CN201408007Y - 一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置 - Google Patents

Abstract

一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，包括底座以及设置于底座上的竖轴及码盘，竖轴及码盘与U型架连接，U型架可绕竖轴及码盘在水平面内旋转，U型架的上端连接一横轴，还包括设置于横轴上的斜方棱镜，以斜方棱镜的中心为坐标原点，建立坐标系OXYZ，横轴与斜方棱镜的Z轴同轴心，并能带动斜方棱镜绕Z轴单方向旋转22.5°；斜方棱镜的两侧分别设置自准直仪和直角反射棱镜，自准直仪发出光线经斜方棱镜和直角反射棱镜后，又能回到自准直经纬仪；支架的底部还设置有实现斜方棱镜水平调整的水泡。本实用新型测量精度可以控制在8″以内，同时具有测量原理简单，操作容易等优点。本实用新型可用于直角反射棱镜装调过程中法平面铅垂度的检测。

Description

一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种法平面铅垂度检测装置，具体涉及一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置。

背景技术

在精密测试计量技术领域，直角反射棱镜的应用非常广泛，然而在应用过程中，由于其法平面的不铅垂，对测量误差产生重要影响，从而影响了测量精度。

目前，直角反射棱镜在安装过程中，其法平面铅垂度是一个重要参数，现阶段主要使用自准直经纬仪对其法平面铅垂度进行测量。该方法的实现，一种是使用一台自准直经纬仪，要先后通过平瞄与仰瞄两次测量得到测量结果；另一种是使用两台自准直经纬仪，分别同时进行平瞄与仰瞄测量。但以上两种方法均存在测量次数多，测量过程烦琐，且两次测量存在方位误差，以及自准直经纬仪自身的测量误差，使得测量误差加大，大大降低了测量精度。因此，目前没有理想的方法或者测量装置实现法平面铅垂度的准确测量。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，其解决了背景技术中无法实现法平面铅垂度准确测量的技术问题。

本实用新型的技术解决方案是：

一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，包括底座11以及设置于底座11上的竖轴及码盘10，所述竖轴及码盘10与U型架9连接，所述U型架9可绕竖轴及码盘10在水平面内旋转，所述U型架9的上端连接一横轴8，

其特殊之处在于：还包括设置于横轴8上的斜方棱镜2，以斜方棱镜2的中心为坐标原点，建立坐标系OXYZ，所述横轴8与斜方棱镜2的Z轴同轴心，并能带动斜方棱镜2绕Z轴单方向旋转22.5°；所述斜方棱镜2的两侧分别设置自准直仪1和直角反射棱镜3，自准直仪1发出光线经斜方棱镜2和直角反射棱镜3后，又能回到自准直经纬仪1；所述U型架9的底部还设置有实现斜方棱镜2水平调整的水泡12。

上述斜方棱镜2包括在其上镀有反射膜的前表面部分6和镀有增透膜的下表面7。

上述U型架9的底部位于竖轴及码盘10一侧设置有实现斜方棱镜2水平调整的水泡12。

上述斜方棱镜2的前表面部分6镀的反射膜反射率为5％～50％。

上述斜方棱镜2的前表面部分6镀的反射膜反射率以10％～20％为佳。

上述斜方棱镜2为特级K9玻璃的斜方棱镜。

本实用新型中提供的直角反射棱镜法平面铅垂度检测仪，由于其采用单次测量方法，避免了两次测量引入的方位误差，其测量精度可以控制在8″以内，同时具有测量原理简单，操作容易等优点。本实用新型可用于直角反射棱镜装调过程中法平面铅垂度的检测。

附图说明

图1为本实用新型的装置示意图；

图2为本实用新型的原理示意图。

附图标号说明：1-自准直仪；2-斜方棱镜；3-直角反射棱镜；4-第二状态；5-第三状态；6-前表面部分；7-下表面；8-横轴；9-U型架；10-竖轴及码盘；11-底座；12-水泡。

具体实施方式

如图1及图2，一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，包括底座11以及设置于底座11上的竖轴及码盘10，竖轴及码盘10与U型架9连接，所述U型架可绕竖轴及码盘10在水平面内旋转，U型架的上端连接一横轴8，还包括设置于横轴8上的斜方棱镜2，以斜方棱镜2的中心为坐标原点，建立坐标系OXYZ，所述横轴8与斜方棱镜2的Z轴同轴心，并能带动斜方棱镜2绕Z轴单方向旋转22.5°；斜方棱镜2的两侧分别设置自准直仪1和直角反射棱镜3，自准直仪1发出光线经斜方棱镜2和直角反射棱镜3后，又能回到自准直仪1；U型架9的底部位于竖轴及码盘10一侧设置有实现斜方棱镜2水平调整的水泡12；其中斜方棱镜2包括在其上镀有反射率为5％～50％反射膜的前表面部分6和镀有增透膜的下表面7。其中反射膜的反射率以10％～20％为佳。

如图2所示，包括有自准直仪1、斜方棱镜2和直角反射棱镜3。自准直仪1的测量误差为0.2″，斜方棱镜2采用特级K9玻璃制造。建立坐标系O₀X₀Y₀Z₀，OXYZ和O′X′Y′Z′，分别为自准直仪1，斜方棱镜2和直角反射棱镜3的坐标系。检测前调平U型架中水泡12，自准直仪1对斜方棱镜2上镀有5％～50％反射膜的前表面部分6进行瞄准，斜方棱镜2处于铅垂状态，完成自准；开始检测，自准直仪1对直角反射棱镜3进行瞄准，记录瞄准示值β₁；斜方棱镜2绕Z轴单方向旋转22.5°至第二状态4时，由于斜方棱镜2的下表面7镀有增透膜，其前表面部分6与下表面部分7构成了楔形镜，光线经折射至直角反射棱镜3，瞄准并记录瞄准示值β₂；斜方棱镜2绕竖轴10在水平面内旋转180°由第二状态4至第三状态5时，瞄准并记录瞄准示值β₃，对三次测量数据按其矢量关系进行处理，即可得到直角反射棱镜3的法平面铅垂度。

斜方棱镜2在安装过程中，其前表面部分6与下表面7相交棱线处于水平状态，则斜方棱镜2处于状态4与状态5时，检测仪中光路完全相同，仅需对状态4与状态5任一状态测量，结合β₁，便可得到测量结果。反之，如果棱线不水平，则状态4与状态5时，所得瞄准示值β₂与β₃有偏差，对其求平均值可以消除棱线不水平带来的测量误差，提高测量精度。

运用矩阵光学理论，对检测仪进行光路分析。

直角反射棱镜3绕Z′轴旋转一角度α，即其法平面有一偏转角度α，设入射光矢量为：

λ_in＝[1 0 0]^T                                    (i)

斜方棱镜2处于铅垂状态，出射光矢量为：

λ_out1＝[-1 0 0]^T                                 (ii)

即出射光线沿原路近回，光线没有发生偏转。

斜方棱镜2处于第二状态4时，出射光矢量为：

λ_out2＝[2 sin² c sin²α-sin 2c sin²α sin c sin 2α]^T    (iii)

其中c为入射光线与经斜方棱镜2的出射光线的夹角，其大小为：

其中n为斜方棱镜2的折射率。

斜方棱镜2处于第三状态5时，出射光矢量为λ_out3。

比较(2)式与(3)式，按其Z分量进行计算，则直角反射棱镜3法平面偏转角度为：

$\mathrm{\α}=\frac{\arcsin \frac{\frac{{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}3}+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}2}}{2}-{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}1}}{\sin c}}{2}---\left(v\right)$

即 $\mathrm{\α}=\frac{\arcsin \frac{\frac{{\mathrm{\β}}_3+{\mathrm{\β}}_2}{2}-{\mathrm{\β}}_1}{\sin c}}{2}---\left(\mathrm{vi}\right)$

目前使用T₃A型号自准直经纬仪对直角反射棱镜法平面铅垂度进行测量，测量精度最高可以达到15″，而采用本实用新型中提供的直角反射棱镜法平面铅垂度检测仪，由于其采用单次测量方法，避免了两次测量引入的方位误差，其测量精度可以控制在8″以内，同时具有测量原理简单，操作容易等优点。本实用新型可用于直角反射棱镜装调过程中法平面铅垂度的检测。

Claims (6)

1.一种直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，包括底座(11)以及设置于底座(11)上的竖轴及码盘(10)，所述竖轴及码盘(10)与U型架(9)连接，所述U型架(9)可绕竖轴及码盘(10)在水平面内旋转，所述U型架(9)的上端连接一横轴(8)，

其特征在于：还包括设置于横轴(8)上的斜方棱镜(2)，以斜方棱镜(2)的中心为坐标原点，建立坐标系OXYZ，所述横轴(8)与斜方棱镜(2)的Z轴同轴心，并能带动斜方棱镜(2)绕Z轴单方向旋转22.5度；所述斜方棱镜(2)的两侧分别设置自准直仪(1)和直角反射棱镜(3)，自准直仪(1)发出光线经斜方棱镜(2)和直角反射棱镜(3)后，又能回到自准直经纬仪(1)；所述U型架(9)的底部还设置有实现斜方棱镜(2)水平调整的水泡(12)。

2.根据权利要求1所述直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，其特征在于：所述斜方棱镜(2)包括在其上镀有反射膜的前表面部分(6)和镀有增透膜的下表面(7)。

3.根据权利要求1或2所述直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，其特征在于：所述U型架(9)的底部位于竖轴及码盘(10)一侧设置有实现斜方棱镜(2)水平调整的水泡(12)。

4.根据权利要求3所述直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，其特征在于：所述斜方棱镜(2)的前表面部分(6)镀的反射膜反射率为5％～50％。

5.根据权利要求4所述直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，其特征在于：所述斜方棱镜(2)的前表面部分(6)镀的反射膜反射率为10％或20％。

6.根据权利要求5所述直角反射棱镜法平面铅垂度检测装置，其特征在于：所述斜方棱镜(2)为特级K9玻璃的斜方棱镜。

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