一種自準直測量儀的製作方法
2023-09-19 23:00:55
專利名稱：一種自準直測量儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光學測量儀器，具體地說涉及一種新型的自準直測量儀。
背景技術：
自準直測量儀是利用光學自準直原理進行小角度測量的重要測量儀器，由於它具有非常高的精度和解析度，所以被大量應用在角度測量、平板平面度測量、軸系角晃動測量等方面，例如平臺的水平度、鐵軌的表面平滑及水平度、房屋牆壁的垂直平行度等的檢測。根據讀數裝置的不同，自準直測量儀分為使用測微目鏡讀數裝置的光學自準直儀、以光電瞄準對線代替人工瞄準對線的光電自準直儀以及基於DSP、CCD或CMOS技術的數字自準直儀，它們的測量精度和測量範圍等也有所不同。當測量平面度時，一般的自準直儀只適用於當平面整體相對標準平面傾斜時的情況，而不適用於被測平面略顯凹或凸的情況。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是克服現有自準直儀不適用於測量略顯凹或凸的平面的不足，提供一種新型的自準直測量儀，其通過多點測量的方式，不僅可以利用求平均值的方式測出平面整體相對標準平面傾斜的偏移量，還可以測出平面略顯凹或凸時相對標準平面的偏移量。本實用新型解決其技術問題所採取的技術方案如下一種自準直測量儀，由光源、聚焦透鏡、準直物鏡、分光稜鏡、CCD物鏡和面陣CCD 組成，其特徵是，所述光源包括對稱分布於同一平面四個象限上的四個雷射光源。本實用新型所述的自準直測量儀的面陣CCD採用CCD光電轉換器件。由於本實用新型所述自準直測量儀的光源由對稱分布的四個雷射光源構成，因此只要在面陣CCD上求得校準狀態下四個雷射光源形成的像點位置，然後再測得被測平面所形成的像點與校準像點位置的偏移方向和大小，即可確定被測平面相對於標準平面的角度和凹凸偏移量，從而完成現有自準直測量儀無法完成的平面凹凸偏移量的測量。
圖1為本實用新型的結構示意圖。圖2為光源分布圖。圖3為面陣C⑶示意圖。圖4為測量流程圖。圖5為面陣CXD接收示意圖。圖中，1光源，2聚焦透鏡，3待測平面，4準直物鏡，5分光稜鏡，6CXD物鏡，7面陣CXD。
具體實施方式
現結合具體實施例和附圖對本實用新型作一說明。首先請參閱圖1本實用新型的結構示意圖，圖示自準直測量儀由光源1、聚焦透鏡 2、準直物鏡4、分光稜鏡5、(XD物鏡6和面陣(XD7組成。再請參閱圖2，所述光源1包括對稱分布於同一平面四個象限上的四個雷射光源A、B、C、D，該四雷射光源A、B、C、D分布在同一個圓上，其位置相對稱，且分別射出平行光束，該四雷射光源A、B、C、D為功率相當的半導體雷射器，同時配有可進行三維調節的光源校準裝置。所述聚焦透鏡2和分光稜鏡5沿縱向依次排列在光源1的前方，所述分光稜鏡5為一半透半反的直角稜鏡，所述準直物鏡4橫向地設置於分光稜鏡5的左方，所述CXD物鏡6和面陣(XD7橫向地依次設置於分光稜鏡5 的右方，從而形成以分光稜鏡5為交點的T字形系統光路。所有光路構件完全封裝於機械結構中，為方便室外測量，採用IP66規格防水措施，並在儀器結構外表面電鍍防鏽材料，為保持整體平行特性，所有螺紋採用大口徑中心對稱六螺旋螺紋。所述面陣CCD7採用CCD光電轉換器件，並且其中嵌入了用於高速圖像數據處理的測試軟體。工作時，四束平行雷射束先經過聚焦透鏡2進行聚焦，再經過直角分光稜鏡5反射由準直物鏡4射出；光束到達被測試平面3後經全反射原路返回，然後經過準直物鏡4，透射通過分光稜鏡5，再通過CCD物鏡 6，最終到達面陣(XD7表面並且形成四處像點。圖3表示了當被測平面3為理想平面時，面陣(XD7上在校準狀態下四個雷射光源A、B、C、D所分別形成的對應的校準像點OpO2W3和 O4。由於每次開機，光源中心及機械磨損都具有極微小的不確定性，為令其不定性降到最低，本實用新型所述自準直測量儀還配置一高精度標準平面校準器件。在長時間使用後，應定期進行儀器的維護性校準，儀器的校準機制採用機械校準和軟體校準兩步，以修補機械磨損、雷射器長期使用等造成的外界影響因素，從而完善測量機制，得到更加準確的測量值。當本實用新型用於表面粗糙度測量時，可以選配表面粗糙度測試構件；測試時，可將面陣CCD7安裝在滑動鋼球平臺上，當面陣CCD7在物體被測表面上滑動時，被測表面的粗糙引起鋼球上下運動，並傳遞至面陣CCD7，這時根據光源出射點的中心RMS變化值就能夠判定該物體被測表面的表面粗糙度。本實用新型所述自準直測量儀的工作原理簡述如下。在選擇校準的情況下，儀器首先進行基本的儀器參數設定，如測量環境、測試溫度等，校準平面採用理想的標準平面， 從而得到面陣(XD7上校準像點Op 02、O3和O4的位置坐標。然後啟動測量程序，見圖4測量流程圖。程序開始後，用戶可以通過中斷選擇是否進行校準或者退出程序，如果選擇結束程序，則系統停止。校準後所獲得的參數覆蓋原始參數，之後回到正常測試程序中。依照第一、二、三、四象限的次序逐一計算雷射光源A、B、C、D在面陣(XD7上形成的像點A』、B』、C』 和D』與校準像點OpOp O3和O4的位置差值。若被測平面為標準平面，則四個像點A』、B』、 C』和D』應該分別與面陣(XD7上的校準像點OpOy O3和O4重合；若四點不能完全重合，如圖5所示，雷射光源A的像點A』相對O1出現偏移，表明被測平面第一象限部分相對於標準平面有偏移，且成凸面的形狀，其它象限也可做類似分析。帶有四個像點偏移方向和大小信息的數據通過串口或者無線模塊發送至計算機，之後分別轉換成角度值，再通過軟體對數據進行後期處理，以更精確的測量出被測平面相對於標準平面的偏移量。
權利要求1.一種自準直測量儀，由光源、聚焦透鏡、準直物鏡、分光稜鏡、CXD物鏡和面陣CXD組成，其特徵是，所述光源包括對稱分布於同一平面四個象限上的四個雷射光源。
2.根據權利要求1所述的自準直測量儀，其特徵是，所述面陣CCD採用CCD光電轉換器件。
專利摘要一種自準直測量儀，由光源、聚焦透鏡、準直物鏡、分光稜鏡、CCD物鏡和面陣CCD組成，其特徵是，所述光源包括對稱分布於同一平面四個象限上的四個雷射光源。本實用新型由對稱分布的四個雷射光源發出的光線入射到被測平面所在坐標系的四個象限，通過分別判斷四個光源在面陣CCD上的像點與面陣CCD上的校準像點位置坐標間的差值來檢測被測平面的平面度，所述自準直測量儀適用於被測平面是凹面或凸面的情況。
文檔編號G01B11/30GK202101652SQ201120119588
公開日2012年1月4日 申請日期2011年4月21日 優先權日2011年4月21日
發明者張振一, 王亮亮, 逯興蓮 申請人:上海理工大學