br>[0029] 2)转轴2是蜗轮蜗杆机构中与蜗轮固定的空心转轴，用一个伺服电机驱动，伺服 电机与计算机4相连；
[0030] 3)与自准直仪1相连的计算机4为自准直仪1的附带设备，其上安装了厂家给的 程序I，程序I的功能为：在计算机4的显示屏上给出主界面，将光点像的位置以十字刻线 显示在主界面上，十字刻线的中心位于光点像的质心，且十字刻线随光点像的位置变化而 同步移动；建立直角坐标系，沿显示屏水平方向为X轴、沿显示屏竖直方向为y轴，单位均为 角秒，在主界面上有"设置原点"的功能框，操作者选择一个十字刻线移动到的位置作为"当 前位置"，在"设置原点"的功能框内输入"当前位置"，此位置即为该直角坐标系的原点；跟 随十字刻线的位置计算和显示光点像质心的坐标（X，y)，并能根据操作者的需要将测试点 的坐标存储于计算机4中；
[0031] 4)光楔5为楔角可调节的双光楔补偿器，大恒光电有限公司的产品GC0-030211M， 楔角调节范围为0~1度，在波长589nm处折射率为1. 5,有效口径25mm;
[0032] 5)反射镜3的通光口径为25mm，固定反射镜3的底座上具有调节其俯仰和方位角 度的调节机构；
[0033] 6)自编程序II输入到计算机4中，程序II控制转轴2的转动：开始，停止，转动 速度，连续转动模式，转动步长为4. 5度的间歇式转动模式；
[0034] 7)自编程序III输入到计算机4中，将程序I中存储的转轴2转过一周的一系列 测试点的坐标按顺序导入程序III中，程序III拟合出轨迹圆，计算出圆心坐标，并将此圆 心坐标作为新原点换算出分布在轨迹圆上所有测试点相对新原点的坐标；根据操作者要求 计算轨迹圆上任意两测试点间的转角；
[0035] 8)首先用【背景技术】中介绍的方法按照图1搭建测量系统；反射镜3固定在转轴2 的端面上，根据自准直仪1的参数计算出：反射镜3相对转轴2端面的倾角Θ为11角分， 自准直仪1的出光口与反射镜3之间的距离等于2. 1米；按照这两个计算参数搭建好光路； 开启自准直仪1、计算机4及程序I，使光点像进入自准直仪1的视场中，即十字刻线出现在 计算机4的显示主界面上；开启程序II驱动转轴2连续转动，观查计算机4的显示主界面 上十字刻线运动的轨迹圆，并微调节自准直仪1的位置，直至轨迹圆位于主界面显示框的 中心对称位置，从而使自准直仪1出射光的光轴和转轴2的轴线平行；再微调节反射镜3与 转轴2端面之间的夹角Θ，再次驱动转轴2转动，直至看到十字刻线运动的轨迹圆略小于 自准直仪1的视场，即基本为主界面显示框的内切圆；令十字刻线停留在轨迹圆的左下方， 设置为原点；程序II驱动转轴2以4. 5度为步长间歇式转动，同时程序I存储每步十字刻 线的中心坐标值，当转轴2转过一周时，停止转轴2的转动；将测得的一系列测试点的坐标 按顺序导入程序III中，拟合出轨迹圆，如图7所示，其中"〇"代表上述技术即用【背景技术】 方法获得的测试点，其轨迹圆圆心坐标为（1177.13〃，875. 06")，图中测试点的坐标为以 轨迹圆圆心坐标为新原点的相对坐标；看出测试点相对于轨迹圆有明显的偏离，且分布不 够均匀；利用相邻两测试点的坐标即可计算出每个步长所对应的圆心角，该角度即为背景 技术方法测得的转轴2每步所转过的角度，将该值与转角步长做差，得到误差曲线如图8中 "〇"所连接的曲线，相对4. 5度转角最大绝对误差为1. 45度、最大相对误差达30% ;
[0036] 9)用本发明的方法按照图4搭建测量系统；基于步骤"8) "搭建的测量系统，从转 轴2上拆下反射镜3,将楔角可调节的光楔5固定到转轴2的端面上；依据图4光路的参数 算出自准直仪1的出光口与反射镜3的距离等于2. 1米，光楔5的楔角为25角分；将反射 镜3移至转轴2之后尽可能紧凑地放置、垂直固定在光学平台上，并使反射镜3的法线与转 轴2的轴线平行；移动自准直仪1，使其与反射镜3之间距离为2. 1米，并保持自准直仪1 的光轴与转轴2平行，将光楔5的楔角调节为25角分；开启程序II驱动转轴2连续转动， 观查计算机4的显示主界面上十字刻线运动的轨迹圆，并微调节自准直仪1的位置，直至轨 迹圆位于主界面显示框的中心对称位置，从而使自准直仪1出射光的光轴和转轴2的轴线 平行；再微调光楔5的楔角，再次驱动转轴2连续转动，直至看到十字刻线运动的轨迹圆略 小于自准直仪1的视场，即基本为主界面显示框的内切圆；使用步骤"8)"中设置的原点； 程序II驱动转轴2以4. 5度为步长间歇式转动，同时程序I存储每步十字刻线的中心坐标 值，当转轴2转过一周时，停止转轴2的转动；将测得的一系列测试点的坐标按顺序导入程 序III中，拟合出轨迹圆，如图7所示，其中" + "代表用本发明方法获得的测试点，其轨迹圆 圆心坐标为（1152.68〃，909. 12")，该轨迹圆基本与步骤"8)"获得的轨迹圆重合，图中测 试点坐标也是以该轨迹圆圆心坐标为原点的相对坐标值；测试点" + "基本落于拟合的轨迹 圆上，且分布均匀；利用相邻的" + "表示的两测试点的坐标即可计算出每个步长所对应的 圆心角，该角度即为本发明方法测得的转轴2每步所转过的角度，将该值与转角步长做差， 得到误差曲线如图8中" + "所连接的曲线，相对4. 5度转角最大绝对误差0. 05度，最大相 对误差为1%。
[0037] 对比本发明与【背景技术】两种方法的测量误差，说明本发明很好地抑制了轴系倾角 回转误差对测量结果的影响，转轴转角的测量精度很高。
【主权项】
1. 一种抑制轴系倾角回转误差的转轴转角的测量方法，其特征是一种基于光楔折射的 转轴转角测量方法，测量转轴转角的光学系统由自准直仪（1)、转轴（2)、反射镜（3)、计算 机⑷和光楔（5)组成，自准直仪⑴与计算机⑷相连；光楔（5)固定在转轴⑵的端 面上，反射镜（3)置于转轴（2)之后垂直固定、且使反射镜（3)的法线与转轴（2)的轴线平 行，；带有光楔（5)的转轴⑵置于自准直仪⑴和反射镜⑶之间；自准直仪⑴发出的 光束依次经过光楔（5)的折射和反射镜（3)的反射，反射光束再经光楔（5)的折射、与自准 直仪（1)的出射光束形成偏折角β返回自准直仪（1)中，并汇聚成光点像；当转轴（2)和 光楔（5) -体转动时，反射光束绕着转轴（2)的轴线转动，自准直仪（1)中的光点像沿着圆 形轨迹运动；计算机（4)记录转轴（2)转动一周后获得的一系列均匀分布在圆周上的光点 像质心坐标、拟合出轨迹圆圆心坐标，再利用圆周上任意起始点Α和终点Β的坐标值计算出 A与B间圆弧所对应的圆心张角，该角度即为转轴⑵由A到B的转角； 计算机（4)中存储有三个程序：程序I用于计算光点像质心坐标、并将光点像位置及其 质心坐标显示于显示屏上；程序II用于驱动转轴（2)以两种模式转动，一是连续转动，二是 以一定步长间歇转动，另外存储转轴（2)间歇转动一周后获得的一系列光点像质心坐标； 程序III依据导入的转轴（2)间歇转动一周后获得的一系列坐标值拟合出轨迹圆及其圆心 坐标、基于轨迹圆周上任意两点的坐标值算出两点间圆弧所对应的圆心张角； 为保证转轴（2)转角的测量精度，测量系统的光路设计需使光点像的轨迹圆仅略小于 自准直仪（1)的测量视场，为此自准直仪（1)的出射光光轴与转轴（2)的轴线平行、同时与 反射镜（3)的法线平行，以使得轨迹圆的圆心基本是自准直仪（1)的视场中心，另外所述的 光楔（5)的楔角可调，使得自准直仪（1)与反射镜（3)的距离在空间限定条件下确定后，能 够通过调节光楔（5)的楔角使得轨迹圆直径与自准直仪（1)的视场直径接近。2. 根据权利要求1所述的一种抑制轴系倾角回转误差的转轴转角的测量方法，其特征 是： 所述的自准直仪（1)，有效口径32mm，焦距300mm，成像视场50角分； 所述的光楔（5)为楔角可调节的双光楔补偿器，楔角调节范围为0~1度，在波长 589nm处折射率为1. 5,有效口径25mm; 所述的反射镜（3)的通光口径为25mm，固定反射镜（3)的底座上具有调节其俯仰和方 位角度的调节机构； 所述的程序II控制转轴（2)的转动：开始，停止，转动速度，连续转动模式，转动步长为 4. 5度的间歇式转动模式； 所述的程序III，利用相邻的两测试点的坐标计算出每个步长所对应的圆心角，将该值 与转角步长做差，得到误差曲线，得出相对4. 5度转角最大绝对误差0. 05度，最大相对误差 为1%〇
【专利摘要】本发明属于光学测量领域，是一种可以抑制轴系倾角回转误差影响的转轴转角测量方法。本发明测量原理系统如图1所示，带有光楔5的转轴2置于自准直仪1和反射镜3之间。由于光楔5的折射作用，自准直仪1发出的光束经过反射镜3反射回来后、与出射光束形成偏折角β返回自准直仪1中，并汇聚成光点像；当转轴2和光楔5一体转动时，反射光束绕着转轴2的轴线转动，自准直仪1中的光点像沿着圆形轨迹运动；计算机4记录圆周上的光点像质心坐标、拟合出轨迹圆圆心坐标，再指定圆周上起始点A和终点B，利用A与B的坐标值计算出对应的圆心张角，该角度即为所需测量的转轴2由A到B的转角。本发明中轴系倾角回转误差几乎不影响转动角度的测量精度。
【IPC分类】G01B11/26
【公开号】CN105423957
【申请号】CN201510789925
【发明人】宣丽, 李文杰, 穆全全, 王少鑫, 曹召良, 李大禹, 杨程亮, 胡立发, 彭增辉, 刘永刚, 姚丽双, 徐焕宇, 王玉坤
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月17日