CN108827226A - 一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置及方法，所述测量装置包括：上层偏振片，其呈圆环状且固定于待测转台上；上层偏振片的位于其下方且与其平行的平面上的正投影内设有至少三个与上层偏振片平行的下层偏振片；每个下层偏振片的透光轴与与待测转台转轴垂直的自定义的x轴的夹角均不同，下层偏振片的下方设有与上层偏振片轴线平行的平行光源；上层偏振片的上方设有与下层偏振片相对应且位于同一平行光源光路上的光电二极管；所有光电二极管的接收端位于同一与上层偏振片平行的平面内。本发明具有结构简单，成本低，测量操作便捷，测量精度高等特点，能够很好地应用于转角测量领域。

Description

一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量 装置及方法

技术领域

本发明属于光学测角技术领域，特别涉及一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置及方法。

背景技术

目前，依据测量原理的不同，转台角度的测量主要可分为机械式测角技术，电磁式测角技术，光学测角技术3种实现方式。机械式测角技术以多齿分度盘为代表的机械式圆分度器件，具有工艺好、工作可靠、结构简单、使用寿命长、对环境要求低等优点，是一种基于机械分度定位原理的圆分度技术。但由于多齿分度盘的齿数不能无限地增加，使其角度测量精度受到较大的限制。电磁分度技术大量应用于近一步细分，使分度和测量范围扩大，仪器的分辨力提高，使用范围广泛，主要缺点是大多为手工测量，不容易实现自动化，测量精度受到限制。

光学测角方法历来以其极高的测量准确度受到人们的重视，光学测角法的应用也越来越广泛。目前，光学测角方法有多面棱体法和激光干涉法等。其中多面棱体常作为角度基准，用来测量精密光学仪器度盘、高准确度分度蜗轮的误差以及精密机床的分度装置等，见文献陶卫，浦昭邦，孙运斌.角度测量技术的发展.[J].LASER JOURNAL，Vol.23.No.2.2002。它的优点是结构简单、使用方便；缺点是组成棱体的面数受体积及加工工艺的限制，相邻面法线间的夹角不宜太小，亦即组成棱体的面数不宜太多。目前，干涉测角仪采用的干涉路大多为迈克尔逊干涉光路，将光程差变换成角度实现测量，见文献张琢，李鹏生，强锡富，任顺清，陈军.测角技术国内外发展概况.[J].宇航计测技术，1994年8月。它们普遍存在的缺点是必须经过检定。因为光程差与角度不成线性关系，而且计数得到的干涉条纹只有与该装置有关的一个辅助量配合使用时，才能测出角度。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置及方法。本发明将仿生原理及昆虫偏振导航技术应用于转台转角测量，结构简单，制造成本低，测量精度高。

本发明采用的技术手段如下：

一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置，包括：

上层偏振片，其呈圆环状且固定于待测转台上；

所述上层偏振片的位于其下方且与其平行的平面上的正投影内设有至少三个与所述上层偏振片平行的下层偏振片；

每个所述下层偏振片的透光轴与与所述待测转台转轴垂直的自定义的x轴(固定不动)的夹角均不同，所述下层偏振片的下方设有与所述上层偏振片轴线平行的平行光源；

所述上层偏振片的上方设有与所述下层偏振片相对应且位于同一所述平行光源光路上的光电二极管；

所有所述光电二极管的接收端位于同一与所述上层偏振片平行的平面内。

所述下层偏振片呈圆片状或方形，也可以是其它形状。

所述上层偏振片和所述下层偏振片为同一偏振片切割而成。

所述平行光源包括透镜和位于所述透镜焦点处的发光二极管。

本发明还公开了一种根据如上所述的测量装置进行转台转角精密测量的方法，具有如下步骤：

S1、所述上层偏振片与所述待测转台固定并随所述待测转台旋转；

S2、所述平行光源同时开启，各自产生的平行光(各平行光的参数一致)分别经过所对应的所述下层偏振片后，得到单方向线偏振光；

S3、所有的所述单方向线偏振光经过所述上层偏振片后得到的透射光被各自所对应的所述光电二极管的接收端接受，并分别产生输出电流，得到此时各所述光电二极管接收到的光强；

S4、根据此时各所述光电二极管接收到的光强，计算出此时转台的转角θ；

S5、重复步骤S3-S4，得到下一时刻的所述待测转台的转角；

S6、重复步骤S5，直至测量结束。

本发明具有以下优点：

1、本发明结构简单，成本低，测量操作便捷；

2、本发明测量精度高，能够很好地应用于转角测量领域；

3、本发明布局科学合理，结构紧凑；

4、本发明装配简单，便于平时的维护与更换。

基于上述理由本发明可在光学测角技术等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的具体实施方式中光电二极管、上层偏振片、下层偏振片和平行光源之间的位置示意图。

图2是本发明的具体实施方式中基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置的局部示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置，包括：

上层偏振片1，其呈圆环状且固定于待测转台2上；

所述上层偏振片1的位于其下方且与其平行的平面上的正投影内设有至少三个与所述上层偏振片1平行的下层偏振片3；

每个所述下层偏振片3的透光轴与与所述待测转台2转轴垂直的自定义的x轴的夹角均不同，所述下层偏振片3的下方设有与所述上层偏振片1轴线平行的平行光源4；

所述上层偏振片1的上方设有与所述下层偏振片3相对应且位于同一所述平行光源4光路上的光电二极管5；

所有所述光电二极管5的接收端位于同一与所述上层偏振片1平行的平面内。

所述下层偏振片3呈圆片状。

所述上层偏振片1和所述下层偏振片3为同一偏振片切割而成。

所述平行光源4包括透镜和位于所述透镜焦点处的发光二极管。

实施例2

一种根据实施例1的测量装置进行转台转角精密测量的方法，具有如下步骤：

S1、所述上层偏振片1与所述待测转台2固定并随所述待测转台2旋转；

S2、所述平行光源4同时开启，各自产生的平行光分别经过所对应的所述下层偏振片3后，得到单方向线偏振光；

S3、所有的所述单方向线偏振光经过所述上层偏振片1后得到的透射光被各自所对应的所述光电二极管5的接收端接受，并分别产生输出电流，得到此时各所述光电二极管5接收到的光强；

S4、根据此时各所述光电二极管5接收到的光强，计算出此时转台的转角θ，计算公式如下：

其中θ为转台的转角，I(0°)、I(60°)、I(120°)分别为透光轴与x轴夹角为0°、60°、120°的下层偏振片3对应的三个光电二极管5接收到的光强；

S5、重复步骤S3-S4，得到下一时刻的所述待测转台2的转角；

S6、重复步骤S5，直至测量结束。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种基于光的偏振原理及昆虫偏振导航的转台转角精密测量装置，其特征在于：包括：

上层偏振片，其呈圆环状且固定于待测转台上；

所述上层偏振片的位于其下方且与其平行的平面上的正投影内设有至少三个与所述上层偏振片平行的下层偏振片；

每个所述下层偏振片的透光轴与与所述待测转台转轴垂直的自定义的x轴的夹角均不同，所述下层偏振片的下方设有与所述上层偏振片轴线平行的平行光源；

所述上层偏振片的上方设有与所述下层偏振片相对应且位于同一所述平行光源光路上的光电二极管；

所有所述光电二极管的接收端位于同一与所述上层偏振片平行的平面内。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述下层偏振片呈圆片状或方形。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述上层偏振片和所述下层偏振片为同一偏振片切割而成。

4.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述平行光源包括透镜和位于所述透镜焦点处的发光二极管。

5.一种根据权利要求1-4任一权利要求所述的测量装置进行转台转角精密测量的方法，其特征在于具有如下步骤：

S1、所述上层偏振片与所述待测转台固定并随所述待测转台旋转；

S2、所述平行光源同时开启，各自产生的平行光分别经过所对应的所述下层偏振片后，得到单方向线偏振光；

S3、所有的所述单方向线偏振光经过所述上层偏振片后得到的透射光被各自所对应的所述光电二极管的接收端接受，并分别产生输出电流，得到此时各所述光电二极管接收到的光强；

S4、根据此时各所述光电二极管接收到的光强，计算出此时转台的转角θ；

S5、重复步骤S3-S4，得到下一时刻的所述待测转台的转角；

S6、重复步骤S5，直至测量结束。