CN104567731A

CN104567731A - 立轴式激光小角度测量装置

Info

Publication number: CN104567731A
Application number: CN201310478466.8A
Authority: CN
Inventors: 刘勇; 梁雅军; 王东伟; 霍晓飞
Original assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology
Current assignee: China Academy of Launch Vehicle Technology CALT; Beijing Aerospace Institute for Metrology and Measurement Technology
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2015-04-29

Abstract

本发明属于测量技术，具体公开了一种立轴式激光小角度测量装置，所述的干涉镜组、轴系和微动机构，干涉镜组包括偏振分光棱镜和三个反射镜，以及两个角隅棱镜，轴系包括主轴和轴套，主轴和轴套之间安装有轴承，弦臂固定安装在主轴。本装置能够实现对竖直角小角度进行检测和校准，设计的立轴轴系保证了正弦臂随轴系在水平方向上进行小角度转动，激光干涉仪测量光路光程差变化。另外干涉镜组、偏振分光棱镜以及反射镜等光学部件组成光学系统采用正弦原理完成线性量和角度量的转化，为装置实现小角度高精度测量提供了保障。

Description

立轴式激光小角度测量装置

技术领域

本发明属于测量技术，具体涉及一种角度测量装置。

背景技术

激光干涉测角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测角方法，测角装置主要由正弦臂，分光镜组，激光干涉系统组成。正弦臂相对中心两侧对称安装角隅棱镜，两角隅棱镜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，激光干涉系统测量光程差变化为H，与正弦臂臂长D存在的正弦关系sinθ＝H/D。

目前，国内采用的激光小角度测量装置多数采用正弦臂、分光镜和激光器部件分离结构形式。测量俯仰小角度时，需借助卧式回转轴系完成测角功能，卧式轴系上安装调整光学系统繁琐，装置结构不稳定，重复性难以保证，导致测量准确度受安装调整影响较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现±1°范围内俯仰角的准确度测量的立轴式激光小角度测量装置。

本发明的技术方案如下：

一种立轴式激光小角度测量装置，它包括干涉镜组、轴系和微动机构，所述的轴系上设有正弦臂和旋转臂，所述的干涉镜组位于轴系的一侧，微动机构位于轴系的另一侧；所述的干涉镜组包括沿着光入射方向依次安装的偏振分光棱镜和反射镜A，所述的反射镜A的上方光反射方向上设有反射镜B，偏振分光棱镜的下方分光方向上设有反射镜C，所述的反射镜B的光反射方向上设有上角隅棱镜，所述的反射镜C的光反射方向上设有下角隅棱镜；所述的轴系包括主轴和套装在主轴外的轴套，轴套上固定设有压盖，所述的主轴和轴套之间安装有轴承；所述的正弦臂固定安装在主轴上，所述的主轴的上端为平面的工作台；所述的正弦臂的两端分别固定上述上角隅棱镜和下角隅棱镜。

在上述立轴式激光小角度测量装置中，还包括固定在花岗岩平台上的隔离罩、激光干涉仪和零位指示器；所述的隔离罩的两侧壁上加工有孔，激光干涉仪位于隔离罩一侧，激光干涉仪发出的光能够通过孔进入到隔离罩的内部，零位指示器隔离罩的另一侧，通过孔接收隔离罩内传出的光。

在上述立轴式激光小角度测量装置中，所述隔离罩为两层钢板之间夹保温石棉的结构。

在上述立轴式激光小角度测量装置中，所述的微动机构包括安装在滚珠丝杠上的移动平台，所述的移动平台上设有旋转臂和限位块，所述的滚珠丝杠通过联轴节连接步进电机。

在上述立轴式激光小角度测量装置中，所述的角接触球轴承下方安装有垫圈和锁紧螺母。

在上述立轴式激光小角度测量装置中，所述的正弦臂采用镂空加筋的结构，材料选用低膨胀合金钢S4J32A。

在上述立轴式激光小角度测量装置中，所述的主轴采用加工材料为GCr15，为阶梯轴形式，所述的轴套采用加工材料为40Gr，为回转体。

本发明的显著效果在于：本装置能够实现对竖直角小角度进行检测和校准，设计的立轴轴系保证了正弦臂随轴系在水平方向上进行小角度转动，激光干涉仪测量光路光程差变化。

另外干涉镜组、偏振分光棱镜以及反射镜等光学部件组成光学系统采用正弦原理完成线性量和角度量的转化，为装置实现小角度高精度测量提供了保障；

同时，设计花岗岩平台和隔离罩保证系统受环境影响最小，保证测量的准确性；设计的微动机构能够实现对轴系微小角度的驱动，保证小角度转动；安装零位指示器，保证系统测量零位的指示，每次使用不用反复装调，大大提高装置的测试效率；隔离罩采用两层钢板之间夹保温石棉的结构，进一步保证隔离的有效性。

附图说明

图1为本发明的立轴式激光小角度测量装置示意图；

图2为俯视方向的立轴式激光小角度测量装置示意图；

图3为立轴轴系示意图；

图4为微动机构示意图；

图中：1.激光干涉仪；2.干涉镜组；3.轴系；4.正弦臂；5.旋转臂；6.微动机构；7.隔离罩；8.花岗岩平台；9.零位指示器；10.工作台；11.上角隅棱镜；12.轴套；13.垫圈；14.压盖；15.角接触球轴承；16.锁紧螺母；17.偏振分光棱镜；18.反射镜A；19.反射镜B；20.反射镜C；21.下角隅棱镜；22.主轴；23.滚珠丝杠；24.限位块；25.移动平台；26.联轴节；27.步进电机。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，在花岗岩平台8上固定安装隔离罩7、激光干涉仪1和零位指示器9，隔离罩7的两侧壁上加工有孔，隔离罩7一侧的激光干涉仪1发出的光能够通过孔进入到隔离罩7的内部。隔离罩7的另一侧的零位指示器9通过孔接收隔离罩7内传出的光。

所述的隔离罩7内固定安装有干涉镜组2、轴系3和微动机构6，轴系3上安装正弦臂4和旋转臂5。干涉镜组2位于轴系3的一侧，所述的微动机构6位于轴系3的另一侧。

如图2所示的俯视方向的结构示意图，所述的干涉镜组2包括沿着光入射方向依次安装的偏振分光棱镜17和反射镜A18，在图2中反射镜A18的上方光反射方向上安装有反射镜B19，偏振分光棱镜17的下方分光方向上安装有反射镜C20。反射镜B19的光反射方向上安装有上角隅棱镜11，反射镜C20的光反射方向上安装有下角隅棱镜21。

如图2和图3所示，所述的轴系3包括固定安装在花岗岩平台8上的主轴22，主轴22外安装有轴套12，轴套12上通过螺钉固定安装压盖14。主轴22和轴套12之间安装有角接触球轴承15，角接触球轴承15下方安装有垫圈13和锁紧螺母16。所述的正弦臂4固定安装在主轴22上，正弦臂4水平安装，正弦臂4的两端分别固定上述的上角隅棱镜11和下角隅棱镜21。主轴22的上端为平面的工作台10。

如图4所示的微动机构6示意图，移动平台25安装在滚珠丝杠23上，所述的移动平台25上设有旋转臂5和限位块24，所述的滚珠丝杠23通过联轴节26连接步进电机27。步进电机27通过联轴节26连接滚珠丝杠23，驱动滚珠丝杠23转动，从而带动滚珠丝杠23上的移动平台25运动。为了保证移动平台25带动旋转臂526转动，正是利用限位块24限定旋转臂5与移动平台25相对关系。

激光由激光干涉仪1射向干涉镜组2，由偏振分光棱镜17将激光分成等光强的两路，一路激光通过反射镜18、19射向正弦臂一侧的角隅棱镜11、另一路激光通过反射镜20的反射射向正弦臂一侧的角隅棱镜21，角隅棱镜实现出射光与入射光平行射出，反射光束经平面镜18、19、20的反射后，两束光在偏振分光棱镜17相遇发生干涉，由于角隅棱镜安装在正弦臂4上，立轴激光小角度测量装置由微动机构6驱旋转臂5实现轴系微小角度转动，安装在轴系上的正弦臂4绕轴心旋转，从而导致干涉光路上通过角隅棱镜11和21的光路产生光程差，利用光电探测器检测两路光的光程差变化，通过公式计算转换成对角度测量。装置测量过程从零位起始，装置利用零位指示器9实现装置零位指示。

Claims

1.一种立轴式激光小角度测量装置，其特征在于：它包括干涉镜组（2）、轴系（3）和微动机构（6），所述的轴系（3）上设有正弦臂（4）和旋转臂（5），所述的干涉镜组（2）位于轴系（3）的一侧，微动机构（6）位于轴系（3）的另一侧；所述的干涉镜组（2）包括沿着光入射方向依次安装的偏振分光棱镜（17）和反射镜A（18），所述的反射镜A（18）的上方光反射方向上设有反射镜B（19），偏振分光棱镜（17）的下方分光方向上设有反射镜C（20），所述的反射镜B（19）的光反射方向上设有上角隅棱镜（11），所述的反射镜C（20）的光反射方向上设有下角隅棱镜（21）；所述的轴系（3）包括主轴（22）和套装在主轴（22）外的轴套（12），轴套(12)上固定设有压盖（14），所述的主轴（22）和轴套（12）之间安装有轴承；所述的正弦臂（4）固定安装在主轴（22）上，所述的主轴（22）的上端为平面的工作台（10）；所述的正弦臂（4）的两端分别固定上述上角隅棱镜（11）和下角隅棱镜（21）。

2.如权利要求1所述的立轴式激光小角度测量装置，其特征在于：还包括固定在花岗岩平台（8）上的隔离罩（7）、激光干涉仪（1）和零位指示器（9）；所述的隔离罩（7）的两侧壁上加工有孔，激光干涉仪（1）位于隔离罩（7）一侧，激光干涉仪（1）发出的光能够通过孔进入到隔离罩（7）的内部，零位指示器（9）隔离罩（7）的另一侧，通过孔接收隔离罩（7）内传出的光。

3.如权利要求2所述的立轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述隔离罩（12）为两层钢板之间夹保温石棉的结构。

4.如权利要求1所述的立轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的微动机构（6）包括安装在滚珠丝杠（23）上的移动平台（25），所述的移动平台（25）上设有旋转臂（5）和限位块（24），所述的滚珠丝杠（23）通过联轴节（26）连接步进电机（27）。

5.如权利要求1所述的立轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的角接触球轴承（15）下方安装有垫圈（13）和锁紧螺母（16）。

6.如权利要求1所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的正弦臂（4）采用镂空加筋的结构，材料选用低膨胀合金钢S4J32A。

7.如权利要求1所述的卧轴式激光小角度测量装置，其特征在于：所述的主轴（22）采用加工材料为GCr15，为阶梯轴形式，所述的轴套（12）采用加工材料为40Gr，为回转体。