CN103197400A - 一种直角反射棱镜棱脊高精度调平装置及其调平方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种直角反射棱镜棱脊高精度调平装置及其调平方法，该装置包括直角反射棱镜组、转接板、手调螺钉、水准泡组、磁性表座和具有铁磁性的基座，其中直角反射棱镜组由待调平的直角反射棱镜以及用于固定该直角反射棱镜的安装框体组成；安装框体经转接板与磁性表座固定连接，转接板具有一个水平面板，水准泡组固定安装于该水平面板上表面，该水平面板下表面与磁性表座上表面相接，手调螺钉贯穿水平面板并抵接磁性表座上表面，磁性表座通过磁力与基座固定。

Description

一种直角反射棱镜棱脊高精度调平装置及其调平方法

技术领域

本发明涉及一种调平装置及其调平方法，具体针对直角反射棱镜棱脊的快速、高精度调平操作。

技术背景

在精密测试计量技术领域，直角反射棱镜通常作为相对转动角度监测元件来使用。在安装过程中，要求它的棱脊与转动主轴相互垂直，如果不垂直，即存在棱脊不垂直度。一般情况下，转动主轴为大地竖轴，棱脊的理想状态为水平，因此，棱脊不垂直度，又称为棱脊不水平度，简称棱脊不平度。当棱脊不平度不为零时，通过直角反射棱镜获取的相对转动角度信息将不能正确地反映所监测仪器或设备的真实转动角度。

为了尽可能地减小因直角反射棱镜棱脊不平带来的测量误差，在设计含有直角反射棱镜的仪器或设备时，通常结构比较复杂，一方面需要有粗糙度不高于0.8的安装或放置机械基准平面；另一方面，直角反射棱镜组件中的直角反射棱镜框要具备棱脊的方向调节功能（设计腰形孔或者研磨镜框安装基面）。除此之外，棱脊方向调整需配备的设备、工具多（自准直经纬仪一台、升降架一个、大尺寸平面镜一个、水准泡一个、钣手或研磨平台）。

传统方案检测直角反射棱镜的棱脊不平度，是根据自准直经纬仪平瞄与斜瞄直角反射棱镜带来的方位测角差，反推出棱脊的不平度值。斜瞄角小，测量误差大，而增加斜瞄角的代价是自准直经纬仪的升降距离加大，直角反射棱镜的宽度加宽，综合考虑，一般斜瞄角取30°左右为宜。自准直经纬仪平瞄、斜瞄棱镜过程中需配套专用的自准直经纬仪升降装置，升降到位后，自准直经纬仪必须重新调平，将产生调平误差，因为方位易发生变化，要借助于平面镜作为方位基准，总的自准次数最少为4次，多次自准测量亦会产生测角误差，导致该种测量方法的精度不超过20″，同时旋升升降装置费时、费力。

每监测一次棱脊状态，自准直经纬仪要分别进行一次平瞄准、斜瞄准直角反射棱镜、两次瞄准平面镜操作。对于腰形槽和研磨镜框基面安装方式，都存在调整时反复次数多，且存在使用过程中因振动带来的棱脊变化的风险。同时，为了保证较大的安装接触面积，往往要求给直角反射棱镜组件分配较大的物理空间，对于结构紧凑型仪器或设备无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提出一种直角反射棱镜棱脊高精度调平装置及其调平方法，以解决现有技术无法实现对直角反射棱镜棱脊快速、高精度调平，因而无法进行仪器或设备的相对转动角度的正确监测的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，包括直角反射棱镜组、转接板、手调螺钉、水准泡组、磁性表座和具有铁磁性的基座，其中直角反射棱镜组由待调平的直角反射棱镜以及用于固定该直角反射棱镜的安装框体组成；安装框体经转接板与磁性表座固定连接，转接板具有一个水平面板，所述水准泡组固定安装于该水平面板上表面，该水平面板下表面与磁性表座上表面相接，所述手调螺钉贯穿水平面板并抵接磁性表座上表面，磁性表座通过磁力与所述基座固定。

基于上述基本方案，该调平装置进一步优化限定和改进如下：

上述安装框体包括直角反射棱镜框、前压板以及一对侧压板。其中的直角反射棱镜框无需具备棱脊水平度调整结构，仅满足直角反射棱镜的空间形状及尺寸，采用侧压和前压的方式固定直角反射棱镜。

上述水准泡组包括水准泡以及用于调节水准泡水平指示状态的调节螺钉。

上述水准泡为长水泡，水准泡格值精度的三分之一小于直角反射棱镜棱脊不平度调节精度与棱脊不平度检测精度差值即可。

上述调节螺钉的螺钉头部具有拨针插入通孔。

上述手调螺钉有两个，设置于水平面板上直角反射棱镜组的远端位置。

上述基座的材料为45钢。该种钢材具有铁磁性，且质量重，放置在被监测仪器或设备上时稳定度高。直角反射棱镜框、侧压板、前压板及转接板的材料为2A12，兼顾质量轻，硬度高的优点。

基于以上所述调平装置，本发明给出具体调平方法。该方法包括以下步骤：

1）采用自准直经纬仪检测直角反射棱镜的棱脊不平度值α′,利用拨针工具旋转调节螺钉，直至水准泡的水平状态α就与直角反射棱镜的棱脊不平度α′的差值满足需求值α₀′,即

标定完成；

2）将标定后的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置固联在被监测仪器或设备上；

3）观察水准泡的水平指示状态，不平时，通过用手调节手调螺钉，直至水准泡水平状态α在三分之一水准泡格值内；

4）此时，直角反射棱镜满足棱脊不平度的要求，能够进行仪器或设备的相对转动角度的正确监测。

上述步骤2）调平装置在与被监测仪器或设备固联时，一种方法是通过基座直接平放在被监测仪器或设备上；另一种情况下，如果被监测仪器或设备上预留有材料为铁磁性物质的安装平面，调平装置可以去掉其基座，通过其磁性表座吸附在被监测仪器或设备的安装平面上。磁吸力足以保证安装的牢固稳定状态，同时又不影响手拧手调螺钉来改变棱脊状态。

本发明具有以下优点：

应用本发明，直角反射棱镜棱脊不平度仅需测量一次，不需要调整至绝对水平，将水准泡的水平状态调整至与直角反射棱镜的棱脊不平度一致即可。

该直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，运用了磁力吸附原理，直角反射棱镜装置能够非常方便、快捷地放置或吸附在被监测仪器或设备的安装平面上，手拧力通过螺纹传动，方便改变直角反射棱镜的棱脊水平状态；同时，水准泡组与直角反射棱镜组固联这种巧妙的结构设计使水准泡的水平状态能够表征直角反射棱镜棱脊的不平度情况，目前，水准泡的格值精度很高，即可实现棱脊的高精度调平。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为本发明的标定过程的原理示意图。

附图标号说明：1—本发明的调平装置；2—直角反射棱镜组；3－直角反射棱镜；4－棱镜框；5－侧压板；6－前压板；7－水准泡组；8－水准泡；9－调节螺钉；10－磁性表座；11－转接板；12－手调螺钉；13－基座；14－被监测仪器或设备；15－被监测仪器或设备铁磁性基面；16－自准直仪；17－斜方棱镜零位状态；18－斜方棱镜-22.5°状态；19－斜方棱镜+22.5°状态。

具体实施方式

如图1所示，本发明的调平装置中，直角反射棱镜组2、水准泡组7及磁性表座10通过转接板11固联在一起，用手调节手调螺钉12，通过螺纹传动，可以改变直角反射棱镜3的棱脊水平状态；用拨针旋转调节螺钉9，可以改变水准泡8的水平指示状态；磁性表座10通过开关旋钮，具有消磁和励磁两种状态，励磁状态下，可以吸附在铁磁性物质基座13上。

本发明的直角反射棱镜棱脊的快速、高精度调平方法，包括以下步骤：

1）如图2所示，本发明在调平过程中，使用了单次测量误差为0.2″的自准直经纬仪16，棱脊不平度检测仪中的核心元件为斜方棱镜17。标定过程中可采用申请人自研棱脊不平度检测仪（可参见中国专利ZL200910020843.7《一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测方法及其装置》），棱脊不平度测量精度高，可以控制在8″以内，同时具有测量原理简单，操作容易等优点。将直角反射棱镜装置1通过基座13放置在标定平台上，斜方棱镜17位于铅垂状态时，首先自准直经纬仪16对直角反射棱镜3进行瞄准，记录瞄准示值α′₁；斜方棱镜17逆时针旋转22.5°，位于状态18时，光线经折射至直角反射棱镜3，自准直仪16对直角反射棱镜3进行瞄准，并记录瞄准示值α′₂；斜方棱镜17在水平面内旋转180°，由状态18至状态19时，自准直仪16再对直角反射棱镜3进行瞄准，并记录瞄准示值α′₃；对三次测量值按照式（1）进行计算，即得到直角反射棱镜3的棱脊不平度值：

${\mathrm{\α}}^{\′}=\frac{\frac{{\mathrm{\α}}_2^{\′}+{\mathrm{\α}}_3^{\′}}{2}-{\mathrm{\α}}_1^{\′}}{0.463}---\left(1\right)$

2）水准泡水平状态与棱脊不平度一致，左高右低为正。棱脊不平度需求值为，利用拨针旋转调节螺钉9，使水准泡9的水平状态在区间内，此时，直角反射棱镜装置1标定完成；

3）使用时，将直角棱镜装置1通过基座13直接平放在被监测仪器或设备14上，如果被监测仪器或设备14上预留有材料为铁磁性物质的安装平面15，直角棱镜装置1可以去掉基座13，通过磁性表座10吸附在被监测仪器或设备14的安装平面15上；

4）观察水准泡8所指示的水平状态，若不平，通过用手调节手调螺钉12，直至水准泡8水平状态在三分之一水准泡格值内，可以进行仪器或设备的相对转动角度的正确监测。

当然，对于应用自准直经纬仪进行的标定环节，除了本实施例中所述的棱脊不平度检测仪，也可以采用其他检测设备实现标定，只要具备一定精度即可。

传统方案中，直角反射棱镜作为相对转动角度监测元件使用时，一般作为仪器或设备的一个固化组件。监测功能实现前，都要进行复杂的标定检测工作，精度最高只能达到15″。而采用本发明中提供的高精度调平装置，只有两个误差源，一个是标定测量设备的检测精度，假定单次测量为8″，另一个是水准泡的水平状态误差，选用20″精度的普通级水准泡，三分之一格值的读数精度已经能够保证测量精度达到15″；当棱脊不平度检测仪多次测量求平均，加之选用更高精度的水准泡，如10″的水准泡时，棱脊的调平精度可以达到6″以内，选用6″的水准泡时，调平精度将更高，同时，该装置具备测量原理简单，操作容易，效率高等显著优点。

Claims (9)

1.一种直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，其特征在于：包括直角反射棱镜组、转接板、手调螺钉、水准泡组、磁性表座和具有铁磁性的基座，其中直角反射棱镜组由待调平的直角反射棱镜以及用于固定该直角反射棱镜的安装框体组成；安装框体经转接板与磁性表座固定连接，转接板具有一个水平面板，所述水准泡组固定安装于该水平面板上表面，该水平面板下表面与磁性表座上表面相接，所述手调螺钉贯穿水平面板并抵接磁性表座上表面，磁性表座通过磁力与所述基座固定。

2.根据权利要求1所述的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，其特征在于：所述安装框体包括直角反射棱镜框、前压板以及一对侧压板；其中的直角反射棱镜框满足直角反射棱镜的空间形状及尺寸，采用侧压和前压的方式固定直角反射棱镜。

3.根据权利要求1所述的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，其特征在于：所述水准泡组包括水准泡以及用于调节水准泡水平指示状态的调节螺钉。

4.根据权利要求3所述的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，其特征在于：所述水准泡为长水泡，水准泡格值精度的三分之一小于直角反射棱镜棱脊不平度调节精度与棱脊不平度检测精度差值。

5.根据权利要求3所述的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，其特征在于：所述调节螺钉的螺钉头部具有拨针插入通孔。

6.根据权利要求1所述的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，其特征在于：所述手调螺钉有两个，设置于水平面板上直角反射棱镜组的远端位置。

7.根据权利要求1所述的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置，其特征在于：所述基座的材料为45钢。

8.采用如权利要求1所述的调平装置进行直角反射棱镜棱脊高精度调平的方法，包括以下步骤：

1）采用自准直经纬仪检测直角反射棱镜的棱脊不平度值α′，利用拨针工具旋转调节螺钉，直至水准泡的水平状态α与直角反射棱镜的棱脊不平度α′的差值满足需求值α₀′,即

标定完成；

2）将标定后的直角反射棱镜棱脊高精度调平装置固联在被监测仪器或设备上；

3）观察水准泡的水平指示状态，不平时，通过用手调节手调螺钉，直至水准泡水平状态α在三分之一水准泡格值内；

4）此时，直角反射棱镜满足棱脊不平度的要求，能够进行仪器或设备的相对转动角度的正确监测。

9.根据权利要求8所述的调平的方法，其特征在于：

上述步骤2）中直角反射棱镜棱脊高精度调平装置是通过其基座直接平放在被监测仪器或设备上实现固定；

或者，被监测仪器或设备上预留有铁磁性材料的安装平面，则所述直角反射棱镜棱脊高精度调平装置去掉其基座，通过其磁性表座吸附在被监测仪器或设备的安装平面上。

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