CN105783789A - 一种自准直仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自准直仪，所述自准直仪包括光源、分束镜、准直透镜、闪耀光栅和接收器，所述光源输出的激光依次经过分束镜、准直透镜和闪耀光栅，所述闪耀光栅在光路中以利特罗角度放置，闪耀光栅产生的n级衍射光依次经过准直透镜、分束镜和接收器，其中n为非零整数，闪耀光栅产生的0级衍射光被待测面反射后，依次经过闪耀光栅、准直透镜、分束镜和接收器，本发明的自准直仪带有可以产生实时基准光束的闪耀光栅，可以实现示值漂移的自动、实时、精确修正，大大降低高精度自准直仪对环境的要求。

Description

一种自准直仪

技术领域

本发明涉及小角度测量仪器技术领域，具体而言，涉及一种自准直仪。

背景技术

自准直仪是小角度测量的常用设备，在角度测量、平板的平面度测量、导轨的直线度测量、轴系的角晃动测量等领域应用广泛。高精度的自准直仪主要受限于使用环境，环境中的温度、气流、振动等都会引起示值的漂移和跳动。即使对环境进行严格控制，也无法完全消除示值漂移。目前最常用的方法是定期将自准直仪送到计量机构进行检定，但是使用环境一般很难跟检定环境一样稳定，使用环境变化带来的示值漂移仍然是无法控制的。这样就造成了测量结果的不准确。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种自准直仪，本发明的自准直仪带有可以产生实时基准光束的闪耀光栅，可以实现示值漂移的自动、实时、精确修正，大大降低高精度自准直仪对环境的要求。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种自准直仪，所述自准直仪包括光源、分束镜、准直透镜、闪耀光栅和接收器，所述光源输出的激光依次经过分束镜、准直透镜和闪耀光栅，所述闪耀光栅在光路中以利特罗角度放置，闪耀光栅产生的n级衍射光依次经过准直透镜、分束镜和接收器，其中n为非零整数，闪耀光栅产生的0级衍射光被待测面反射后，依次经过闪耀光栅、准直透镜、分束镜和接收器。

进一步，所述n级衍射光为±1级和±2级衍射光中的一种。

进一步，所述闪耀光栅表面镀有铝膜。

进一步，所述接收器为电荷耦合元件、四象限光电探测器或位置敏感检测器。

本发明的有益效果：本发明的自准直仪带有可以产生实时基准光束的闪耀光栅，将闪耀光栅产生的沿原光路返回的n级衍射光作为自准直仪的基准光束，将闪耀光栅的0级衍射光作为测试光束入射到待测表面，由于基准光束和测试光束由自准直仪内部的同一片光栅产生，环境变化引起的漂移是相同的，通过取两者的差值后即可实现示值漂移的自动修正，获得真实的测试结果。

附图说明

图1为本发明的闪耀光栅整体结构示意图；

图2为待测面倾斜状态测试光束传输示意图；

图3为环境引起的基准光束漂移示意图。

图中：1—光源，2—分束镜，3—准直透镜，4—闪耀光栅，5—接收器，6—待测面，7—基准光束，8—测试光束。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种自准直仪，所述自准直仪包括光源1、分束镜2、准直透镜3、闪耀光栅4和接收器5，所述光源1输出的激光依次经过分束镜2、准直透镜3和闪耀光栅4，所述闪耀光栅4在光路中以利特罗角度放置，所述闪耀光栅4表面镀有铝膜，为反射式闪耀光栅，对任意激光波长都有高反射率，闪耀光栅4产生的n级衍射光作为基准光束7，基准光束7依次经过准直透镜3、分束镜2和接收器5，其中n为非零整数，本实施例中优选n级衍射光为±1级和±2级衍射光中的一种，闪耀光栅4产生的0级衍射光作为测试光束8，测试光束8被待测面6反射后，依次经过闪耀光栅4、准直透镜3、分束镜2和接收器5。所述接收器5为电荷耦合元件、四象限光电探测器或位置敏感检测器。光源1为任意波长的激光光源。光源1位于准直透镜3的焦点位置处，基准光束7和测试光束8经过分束镜2后均在接收器5处聚焦。

如图2所示，如果待测面6相对于测试光束8倾斜θ角，经待测面6反射后，测试光束8再次经过闪耀光栅4、准直透镜3、分束镜2，最终由接收器5接收，测试光束8在接收器5上的会聚点跟垂直入射时的会聚点之间的理想距离为d，根据自准直测试原理，可计算出待测面6的倾斜角：

d＝2f·θ

其中，f为准直透镜的焦距。

如图3所示，假设环境引起的角度漂移在接收器5上对应的位移量为Δd，则测试光束8对应的位移量为d’＝(d+Δd)，其中d’是接收器5探测到测试光束8的位移量，d为待测面6倾斜引起的实际位移量，而基准光束7在接收器5上对应的位移量为Δd’，由于基准光束7和测试光束8来自于自准直仪内的同一片闪耀光栅4，因此，Δd’＝Δd，可以形成差动结构，从测试光束8的位移量中扣除基准光束7的位移量即可得待测面6倾斜引起的实际位移量，实现示值漂移的实时修正。通过规定位移方向，使d、d’、Δd、Δd’为正值或者负值，从而得到待测面6的偏转角度和偏转方向。

下面举例说明：

闪耀光栅4使用1级衍射光作为基准光束7，跟入射光束重合；0级衍射光作为测试光束8，跟入射光束垂直；待测面6倾斜角为θ，放置在自准直仪前面，测试光束8经待测面6反射后偏转2θ，重新经过闪耀光栅4、准直透镜3、分束镜2，聚焦到接收器5上，根据准直透镜的角度-位移关系，当f＝2m，待测面6的倾斜角为1′，则待测面倾斜引起的实际位移量为d＝1mm，但由于环境引起的角度漂移的存在，测试光束8对应的位移量还包含了环境漂移对应的位移量，即d’＝d+Δd，d’由接收器5直接测得，为了获得真实的d值，必须测得Δd值，而基准光束7对应的位移量Δd’＝Δd，也是由接收器5直接测得。环境引起的漂移量一般在5″以内，计算得到5″以内的基准光束7对应的漂移量跟测试光束8对应的偏移角度之间的关系如下表所示：

表1

环境漂移量/″	1	2	3	4	5
						基准光束对应的位移量/μm	4.9	9.7	14.5	19.4	24.2
测试光束对应的位移量/μm	1004.9	1009.7	1014.5	1019.4	1024.2
						真实的d值/μm	1000	1000	1000	1000	1000
真实的θ值/′	1	1	1	1	1

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种自准直仪，其特征在于，所述自准直仪包括光源、分束镜、准直透镜、闪耀光栅和接收器，所述光源输出的激光依次经过分束镜、准直透镜和闪耀光栅，所述闪耀光栅在光路中以利特罗角度放置，闪耀光栅产生的n级衍射光依次经过准直透镜、分束镜和接收器，其中n为非零整数，闪耀光栅产生的0级衍射光被待测面反射后，依次经过闪耀光栅、准直透镜、分束镜和接收器。

2.根据权利要求1所述的自准直仪，其特征在于，所述n级衍射光为±1级和±2级衍射光中的一种。

3.根据权利要求1所述的自准直仪，其特征在于，所述闪耀光栅表面镀有铝膜。

4.根据权利要求1所述的自准直仪，其特征在于，所述接收器为电荷耦合元件、四象限光电探测器或位置敏感检测器。