专利名称：偶数窄缝式光电自准直仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种高精度角位移检测装置，具体涉及一种光电自准直仪。
背景技术：
在精密测试计量技术领域，光电自准直仪的广泛应用于小角度测量、高精度角度标校、导轨的平直度、精密平台的平面度、转台位置不确定度等测量领域，是机械制造、造船、航空航天、计量测试、科学研究等部门必备的常规测量仪器。特别是在精密、超精密定位方面，更有不可替代的作用。它既可单独用于工程测量，也可作为经纬仪、测角仪、光学比较仪等光学计量仪器中的瞄准及测量部件。 由于光电自准直仪实质为高精度的数字图像微位移检测系统，改变狭缝类型成为提高其精度的关键要素。目前，光电自准直仪中所用的狭缝类型主要有十字丝、圆孔、M形/V形/N形分划、单狭缝、光栅等。十字丝、圆孔等直接与面阵探测器配合完成二维测量，受限于面阵器件自身的工作原理，其测量速度及精度都会受到限制。M形/V形/N形分划板主要与单线阵CCD结合实现二维转角测量，对狭缝与线阵CCD安装精度要求较高，进而影响测量范围及测量精度。若采用单狭缝，则单狭缝作为图像时，图像要素只有缝宽，不利于提高精度。光栅式光电自准直仪的出现是一种新的探索，该类型自准直仪通过一对光栅副产生的莫尔条纹的位移来获得平面镜的角位移信息。莫尔条纹位移信息不仅与光栅副之间的单根栅线的栅距差异有关，还与光栅副之间的夹角有关，造成这种类型的自准直仪对光栅的安装较高，加之莫尔条纹本身的复杂性，要对其进行准确定位，对后期图像处理要求较高，实际测量精度及可靠性也受到限制(如果存在探测器响应或光栅刻画的误差，影响就会更为严重)。
实用新型内容为克服前述背景技术存在的不足，本实用新型了提供一种精度高、可靠性好的偶数窄缝式光电自准直仪。本实用新型的技术解决方案是偶数窄缝式光电自准直仪，包括在主光路上依次设置的单色光源(I)、窄缝组(2)、分光镜(3)、准直物镜(4)、可转动的平面反射镜(5)以及在分光镜分光光路上设置的线阵CXD (6)，窄缝组(2)与线阵CXD (6)共轭，光源(I)发出的光通过窄缝组(2)、经分光镜透射后在平面反射镜(5)反射回分光镜分光，成像于线阵CXD (6)处；其特殊之处在于所述窄缝组(2)为偶数窄缝，由多个等宽度且等间距的平行单狭缝组成，平行单狭缝的数目P (即单帧偶数窄缝图像包含平行单狭缝的数目P)为p=2k，其中，k=l，2，3，...(A)；各平行单狭缝的间距为d=(n±-) Pd，其中，n=1，2，3，... ;p=2k 为单狭缝数量，Pd 为 CCD 像元间距(B)。
P[0011]基于上述基本技术方案，本实用新型还进行了以下优化、改进上述光源具体可以采用LED光源、激光光源等。上述平行单狭缝的数目2彡P彡32。各平行单狭缝的缝宽b为b=nPd，其中，n=l，2，3，... ; Pd为CCD像元间距;且11彡3更佳。要想获得更高的测量精度，准直物镜(4)的焦距可以更长，线阵CCD的像元数可以更小，采用相对应的偶数窄缝结构即可获得更高的精度。本实用新型具有以下优点偶数窄缝作为图像目标，安装及后期图像处理要求要低于光栅；与单狭缝相比，偶数窄缝图像除了狭缝宽度还有狭缝间距、狭缝个数等图像要素，适当选择偶数窄缝的宽度、间距及个数，在适当调整后期算法基础上，有利于提升系统精度。本实用新型在装调要求较低的情况下，能够实现高精度测量，可靠性高。本实用新型能够允许适当调节线阵CCD光敏面与最佳像面之间的离焦量。本实用新型可广泛应用 于高精度小角度精度测试，反射镜动静态小角度误差高精度测量、角位移传感器角度标校、光学平面冷加工件的小角度测量、高精度台面或工件的垂直度/平面度的高精度测量等。
图1为本实用新型的原理示意图；图2为本实用新型一个线阵C⑶的信号输出图。图3表示了本实用新型在±15'范围内的测量精度结果(该结果为与德国MOLLER公司ELC0MAT 3000型准直光管精度对比结果，其中，德国MOLLER公司ELC0MAT 3000型准直光管在±1050"内测量精度为±0.25")。
具体实施方式
如图1所示，偶数窄缝式光电自准直仪，包括在主光路上依次设置的LED光源组件(I)、偶数窄缝(2)、分光镜(3)、准直物镜(4)、平面反射镜(5)以及在分光镜分光光路上设置的线阵CXD (6)，偶数窄缝(2)与线阵CXD (6)共轭，光源(I)发出的光通过偶数窄缝
(2)、经分光镜透射，光线经准直物镜(4)准直后经平面反射镜(5)反射回分光镜，分光镜分光，成像于线阵CXD (6)处。其中，一种实时采集图像如图2所示。当平面镜(5)转动一个小角度时(根据测量需求，可以设置为可低速转动，与CCD本身的积分时间相适应)，偶数窄缝图像在线阵CCD有一定位移量，通过转换关系将位置信息转换为角度量，并实时显示角度变化。图1中，LED光源组件可采用红光LED光源。线阵CXD采用单线阵(XD，单个像元尺寸及像元间距均为7μπι，单个像元尺寸及像元间距也可以更小；偶数窄缝有多个相同宽度及间距的平行单狭缝组成，单幅偶数窄缝图像包含单狭缝的数量需满足p=2k(k=l, 2，3，…)(A)偶数窄缝的缝间距为[0027]4二(11±|)巧(11=1，2，3，...；？=215为单狭缝数量，？(1为〇0)像元间距)(B)当偶数窄缝满足上述条件时，线阵CCD采样产生的混叠噪声得到抑制，获得高的成像质量。设准直物镜(4)的焦距为f，当偶数窄缝像移动的距离为S，当被测平面镜(5)转动Θ，根据自准直原理，有S=f · tan2 Θ。如果选用准直物镜(4)的焦距f=300mm，线阵C⑶单个像元尺寸为7 μ m，单个像元的有效分辨率为
权利要求1.偶数窄缝式光电自准直仪，包括在主光路上依次设置的单色光源(I)、窄缝组(2)、 分光镜(3)、准直物镜(4)、可转动的平面反射镜(5)以及在分光镜分光光路上设置的线阵 CXD (6)，窄缝组(2)与线阵CXD (6)共轭，光源(I)发出的光通过窄缝组(2)、经分光镜透射后在平面反射镜(5)反射回分光镜分光，成像于线阵CCD (6)处；其特征在于所述窄缝组(2)为偶数窄缝，偶数窄缝由多个等宽度且等间距的平行单狭缝组成，平行单狭缝的数目P为p=2k，其中，k=l，2，3，…；各平行单狭缝的间距为=(n±i)巧，其中，n=l，2，3，…；p=2k为单狭缝数量，Pd为CCD像元间距。
2.根据权利要求1所述的偶数窄缝式光电自准直仪，其特征在于各平行单狭缝的缝宽b均为b=nPd，其中，n=l，2，3，…；Pd为C⑶像元间距。
3.根据权利要求2所述的偶数窄缝式光电自准直仪，其特征在于对于b=nPd，η取大于或等于3的自然数。
4.根据权利要求3所述的偶数窄缝式光电自准直仪，其特征在于所述光源采用LED 光源或激光光源。
5.根据权利要求4所述的偶数窄缝式光电自准直仪，其特征在于所述平行单狭缝的数目2彡P彡32。
专利摘要本实用新型提供了一种精度高、可靠性好的偶数窄缝式光电自准直仪。该偶数窄缝式光电自准直仪，包括在主光路上依次设置的单色光源(1)、窄缝组(2)、分光镜(3)、准直物镜(4)、可转动的平面反射镜(5)以及在分光镜分光光路上设置的线阵CCD(6)，所述窄缝组(2)为偶数窄缝，偶数窄缝由多个等宽度且等间距的平行单狭缝组成，平行单狭缝的数目p为p=2k，各平行单狭缝的间距为本实用新型可广泛应用于高精度小角度精度测试，反射镜动静态小角度误差高精度测量、角位移传感器角度标校、光学平面冷加工件的小角度测量、高精度台面或工件的垂直度/平面度的高精度测量等。
文档编号G01B11/26GK202885788SQ20122051058
公开日2013年4月17日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者刘爱敏, 高立民, 吴易明 申请人:中国科学院西安光学精密机械研究所