CN109373906A - 一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法，该方法需要三个激光干涉仪作为核心部件，将三个激光干涉仪的角锥棱镜按等边三角形的形状安装在同一平面上，设定三角形的高为a,三角形的边长为b，三个激光干涉仪的位移反馈值对应A、B、C；其具体步骤包括：1)设计激光探头及角锥棱镜的支架，安装并调整安装支架使角锥棱镜的反射信号足够强；2)标定a的值；3)由所标定的a的值得到计算得到b的值；4)运用以下公式计算得出位移及仰俯角、偏摆角：α＝[A–0.5(B+C)]/a，β＝(B‑C)/b。本发明用一种仪器同时测量位移、俯仰和偏摆角，相较于现有技术减少了仪器数量和成本，同时也减少了安装、调试的工作量，因此可提高测量效率、较少人工成本。

Description

一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法

技术领域

本申请涉及运动控制技术领域，具体涉及一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法。

背景技术

在运动控制领域经常需要测量直线位移平台移动的距离、以及摆镜的俯仰和偏摆角等运动参数。另外运动控制器设计厂家还需要利用这些参数对控制器进行标定和补偿等工作，因此对微小位移(微纳米)、微小角度(微弧)的检测就需要相应的精密测量仪器。测量位移可用激光干涉仪，测量俯仰和偏摆角可用自准直仪，随着摆镜在线扫描成像系统中的应用越来越广泛，对这类仪器的需求也越来越多。现有技术中对直线和俯仰、偏摆角的测量需要两种独立的仪器，既增加了成本也增加了安装、调试的工作量和难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法，仅需要一种仪器，而且安装和调试工作又简单。

为了解决上述技术问题，本申请公开了一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法，该方法需要三个激光干涉仪作为核心部件，将三个激光干涉仪的角锥棱镜按等边三角形的三个角的位置摆放在同一平面上，设计干涉仪激光探头及角锥棱镜的支架；安装并调整探头安装支架及角锥棱镜安装支架使角锥棱镜的反射信号足够强；当被测物以Y轴为轴线进行偏摆，以X轴为轴线进行仰俯，以及整体进行平移运动时，三个激光干涉仪测得的距离就会发生变化，根据三角公式算出此时仰俯和偏摆角的变化。

将三个棱镜放置的位置分别设为A、B、C，A、B、C三点构成等边三角形，三角形的高设为a，三角形的边长设为b，已知三个激光干涉仪的位移反馈值分别对应A、B、C，分别为A’、B’、C’，那么可解得：

α＝[A’–0.5(B’+C’)]/a (公式1-1)

β＝(B’-C’)/b (公式1-2)

因此，同时测量位移及俯仰和偏摆角成为可能。

因为存在机械加工误差，所以实际的a值和b值可能不是理论值，因此在第一次使用前需要通过准直仪进行反推，标定a的值的具体步骤如下：

1)当前位置清零，当前A’＝B’＝C’＝0；

2)拧支架X轴手轮，激光干涉仪得到这一状态下距离值，分别为A1’，B1’，C1’；

3)X轴角度变化为：Δ(Xa)＝f(A1’，a，B1’，C1’)，Xa，a为未知数；

4)用准直仪读出Xa，记算得到a，此时a变为常量，此时可以变化一个值，由上面的公式验证这一过程的准确性；

5)由计算得到b值；

6)标定完a的值后就可以编程实时读取三个干涉仪的距离值，根据公式计算俯仰和偏摆值。

与现有技术相比，本申请具有的优点和有益效果是：本发明用一种仪器同时测量位移以及俯仰和偏摆角，相较于现有技术减少了仪器数量和成本，同时也减少了安装、调试的工作量，因此可提高测量效率、较少人工成本。角锥棱镜相对于准直仪的平面反射镜更易调整,角锥棱镜是一个三维光学元件，它的特点是入射光束和出射光束对称，并且互相平行，所以即使发射光部件和反射光部件有轻微角度倾斜，入射和反射光束仍然平行,因此探头截面和棱镜截面允许有微小角度，调整的难度和工作量现对于准直仪要较少很多。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明中探头、棱镜支架、被测物的位置关系示意图。

图2是本发明中角锥棱镜的几何分布示意图。

图中：1磁性底座；2探头安装支架；3激光探头；4角锥棱镜安装支架5角锥棱镜。

具体实施方式

以下将配合具体实施例来详细说明本申请的实施方式。

如图1-图2所示，本发明提供了一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法，该方法需要三个激光干涉仪作为核心部件，将三个激光干涉仪的角锥棱镜5按等边三角形的三个角的位置摆放在同一平面上，设计激光干涉仪的激光探头3及角锥棱镜5的安装支架，将探头安装支架2和角锥棱镜安装支架4固定于磁性底座1上，并调整探头安装支架2和及角锥棱镜安装支架4使角锥棱镜5的反射信号足够强。

如图2所示为三个角锥棱镜5的几何分布图，其中：X和Y代表坐标方向，也分别作为俯仰和偏摆的转轴，A、B、C分别表示三个角锥棱角，互相之间的夹角都是120°。当被测物以Y轴为轴线进行偏摆，以X轴为轴线进行仰俯，以及整体进行平移运动时，三个激光干涉仪测得的距离就会发生变化，根据三角公式算出此时仰俯和偏摆角的变化。

将三个角锥棱镜5放置的位置分别设为A、B、C，A、B、C三点构成等边三角形，三角形的高设为a，三角形的边长设为b，已知三个激光干涉仪的位移反馈值分别对应A、B、C，分别为为A’、B’、C’，那么可解得：

α＝[A’–0.5(B’+C’)]/a (公式1-1)

β＝(B’-C’)/b (公式1-2)

因此，同时测量位移及俯仰和偏摆角成为可能。

因为存在机械加工误差，所以实际的a值可能不是理论值，因此在第一次使用前需要通过准直仪进行反推，标定a的值的具体步骤如下：

1)当前位置清零，当前A’＝B’＝C’＝0；

2)拧支架X轴手轮，激光干涉仪得到这一状态下距离值，分别为A1’，B1’，C1’；

3)X轴角度变化为：Sit(Xa)＝f(A1’，a，B1’，C1’)未知数为Xa，a；

4)用准直仪读出Xa，记算得到a，此时a变为常量，此时可以变化一个值，由上面的公式验证这一过程的准确性。

5)由计算得到b值。

6)再以同样的方法标定完a的值后就可以编程实时读取三个干涉仪的距离值，根据公式计算俯仰和偏摆值。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法，其特征在于：该方法需要三个激光干涉仪作为核心部件，将三个激光干涉仪的角锥棱镜按等边三角形的形状安装在同一平面上，设定三角形的高为a,三角形的边长为b，三个激光干涉仪的位移反馈值对应A、B、C，分别为A’、B’、C’；

其具体步骤包括：

1)设计探头及角锥棱镜的支架，安装并调整探头和支架使棱镜的反射信号足够强；

2)标定a的值；

3)由所标定的a的值得到计算得到b的值；

4)运用以下公式计算得出位移及仰俯角、偏摆角：

α＝[A’–0.5(B’+C’)]/a，β＝(B’-C’)/b。

2.根据权利要求1所述的一种同时测量距离、仰俯和偏摆的方法，其特征在于：a、b的值的标定方法如下：

1)当前位置清零，当前A’＝B’＝C’＝0；

2)拧支架X轴手轮，激光干涉仪得到这一状态下距离值，A1’，B1’，C1’；

X轴角度变化为：Δ(Xa)＝f(A1’，a，B1’，C1’)，未知数为Xa，a

3)用准直仪读出Xa，记算得到a。

4)

3.根据权利要求2所述的压电陶瓷驱动器预紧装置，其特征在于：

Δ(Xa)＝[A1’–1/2(B1’+C1’)]/a。