CN1335484A - 一种无衍射光空间直线度测量装置 - Google Patents

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赵斌
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Abstract

本发明公开了一种无衍射光空间直线度测量装置,包括激光器、扩束准直透镜、圆锥镜和除去镜头的摄像机,摄像机固定在被测物体上、其感光面垂直于被测物体运动方向,扩束准直透镜和圆锥镜依次置放在激光器和摄像机之间,并且均处于激光器光路上,计算机与摄像机相联接。由于直接用摄像机探测图象,只要光斑中心在摄像机感光面之内即可,因此本装置测量范围大,装备、调试容易,结构简单。并且本发明具有测量信号可中断、测量位置连续、抗激光器光束漂移性好等优点,是一种综合性能优良的空间直线度测量装置。

Description

一种无衍射光空间直线度测量装置
技术领域
本发明涉及一种直线度测量装置，具体地说，是一种无衍射光数字图象处理法空间直线度测量装置。
背景技术
目前测量物体运动的直线度的方法有三种：干涉法、能量重心法和衍射图案法。
《双频激光干涉仪》(北京，中国计量出版社，1987年3月)中介绍，干涉法所使用的测量装置包括激光器、偏振分光棱镜、角反射镜、偏振片、光电探测器和记数电路等。其工作机理是：激光器发出的光经偏振分光棱镜后分解成偏振方向相互垂直的两束光，这两束光经角反射镜垂直反射后，按原路返回，经分束镜和偏振片后进入光电探测器，两束光在光电探测器上形成干涉条纹。在被测物体的运动过程中，如果角反射镜有上下移动，则干涉条纹将发生变化，此变化将由记数电路记录下来，从而测出直线度。该装置存在着记数不能中断，也就是测量信号必须连续的问题。
《PSD激光直线度测量仪》(《传感器技术》，1997年，16卷，2期，21页)介绍了能量重心法。能量重心法所使用的测量装置包括激光器、四像限光电池等部件。该装置的工作机理是：激光器发出的光射到四像限光电池上，根据光斑照射在电池四个部分的量的大小，输出的电信号经组合后可得到光电池相对光束的位置信号，从而测出物体运动的直线度。该装置克服了干涉法所要求的测量信号必须连续性的缺陷，但该装置却存在着光束强度模式不能变化和抗激光器光束漂移性差的问题。
在《高精度激光准直及其可能应用》(《激光》，1980年，7卷，3期，54页)一文中介绍了衍射图案法。衍射图案法所使用的测量装置由激光器、扩散透镜、波带片和十字衍射光斑等部件组成。其工作机理是：激光器发出的光经透镜扩散在波带片上，波带片的透光带的形状是根据衍射理论而特殊设计的，于是在某些特定的位置，会形成十字衍射光斑，这一系列十字的中心在空间形成一条直线，被测物体的位置与十字中心相比，就可以得出直线度。该装置克服了上述二种装置的缺陷，其测量信号可中断，并且抗激光器光束漂移性好。但由于该装置只有在某些特定的位置，才有清晰的衍射光斑，因此测量位置是不连续的。
能量重心法和衍射图案法存在分辨率不高的问题。三种方法均存在电噪声影响大或较大的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能克服上述三种测量装置缺陷的新的空间直线度测量装置。该装置测量信号可中断，测量位置连续，抗激光器光束漂移性好，并且电噪声影响小，是一种综合性能好的空间直线度测量装置。
为实现上述发明目的，本发明的无衍射光空间直线度测量装置，包括激光器、扩束准直透镜、圆锥镜和除去镜头的摄像机，摄像机固定在被测物体上、其感光面垂直于被测物体运动方向，扩束准直透镜和圆锥镜依次置放在激光器和摄像机之间，并且均处于激光器光路上，计算机与摄像机相联接。
由于直接用摄像机探测图象，只要光斑中心在摄像机感光面之内即可，因此，本装置测量范围大，装备、调试容易，结构简单。本发明与干涉法相比，主要具有测量信号连续的优点。与能量重心法相比，本发明具有分辨率高、抗激光光束漂移性好和电噪声影响小等优点。本发明与衍射图案法相比，具有分辨率高、测量位置连续的优点。总之，本发明是一种综合性能好的空间直线度测量装置。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明无衍射光空间直线度测量装置的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例选用He-Ne激光器，激光器1也可以是其它类型的激光器，例如半导体激光器，但使用单模He-Ne激光器，该测量装置效果更好。扩束准直透镜可以是由两正透镜构成的开普勒望远镜或由一负透镜和一正透镜构成的伽里略望远镜。激光器1发出的光经扩束准直透镜2扩束准直后成为平行光，再通过圆锥镜3成为无衍射光，这时光束截面是一系列明暗相间的等距同心圆，这些同心圆的中心传播轨迹是一条自然直线。除去镜头的摄像机4固定于被测物体上，并使其感光面基本垂直于被测物体的运动方向。摄像机4与被测物体一起运动。无衍射光照射在除去镜头的摄像机4上，摄像机将光斑图象传给计算机，成为一幅数字图象。采用光强为极大或图象匹配的方法，利用计算机计算出该光斑图象的中心，也就知道被测物体在各运动位置处相对于无衍射光束的光斑中心迹线的偏差，从而得到物体运动的直线度。

Claims (2)

1.一种无衍射光空间直线度测量装置，包括激光器(1)、扩束准直透镜(2)，其特征在于：该装置还包括圆锥镜(3)和除去镜头的摄像机(4)，摄像机(4)固定在被测物体(5)上、其感光面基本垂直于被测物体运动方向，扩束准直透镜(2)和圆锥镜(3)依次置放在激光器(1)和摄像机(4)之间，并且均处于激光器(1)光路上，计算机(6)与摄像机(4)相联接。
2.根据权利要求1的所述的激光直线度测量装置，其特征在于：所述激光器为He-Ne激光器或半导体激光器。
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