更加完整；每次使用不用反复装调，降低调整的繁琐，装置的稳定性和重复性得到保证。
本发明同时在回转轴系上安装反射镜，辅助一台光学自准直仪形成一套定零机构(零位指示机构)。当激光小角度测量装置调整好零位后，利用定零机构定好位置，即光学自准直仪准直回转轴系上的反射镜，下次使用时，只需找准位置即可，不用重新调整。定零机构保证了零位调整完毕后可以重复使用，测量的效率大大提高结构更稳定，使用更方便。
附图说明
图1激光小角度测量装置测角原理图；
图2本发明所述的一种回转轴系结构示意图；
图3本发明所述的一种具有回转轴系及定零机构的激光小角度测量装置示意图；
图中：1-轴承套；2-螺母垫圈；3-正弦臂；4-工作平台；5-主轴；6-轴承套密封盖；7-角接触球轴承；8-紧固螺母；9-角隅棱镜；10-平面反射镜；11-相位计；12-光电接收器；13-光学自准直仪；14-反射镜；15-激光光源；16-隔离罩；17-微动机构；18-偏振分光棱镜；19-花岗岩工作台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置及回转轴系作进一步描述。
实施例1
如图2所示，本发明所述的一种可用于激光小角度测量装置的回转轴系采用的是角接触球轴承的滚珠轴系。其包括一个主轴5，正弦臂3的中心处套于并固定在主轴5的顶部，正弦臂3的中心线与主轴5的中心线重合。工作平台4通过螺钉固定在主轴5的顶端面中心处。在正弦臂3的两端部对称位置处分别安装角隅棱镜9，两个角隅棱镜9(市售)中心距离构成了正弦臂3的臂长D。
上下设置的一对角接触球轴承7采用内圈滑合方式套在主轴5的底部外围，并且主轴5通过若干个紧固螺母8固定在下方设置的角接触球轴承的内圈上。这两个角接触球轴承7成对使用并反向安装，可以同时承受径向负荷及轴向负荷(角接触球轴承7采用的精度高于C级)。
这对角接触球轴承7设置在由花岗岩工作台19、固定在花岗岩工作台19上方的轴承套1、以及固定在轴承套1顶端的轴承套密封盖6形成的密封空腔内，并且轴承套1采用滑合方式套在这对角接触球轴承7外圈。具体为：轴承套1通过螺钉固定在花岗岩工作台19上，这对角接触球轴承7放置在轴承套1内腔带有的凸台阶上，轴承套密封盖6通过螺钉固定在轴承套1顶端，并且轴承套密封盖6的底部卡在这对角接触球轴承7上方。固定在这对角接触球轴承7内圈的主轴5的底端面与花岗岩工作台19不接触，距有一定距离。
上述回转轴系安装完毕后，通过调整，可以保证工作平台4端面跳动小于0.01mm，主轴5径向跳动小于0.01mm，工作平台4与主轴5调整同轴度小于Ф0.005mm，回转精度优于1″。
本发明中在主轴5上安装正弦臂3、工作台面4，甚至承受负载时，都不会对主轴的回转造成影响。另外，由于角接触球轴承7可承受径向负荷，外力或负载偏心也不会造成测量过程中主轴5的摆动，保证了回转轴系的稳定性。主轴5与花岗岩工作台19不接触，可以保证安装在主轴上的正弦臂3回转不与工作台面发生干涉。该整套装置结构简单，回转稳定，还具备较大承载力。
实施例2
与实施例1的不同之处在于：
在正弦臂3的背部中心位置处固定一个反射镜14，该反射镜14可以随主轴5转动。一个光学自准直仪13放置在距离反射镜14有1.5m的位置处，通过调节支架保证光学自准直仪13的光路与反射镜14在相同高度上。
所述的反射镜14采用1级平晶加工而成，其一个端面采用真空镀铝的工艺制作成反射面。
上述由反射镜14和光学自准直仪13形成了一个定零机构。
实施例3
如图3所示，本发明所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其主要包括激光干涉仪(主要由激光光源15、用于数据处理的相位计11和光电接收器12组成)，在激光干涉仪前方设置的分光镜组(主要由3个平面反射镜10和1个偏振分光棱镜18组成)，在分光镜组前方设置的带正弦臂的回转轴系和定零机构，推动回转轴系转动的微动机构17，放置上述系统的花岗岩工作台19，以及放置分光镜组和回转轴系的隔离罩16。其中，激光干涉仪、分光镜组、微动机构17均属于现有技术。
本发明对于现有激光小角度测量装置的改进之处在于，研制了带正弦臂的回转轴系和定零机构。
如图2所示，带正弦臂的回转轴系采用的是角接触球轴承的滚珠轴系。其包括一个主轴5，正弦臂3的中心处套于并固定在主轴5的顶部，正弦臂3的中心线与主轴5的中心线重合。工作平台4通过螺钉固定在主轴5的顶端面中心处。在正弦臂3的两端部对称位置处分别安装角隅棱镜9，两个角隅棱镜9(市售)中心距离构成了正弦臂3的臂长D。当正弦臂绕回转轴系中心旋转角度θ时，激光干涉仪测量光程差变化为H，与正弦臂臂长D存在的正弦关系sinθ＝H/D。
上下设置的一对角接触球轴承7采用内圈滑合方式套在主轴5的底部外围，并且主轴5通过若干个紧固螺母8固定在下方设置的角接触球轴承的内圈上。这两个角接触球轴承7成对使用并反向安装，可以同时承受径向负荷及轴向负荷(角接触球轴承7可以采用的精度高于C级)。这对角接触球轴承7设置在由花岗岩工作台19、固定在花岗岩工作台19上方的轴承套1、以及固定在轴承套1顶端的轴承套密封盖6形成的密封空腔内，并且轴承套1采用滑合方式套在这对角接触球轴承7外圈。具体为：轴承套1通过螺钉固定在花岗岩工作台19上，这对角接触球轴承7放置在轴承套1内腔带有的凸台阶上，轴承套密封盖6通过螺钉固定在轴承套1顶端，并且轴承套密封盖6的底部卡在这对角接触球轴承7上方。固定在这对角接触球轴承7内圈的主轴5的底端面与花岗岩工作台19不接触，距有一定距离。
在正弦臂3的背部中心位置处固定一个反射镜14，该反射镜14可以随主轴5转动。一个光学自准直仪13放置在距离反射镜14有1.5m的位置处，通过调节支架保证光学自准直仪13的光路与反射镜14在相同高度上。上述由反射镜14和光学自准直仪13形成了一个定零机构。所述的反射镜14采用1级平晶加工而成，其一个端面采用真空镀铝的工艺制作成反射面。
利用左右旋转兆零位方法，使得激光小角度测量装置左转和右转相同角度的测量结果相同，此时旋转的起始点即为激光小角度测量装置的零位，调整光学自准直仪13支架，使得光学自准直仪13与回转轴系上的反射镜14达到准直的状态，此时固定光学自准直仪13支架，光学自准直仪指示着激光小角度测量装置的零位。再随后测量过程或光路意外遮挡情况下，只需旋转回转轴系，通过观察光学自准直仪准直像到达与零位时位置相同即可，不用按照正反旋转法再次寻找零位，因此使得测量效率大大提高，适用更加方便。
本发明中正弦臂3与精密回转轴系固连，结构上更完备，更具有独立性，一次装调完毕后可以长期使用，而且配合使用定零机构后，确定的零位可以反复使用，从而解决了每次使用前反复装调的问题，提高了装置的效能和使用的方便性，测量结果的重复性也得到了保障。上述回转轴系安装完毕后，通过调整，可以保证工作平台4端面跳动小于0.01mm，主轴5径向跳动小于0.01mm，工作平台4与主轴5调整同轴度小于Ф0.005mm，回转精度优于1″。
Claims (8)
1.一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其包括一个正弦臂（3），在正弦臂（3）的两端部对称位置处分别固定一个角隅棱镜（9）；其特征在于：所述的正弦臂（3）的中心处套于并固定在一个主轴（5）的顶部，正弦臂（3）的中心线与主轴（5）的中心线重合；工作平台（4）固定在主轴（5）的顶端面中心处；
上下设置的一对角接触球轴承（7）采用内圈滑合方式套在主轴（5）的底部外围，并且主轴（5）通过若干个紧固螺母（8）固定在下方设置的角接触球轴承的内圈上；这两个角接触球轴承（7）成对使用并反向安装，可同时承受径向负荷及轴向负荷；
轴承套（1）采用滑合方式套在这对角接触球轴承（7）外圈；轴承套（1）固定在花岗岩工作台（19）上，这对角接触球轴承（7）放置在轴承套（1）内腔带有的凸台阶上，轴承套密封盖（6）固定在轴承套（1）顶端，并且轴承套密封盖（6）的底部卡在这对角接触球轴承（7）上方；所述的固定在这对角接触球轴承（7）内圈的主轴（5）的底端面与花岗岩工作台（19）距有一定距离。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其特征在于：在正弦臂（3）的背部中心位置处固定一个反射镜（14），该反射镜（14）可以随主轴（5）转动；一个光学自准直仪（13）放置在距离反射镜（14）一定距离处，通过调节支架保证光学自准直仪（13）的光路与反射镜（14）在相同高度上。
3.根据权利要求2所述的一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其特征在于：所述的反射镜（14）采用1级平晶加工而成，其一个端面采用真空镀铝的工艺制作成反射面。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于激光小角度测量装置的回转轴系，其特征在于：所述的回转轴系安装完毕后，通过调整，保证工作平台（4）端面跳动小于0.01mm，主轴（5）径向跳动小于0.01mm，工作平台（4）与主轴（5）调整同轴度小于0.005mm，回转精度优于1″。
5.一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其包括激光干涉仪、在激光干涉仪前方设置的分光镜组、在分光镜组前方设置的正弦臂（3）、花岗岩工作台（19），所述的正弦臂（3）的两端部对称位置处分别固定一个角隅棱镜（9）；其特征在于：所述的正弦臂（3）的中心处套于并固定在一个主轴（5）的顶部，正弦臂（3）的中心线与主轴（5）的中心线重合；工作平台（4）固定在主轴（5）的顶端面中心处；上下设置的一对角接触球轴承（7）采用内圈滑合方式套在主轴（5）的底部外围，并且主轴（5）通过若干个紧固螺母（8）固定在下方设置的角接触球轴承的内圈上；这两个角接触球轴承（7）成对使用并反向安装，可同时承受径向负荷及轴向负荷；轴承套（1）采用滑合方式套在这对角接触球轴承（7）外圈；轴承套（1）固定在花岗岩工作台（19）上，这对角接触球轴承（7）放置在轴承套（1）内腔带有的凸台阶上，轴承套密封盖（6）固定在轴承套（1）顶端，并且轴承套密封盖（6）的底部卡在这对角接触球轴承（7）上方；所述的固定在这对角接触球轴承（7）内圈的主轴（5）的底端面与花岗岩工作台（19）距有一定距离；
在正弦臂（3）的背部中心位置处固定一个反射镜（14），该反射镜（14）可以随主轴（5）转动；一个光学自准直仪（13）放置在距离反射镜（14）一定距离处，通过调节支架保证光学自准直仪（13）的光路与反射镜（14）在相同高度上。
6.根据权利要求5所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其特征在于：所述的反射镜（14）采用1级平晶加工而成，其一个端面采用真空镀铝的工艺制作成反射面。
7.根据权利要求5所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其特征在于：所述的回转轴系安装完毕后，通过调整，保证工作平台（4）端面跳动小于0.01mm，主轴（5）径向跳动小于0.01mm，工作平台（4）与主轴（5）调整同轴度小于0.005mm，回转精度优于1″。
8.根据权利要求5所述的一种具有回转轴系和定零机构的激光小角度测量装置，其特征在于：通过微动机构（17）推动主轴（5）转动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |