專利名稱：帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明與激光干涉法測量角度的系統(tǒng)和測量方法有關(guān)。
技術(shù)背景-激光角度干涉儀主要用于角度測量，包括回轉(zhuǎn)工作臺、數(shù)控機床轉(zhuǎn)臺等裝置的 精密角度檢測。傳統(tǒng)激光角度干涉儀原理如圖1。激光頭1發(fā)出的激光在角度干涉儀2中分為兩路，分別指向角度反射鏡3中的 兩個角偶棱鏡，當(dāng)角度反射鏡從原始位置^轉(zhuǎn)動到尸位置時，對應(yīng)轉(zhuǎn)角為"，經(jīng)過兩個角偶棱鏡的激光光程發(fā)生變化人角度反射鏡的旋轉(zhuǎn)角度由下式求出^為角度反射鏡常數(shù)，是兩個角偶棱鏡錐尖的距離。激光角度干涉儀直接得到 光程差^，按照上式計算顯示角度值。。上述的測量方法在實際應(yīng)用中存在以下不足1、 測量范圍小原因是(l)在反正弦函數(shù)中，角度增大時曲率趨于平緩，測量 的分辨率降低；(2)隨著測量角度增大激光束的偏離也加大，當(dāng)測量角度增大到激 光束脫離角度反射鏡時，激光角度干涉儀不能正常工作。 一般激光角度干涉儀的量 程小于i/r 。2、 初始零位造成誤差激光角度干涉儀要求在測量開始時激光束垂直于角度 反射鏡兩個角偶棱鏡的錐尖連線，在實際操作時往往難以實現(xiàn)。如圖2所示，^Y為 兩個角偶棱鏡的錐尖連線，激光束的入射方向與^^不垂直，存在偏角。。，稱"初 始零位誤差"。圖3表示存在初始零位誤差a。時造成的測量誤差，理論坐標(biāo)系(沒 有初始零位誤差的坐標(biāo)系)原點O，初始零位誤差a。對應(yīng)的激光光程差為么尸arcsinc。，新坐標(biāo)系的原點0'位于理論坐標(biāo)系0的(a。、人)點。此時如果角度反射鏡 旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的光程差為r，在新坐標(biāo)系O'中的對應(yīng)值為實際旋轉(zhuǎn)角"'，而按照上式 計算得到的是在理論坐標(biāo)系0中的值"。，顯然A'-》。為初始零位不準(zhǔn)確造成的測 量誤差。3、 角度反射鏡常數(shù)力不準(zhǔn)確會引起較大測量誤差圖4表示不同角度反射鏡常數(shù)J (對應(yīng)曲線1和2)對測量的影響，由于/1值不同，對于相同的光程變化^ 得到不同的角度測量結(jié)果 和^。 將上式微分得<formula>formula see original document page 7</formula>設(shè)/l:J6te/z ,可以計算在"=70°時，如果角度反射鏡常數(shù)/I的誤差為 W =ft 7腳，則造成測量誤差為g^ = 7iY 〃 。加工和裝配精度、使用現(xiàn)場溫度等都會影響J值的變化，因此在測量中此項誤 差影響是不可忽視的。綜上述，激光角度干涉儀量程小限制了應(yīng)用范圍，初始零位誤差"。和角度反射 鏡常數(shù)^的誤差是影響測量精度的重要因素，這是在實際使用中需要解決的問題。 發(fā)明內(nèi)容-本發(fā)明的目的是提供一種量程可擴大到任意角度，測量精度高的帶有標(biāo)準(zhǔn)角度 轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)及測量方法。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)，激光頭1發(fā)出的激光經(jīng)角度干涉儀2射向角度反射鏡3，角度反射鏡3由兩個角偶棱鏡組成，當(dāng)角度反射鏡 3旋轉(zhuǎn)時，由兩個角偶棱鏡反射回激光頭1的激光產(chǎn)生光程差人角度反射鏡3安 裝于轉(zhuǎn)臺上盤4上，轉(zhuǎn)臺上盤4與心軸9緊配合，轉(zhuǎn)臺底盤5與心軸9動配合，轉(zhuǎn) 臺上盤4和轉(zhuǎn)臺底盤5之間可以相對同軸轉(zhuǎn)動，并通過定位機構(gòu)鎖定，鎖定位置由 轉(zhuǎn)臺上盤4側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8和轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周的角度標(biāo)志a、 6、 c確 定，s、》、e對應(yīng)轉(zhuǎn)臺底盤5上三個鎖定位置，a與6、 6與c之間相對于轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn) 中心心軸9的夾角為e和0， e和0是系統(tǒng)的基準(zhǔn)角度，轉(zhuǎn)臺底盤5與被測轉(zhuǎn)臺6 連接，激光頭1通過電箱15與計算機16相接，系統(tǒng)的清零、"+ "" — "顯示符 號設(shè)定和讀數(shù)通過計算機完成。用于系統(tǒng)校準(zhǔn)的基準(zhǔn)角度S和0采用下述兩種結(jié)構(gòu)之一產(chǎn)生 結(jié)構(gòu)l:壓簧ll、定位球9安裝于轉(zhuǎn)臺上盤4，轉(zhuǎn)臺底盤5有三個r形角度定 位槽10，相鄰的K形角度定位糟的夾角分別為S和0， e和^是系統(tǒng)的基準(zhǔn)角度， 用自準(zhǔn)直儀和多面體標(biāo)定，轉(zhuǎn)臺上盤4的側(cè)面圓周設(shè)有一個角度標(biāo)志8，轉(zhuǎn)臺底盤 5的側(cè)面圓周，三個K形角度定位槽10的延長線上設(shè)有標(biāo)志線s、 Z)、 c，當(dāng)轉(zhuǎn)臺上 盤4轉(zhuǎn)動到其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周的角度標(biāo)志線a、 6 或c位置時，定位球9落入K形角度定位槽10，轉(zhuǎn)臺上盤4與轉(zhuǎn)臺底盤5相對鎖定；結(jié)構(gòu)2:轉(zhuǎn)臺上盤4有一個銷孔14，與其對應(yīng)在轉(zhuǎn)臺底盤5位于同一直徑有三 個銷孔，轉(zhuǎn)臺上盤4側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn)臺上盤4中心與銷孔14中心連線的延長 線方向有一個角度標(biāo)志8，轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn)臺底盤5中心與三個銷 孔中心連線的延長線方向有三個角度標(biāo)志線a、 6和c，轉(zhuǎn)臺底盤5的三個銷孔與轉(zhuǎn) 臺底盤中心連線形成的相鄰夾角為e和^，當(dāng)轉(zhuǎn)臺上盤4轉(zhuǎn)動到其側(cè)面圓周上的角 度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周的角度標(biāo)志線s、》或c位置時，插入錐銷12或 彈性定位銷13，轉(zhuǎn)臺上盤4與轉(zhuǎn)臺底盤5相對鎖定。利用本發(fā)明的測量方法，包括以下步驟a. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上 d和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺上盤4、轉(zhuǎn)臺底盤5和角度反射鏡3整體，使角度 反射鏡3的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺底盤5與被測轉(zhuǎn)臺6固緊，由計算機將 系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時針方向激光角度干涉儀顯示為"+ "，校 準(zhǔn)開始；b. 校準(zhǔn)開始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5 側(cè)面圓周上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)々；c. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上的 標(biāo)志線c位置并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)K，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測量數(shù)據(jù)P、 r和計算機已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和^由計算機計算出初始零位 補償角"。、反射鏡常數(shù)力的補償因子r和校準(zhǔn)后的測量傳遞函數(shù)-由于爿sin 0 —爿sin p - ^ sin or0 一爿sin ^ 爿sin y - J sin aQ上式中《和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計算機，正數(shù)?？梢缘玫匠跏剂阄谎a償角sin 6 sin ;k + sin ^ sinan = arcsinsin ^ + sin 6^反射鏡常數(shù)^的補償因子r:sin P — sin ^sin — sm aQsin y — sm根據(jù)初始零位補償角"。和反射鏡常數(shù)力的補償因子r可以得到實際旋轉(zhuǎn)角度 "與光程變化^的測量傳遞函數(shù)，以后的測量運算即按照此函數(shù)進行<formula>formula see original document page 9</formula>d. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線6并鎖定，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位 順時針方向激光角度干涉儀顯示為"+ ";e. 測量開始，逆時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角度反射鏡(3)到角度a p 為激光角度千涉儀量程之內(nèi)的任意值，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)尸。，f. 順時針方向旋轉(zhuǎn)被測轉(zhuǎn)臺(6)連同轉(zhuǎn)臺底盤(5)、轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角度反 射鏡(3)整體，越過中間位置6到角度《9為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值， 計算機通過測量運算記下激光角度干涉儀讀數(shù)g. 反復(fù)過程e-f，直至被測轉(zhuǎn)臺(6)連同轉(zhuǎn)臺底盤(5)、轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角 度反射鏡(3)整體旋轉(zhuǎn)到需測角度，計算機通過測量運算記下激光角度干涉儀讀 數(shù)&，測量結(jié)束。連續(xù)測量運算的總角度即被測轉(zhuǎn)臺6的轉(zhuǎn)角Bx為<formula>formula see original document page 9</formula>實際測量時，也可以重復(fù)步驟b、 C多次，計算激光角度干涉儀的平均讀數(shù)Pf攻和r，，取代單次測量的P和r，提高系統(tǒng)校準(zhǔn)。 系統(tǒng)測量方法，依次進行如下步驟a.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4,使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上 a和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺上盤4、轉(zhuǎn)臺底盤5和角度反射鏡3整體，使角度 反射鏡3的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺底盤5與被測轉(zhuǎn)臺6固緊，由計算機將 系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時針方向激光角度干涉儀顯示為"+ "; b. 校準(zhǔn)開始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周 上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)々；c.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4 至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上的標(biāo)志線c位置并鎖定， 計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)r，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測量數(shù)據(jù)P、 r和計算機已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和^由計算機計算出初始零位補償角"。、反射鏡常數(shù)力的補償因子r和校準(zhǔn)后的測量傳遞函數(shù) 由于<formula>formula see original document page 9</formula>上式中6和^為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計算機，正數(shù)?？梢缘玫匠跏剂阄谎a償角sin ^ sin y + sin ^ sin paQ = arcsm反射鏡常數(shù)j的補償因子^sin ^ + sin P sin P — sin -sin — sin "Qsin y — sin a。 根據(jù)初始零位補償角0。和反射鏡常數(shù)j的補償因子r可以得到實際旋轉(zhuǎn)角度 ^與光程變化5的測量傳遞函數(shù)，以后的測量運算即按照此函數(shù)進行(3 + arc sin a?！贰?=arcsin+ a0d.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上的 標(biāo)志線6位置并鎖定，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時針方向 激光角度干涉儀顯示為"+ "; e.逆時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至-rZ 角度，計算機 記下激光角度干涉儀讀數(shù)乂； f.數(shù)控轉(zhuǎn)臺連同轉(zhuǎn)臺底盤5、轉(zhuǎn)臺上盤4和角度反射 鏡3整體順時針旋轉(zhuǎn)角度r，計算機記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; g.轉(zhuǎn)臺上盤4逆時針方向旋 轉(zhuǎn)角度r，計算機記下讀數(shù)乂； h.數(shù)控轉(zhuǎn)臺連同轉(zhuǎn)臺底盤5、轉(zhuǎn)臺上盤4和角度反 射鏡3整體順時針旋轉(zhuǎn)角度r記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; L及復(fù)過程g—h，直至數(shù)控轉(zhuǎn)臺旋 轉(zhuǎn)M『，得到一組數(shù)控轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)方向的測量數(shù)據(jù)jn和kn。順時針旋轉(zhuǎn)各測量間隔的偏差值為~ =(、 -A)-r本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，工作可靠，擴大了激光干涉法測量角度的量程， 利用轉(zhuǎn)臺具備的標(biāo)準(zhǔn)角度，在測量中即時校準(zhǔn)，提高了測量精度。本發(fā)明可以應(yīng)用 于任意角度測量和數(shù)控轉(zhuǎn)臺的位置精度的檢測。


圖1為激光干涉法測量角度示意圖。圖2為激光干涉法測量角度的初始零位誤差。圖3為初始零位不準(zhǔn)確產(chǎn)生的測量誤差。圖4為不同反射鏡常數(shù)對測量的影響。圖5為帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)。圖6為圖5的A—A剖視圖。圖7為初始零位補償角"。和反射鏡常數(shù)力的補償因子r的計算示意圖。 圖8為采用V形角度定位槽和定位球的定位機構(gòu)。圖9為轉(zhuǎn)臺底盤的V形角度定位槽。 圖IO為采用錐銷的定位機構(gòu)。 圖11為采用彈性定位銷的定位機構(gòu)。 圖12為轉(zhuǎn)臺底盤的定位銷孔。
具體實施例方式實施例1:帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)測量任意角度，步驟如 下 '(1)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上a和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺上盤4、轉(zhuǎn)臺底盤5和角度反射鏡3整體，使 角度反射鏡3的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺底盤5與被測轉(zhuǎn)臺6固緊，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時針方向激光角度干涉儀顯示為"+ ";(2)校準(zhǔn)開始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)P; (3)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上的標(biāo)志線c位置 并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)r，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測量數(shù)據(jù)P、 r和計算機已存的標(biāo)準(zhǔn)角度《和0由計算機計算出初始零位 補償角o 、反射鏡常數(shù)^的補償因子r和校準(zhǔn)后的測量傳遞函數(shù)(圖7):由于<formula>formula see original document page 11</formula>上式中e和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計算機，正數(shù)。 可以得到初始零位補償角。w<formula>formula see original document page 11</formula>反射鏡常數(shù)力的補償因子L<formula>formula see original document page 11</formula>根據(jù)初始零位補償角"。和反射鏡常數(shù)力的補償因子r可以得到實際旋轉(zhuǎn)角度^與光程變化^的測量傳遞函數(shù)，以后的測量運算即按照此函數(shù)進行<formula>formula see original document page 11</formula>
(4)測量開始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周上的標(biāo)志線力并鎖定，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順 時針方向激光角度干涉儀顯示為"+ "，測量開始；(5)逆時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4 和角度反射鏡3到角度^ p為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值，計算機記下激 光角度干涉儀讀數(shù)尸。，(6)順時針方向旋轉(zhuǎn)被測轉(zhuǎn)臺6連同轉(zhuǎn)臺底盤5、轉(zhuǎn)臺上盤 4和角度反射鏡3整體，越過中間位置6到角度ft 9為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的 任意值，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)(7)反復(fù)過程(5) — (6)，直至被 測轉(zhuǎn)臺6連同轉(zhuǎn)臺底盤5、轉(zhuǎn)臺上盤4和角度反射鏡3整體旋轉(zhuǎn)到需測角度，計算 機記下激光角度干涉儀讀數(shù)仏，測量結(jié)束。連續(xù)測量的總角度即被測轉(zhuǎn)臺6的轉(zhuǎn)角",為/^Z(qn-p )實施例2:帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)檢測數(shù)控轉(zhuǎn)臺位置精度， 歩驟如下系統(tǒng)的安裝同圖5，被測轉(zhuǎn)臺6為受檢的數(shù)控轉(zhuǎn)臺，選擇數(shù)控轉(zhuǎn)臺的檢測間隔 為r， r小于激光角度干涉儀的總量程，具體操作步驟如下步驟(1) 一 (3)同實施例1，為校準(zhǔn)過程。測量從步驟(4)開始(4)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志8指向轉(zhuǎn)臺底盤5側(cè)面圓周 上的標(biāo)志線6位置并鎖定，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡3在零位順時針 方向激光角度干涉儀顯示為"+ "; (5)逆時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤4至-r/ 角度， 計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)乂； (6)數(shù)控轉(zhuǎn)臺連同轉(zhuǎn)臺底盤5、轉(zhuǎn)臺上盤4和 角度反射鏡3整體順時針旋轉(zhuǎn)角度r，計算機記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; (7)轉(zhuǎn)臺上盤4逆 時針方向旋轉(zhuǎn)角度r，計算機記下讀數(shù)乂； (8)數(shù)控轉(zhuǎn)臺連同轉(zhuǎn)臺底盤5、轉(zhuǎn)臺上 盤4和角度反射鏡3整體順時針旋轉(zhuǎn)角度r記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; (9)反復(fù)過程(7) — (8)， 直至數(shù)控轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，得到一組數(shù)控轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)方向的測量數(shù)據(jù)jn和kn。順時針旋轉(zhuǎn)各測量間隔的偏差值為△" = 一厶)—r °
權(quán)利要求
1、帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)，其特征在于激光頭(1)和角度干涉儀(2)位置固定，激光頭(1)發(fā)出的激光經(jīng)角度干涉儀(2)射向角度反射鏡(3)，角度反射鏡(3)由兩個角偶棱鏡組成，當(dāng)角度反射鏡(3)旋轉(zhuǎn)時，由兩個角偶棱鏡反射回激光頭(1)的激光產(chǎn)生光程差，通過計算機運算得到旋轉(zhuǎn)角度值，角度反射鏡(3)安裝于轉(zhuǎn)臺上盤(4)上，轉(zhuǎn)臺上盤(4)與心軸(9)緊配合，轉(zhuǎn)臺底盤(5)與心軸(9)動配合，轉(zhuǎn)臺上盤(4)和轉(zhuǎn)臺底盤(5)之間可以相對同軸轉(zhuǎn)動，并通過定位機構(gòu)鎖定，鎖定位置由轉(zhuǎn)臺上盤(4)側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)和轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè)面圓周的角度標(biāo)志a、b、c確定，a、b、c對應(yīng)轉(zhuǎn)臺底盤(5)上三個鎖定位置，a與b、b與c之間相對于轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)中心心軸(9)的夾角為θ和φ，θ和φ是系統(tǒng)的基準(zhǔn)角度，轉(zhuǎn)臺底盤(5)與被測轉(zhuǎn)臺(6)連接，激光頭(1)通過電箱(15)與計算機(16)相接，系統(tǒng)的清零、“+”“-”顯示符號設(shè)定和讀數(shù)通過計算機完成。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的測量系統(tǒng)，其特征在于可以利用下述兩種結(jié)構(gòu)之一 產(chǎn)生用于系統(tǒng)校準(zhǔn)的基準(zhǔn)角度e和0:結(jié)構(gòu)l:壓簧(11)、定位球(9)安裝于轉(zhuǎn)臺上盤(4)，轉(zhuǎn)臺底盤(5)有三個 「形角度定位槽(10)，相鄰的K形角度定位糟的夾角分別為S和0， ^和^是系統(tǒng) 的基準(zhǔn)角度，用自準(zhǔn)直儀和多面體標(biāo)定，轉(zhuǎn)臺上盤(4)的側(cè)面圓周設(shè)有一個角度 標(biāo)志(8)，轉(zhuǎn)臺底盤(5)的側(cè)面圓周，三個K形角度定位槽(10)的延長線上設(shè) 有標(biāo)志線s、 6、 c，當(dāng)轉(zhuǎn)臺上盤(4)轉(zhuǎn)動到其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn) 臺底盤(5)側(cè)面圓周的角度標(biāo)志線a、力或c位置時，定位球(9)落入K形角度 定位槽(10)，轉(zhuǎn)臺上盤(4)與轉(zhuǎn)臺底盤(5)相對鎖定；結(jié)構(gòu)2:轉(zhuǎn)臺上盤(4)有一個銷孔(14)，與其對應(yīng)在轉(zhuǎn)臺底盤(5)位于同一 直徑有三個銷孔，轉(zhuǎn)臺上盤(4)側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn)臺上盤(4)中心與銷孔(14) 中心連線的延長線方向有一個角度標(biāo)志(8)，轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè)面圓周上，位于轉(zhuǎn) 臺底盤(5)中心與三個銷孔中心連線的延長線方向有三個角度標(biāo)志線a、 6和c, 轉(zhuǎn)臺底盤(5)的三個銷孔與轉(zhuǎn)臺底盤中心連線形成的相鄰夾角為^和0，當(dāng)轉(zhuǎn)臺 上盤(4)轉(zhuǎn)動到其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè)面圓周的角 度標(biāo)志線s、 />或c位置時，插入錐銷(12)或彈性定位銷(13),轉(zhuǎn)臺上盤(4) 與轉(zhuǎn)臺底盤(5)相對鎖定。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述系統(tǒng)的測量方法，包括以下步驟a. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè) 面圓周上a和c之間的標(biāo)志線6，調(diào)整轉(zhuǎn)臺上盤(4)、轉(zhuǎn)臺底盤(5)和角度反射鏡(3)整體，使角度反射鏡(3)的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺底盤(5)與被 測轉(zhuǎn)臺(6)固緊，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位順時針方向 激光角度干涉儀顯示為"+ "，校準(zhǔn)開始；b. 校準(zhǔn)開始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向袖臺 底盤(5)側(cè)面圓周上的標(biāo)志線a位置并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)P;c. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線c位置并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)r,校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測量數(shù)據(jù)P、 l和計算機已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和0由計算機計算出初始零位 補償角"。、反射鏡常數(shù)//的補償因子r和校準(zhǔn)后的測量傳遞函數(shù) 由于<formula>formula see original document page 3</formula>上式中e和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計算機，正數(shù)， 可以得到初始零位補償角"。<formula>formula see original document page 3</formula>反射鏡常數(shù)/I的補償因子r:<formula>formula see original document page 3</formula>根據(jù)初始零位補償角"。和反射鏡常數(shù)^的補償因子r可以得到實際旋轉(zhuǎn)角度"與光程變化《的測量傳遞函數(shù)，以后的測量運算即按照此函數(shù)進行<formula>formula see original document page 3</formula>d. 旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線6并鎖定，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位 順時針方向激光角度干涉儀顯示為"+ "， e. 測量開始，逆時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角度反射鏡(3)到角度p， ；p 為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值，計算機通過測量運算記下激光角度干涉儀讀 數(shù)A;f. 順時針方向旋轉(zhuǎn)被測轉(zhuǎn)臺(6)連同轉(zhuǎn)臺底盤(5)、轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角度反 射鏡(3)整體，越過中間位置6到角度< , 9為激光角度干涉儀量程之內(nèi)的任意值， 計算機通過測量運算記下激光角度干涉儀讀數(shù)ft,g. 反復(fù)過程e-f，直至被測轉(zhuǎn)臺(6)連同轉(zhuǎn)臺底盤(5)、轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角 度反射鏡(3)整體旋轉(zhuǎn)到需測角度，測量結(jié)束，連續(xù)測量運算的總角度即被測轉(zhuǎn)臺6的轉(zhuǎn)角^2為<formula>formula see original document page 4</formula>
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述系統(tǒng)的測量方法，其特征在于可以重復(fù)步驟b、 c多次， 計算激光角度干涉儀的平均讀數(shù)p賴和取代單次測量的P和r，提高系統(tǒng)校 準(zhǔn)。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)測量方法，依次進行如下步驟a.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)，使其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè) 面圓周上a和c之間的標(biāo)志線力，調(diào)整轉(zhuǎn)臺上盤(4)、轉(zhuǎn)臺底盤(5)和角度反射鏡 (3)整體，使角度反射鏡(3)的表面與入射激光束垂直，將轉(zhuǎn)臺底盤(5)與被 測轉(zhuǎn)臺(6)固緊，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在零位順時針方向 激光角度干涉儀顯示為"+ "; b.校準(zhǔn)開始，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)至其側(cè)面圓周上的 角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè)面圓周上的標(biāo)志線s位置并鎖定，計算機記下 激光角度干涉儀讀數(shù)P; c.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指 向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè)面圓周上的標(biāo)志線c位置并鎖定，計算機記下激光角度干涉儀 讀數(shù)r，校準(zhǔn)結(jié)束；根據(jù)測量數(shù)據(jù)P、 r和計算機已存的標(biāo)準(zhǔn)角度^和^由計算機計算出初始零位 補償角 、反射鏡常數(shù)力的補償因子r和校準(zhǔn)后的測量傳遞函數(shù) 由于<formula>formula see original document page 4</formula>上式中^和0為系統(tǒng)基準(zhǔn)角度，存于計算機，正數(shù)， 可以得到初始零位補償角C。<formula>formula see original document page 4</formula>反射鏡常數(shù)^的補償因子<formula>formula see original document page 4</formula>根據(jù)初始零位補償角"c和反射鏡常數(shù)^的補償因子r可以得到實際旋轉(zhuǎn)角度 "與光程變化^的測量傳遞函數(shù)，以后的測量運算即按照此函數(shù)進行d.旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)至其側(cè)面圓周上的角度標(biāo)志(8)指向轉(zhuǎn)臺底盤(5)側(cè) 面圓周上的標(biāo)志線力位置并鎖定，由計算機將系統(tǒng)清零并設(shè)定角度反射鏡(3)在 零位順時針方向激光角度干涉儀顯示為"+ "; e.逆時針方向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺上盤(4)\至 -r/ 角度，計算機記下激光角度干涉儀讀數(shù)乂； f.數(shù)控轉(zhuǎn)臺連同轉(zhuǎn)臺底盤(5)、轉(zhuǎn) 臺上盤(4)和角度反射鏡(3)整體順時針旋轉(zhuǎn)角度r，計算機記下系統(tǒng)讀數(shù)kn; g,轉(zhuǎn)臺上盤(4)逆時針方向旋轉(zhuǎn)角度r，計算機記下讀數(shù)乂； h.數(shù)控轉(zhuǎn)臺連同轉(zhuǎn)臺 底盤(5)、轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角度反射鏡(3)整體順時針旋轉(zhuǎn)角度r記下系統(tǒng)讀數(shù) kn; L.反復(fù)過程g—h,直至數(shù)控轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，得到一組數(shù)控轉(zhuǎn)臺順時針旋轉(zhuǎn)方 向的測量數(shù)據(jù)jn和kn。順時針旋轉(zhuǎn)各測量間隔的偏差值為
全文摘要
本發(fā)明為帶有標(biāo)準(zhǔn)角度轉(zhuǎn)臺的激光角度干涉測量系統(tǒng)及測量方法。解決已有激光角度干涉儀量程小、初始零位誤差和反射鏡常數(shù)A誤差對測量精度有影響的問題。激光頭(1)和角度干涉儀(2)位置固定，帶有標(biāo)準(zhǔn)角度的轉(zhuǎn)臺上盤(4)與角度反射鏡(3)連接，激光頭(1)發(fā)出的激光經(jīng)角度干涉儀(2)投向角度反射鏡(3)，轉(zhuǎn)臺上盤(4)與心軸(9)緊配合，轉(zhuǎn)臺底盤(5)與心軸(9)動配合，與轉(zhuǎn)臺上盤(4)之間可以相對轉(zhuǎn)動，并通過螺栓(7)與被測轉(zhuǎn)臺(6)連接，測量時轉(zhuǎn)臺上盤(4)連同角度反射鏡(3)，相對于被測轉(zhuǎn)臺(6)、轉(zhuǎn)臺底盤(5)、轉(zhuǎn)臺上盤(4)和角度反射鏡(3)整體以同一角度依次作相反方向轉(zhuǎn)動，保證激光束不會偏離角度反射鏡(3)，連續(xù)讀出每次轉(zhuǎn)動后激光角度干涉儀讀數(shù)，通過運算得到任意角度的測量值。
文檔編號G01B11/26GK101236076SQ200810044848
公開日2008年8月6日 申請日期2008年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月29日
發(fā)明者李立群, 羨一民, 陽 舒, 蔣金志, 易 邱 申請人:成都工具研究所