专利名称：一种基于激光自准直的二维微角度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，属于光学非接触的微角度测量技术领域。
背景技术：
角度测量是几何量计量技术的重要组成部分，微角度测量在精密加工、微机电系统、在线检测、军事、航空航海以及通讯等许多领域都具有极其重要的作用。光学测角法由于具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而备受人们重视，尤其是稳定的激光光源的发展使工业现场测量成为可能，因此光学测角法的应用越来越广。目前常用的光学微角度测量方法主要有光学自准直法、光学内反射法、激光干涉法、环形激光法等。这些测量方法中尤其以激光干涉测角技术为主，该方法的最大优点是测量精度高，微小角度测量已经达到了极高的准确度。目前应用比较广泛的微角度测量仪器如激光干涉仪或自准直仪，虽然能提供较高的测量精度，但基于此设计的测量系统结构比较复杂、体积较大，大部分只能进行一维测量，要实现二维角度的测量，就需要两套测量系统结合，其结果是系统更加庞大，因而在工业实际应用中具有较大的局限性，特别是很难与精密平台结合用于在线测量。因此，开发体积小、测量精度和分辨率高、稳定性好的非接触式二维微角度测量装置以适应在线实时测量的要求十分必要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种基于激光自准直的二维微角度测
量装置。基于激光自准直的二维微角度测量装置包括半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、被测物体或反光镜、四象限光电探测器、底座、信号处理器；在底座上固定有半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、四象限光电探测器，半导体激光器发出的光束经偏振分光棱镜后分为两束，其中一束光入射在被测物体表面，反射光经偏振分光棱镜后由四象限光电探测器接收并转化为四路电信号，该信号经信号处理器的I-V转换器、数字滤波器、数据采集器、数据存储器后，在计算机中完成信号分析并显示。所述的透镜是短焦距透镜。所述的四象限光电探测器采用微离焦法放置。本发明的优点在于利用四象限光电二极管的二维微位移探测能力实现二维微角度的同时测量，系统采用一个激光源和短焦距物镜，结构简单、体积小、精度高、分辨力和测量范围可调、动态响应好，装置体积为25X20X 13 mm，测量范围为士 1200 arcsec，分辨率为 0.1 arcsec。
图1为基于激光自准直的二维微角度测量装置结构示意图； 图2为本发明所用四象限光电探测器表面示意图；图3为本发明的信号处理器电路框图； 图4为采用本发明进行微角度测量示意图中，半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、被测物体或反光镜5、底座 6、四象限光电探测器7、信号处理器8。
具体实施例方式如图1所示，基于激光自准直的二维微角度测量装置包括半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、被测物体或反光镜5、底座6、四象限光电探测器7、信号处理器 8 ；在底座6上固定有半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、四象限光电探测器7 ；半导体激光器1发出的光束经过偏振分光棱镜2后分为两束，其中P偏振光透过偏振分光棱镜2，经1/4波片3后变为圆偏振光，入射到被测物体5表面，被反射后二次通过1/4 波片3转变成S偏振光，此时不能通过偏振分光棱镜2，而是被偏振分光棱镜2反射后，由微离焦放置的四象限光电探测器7接收，四象限光电探测器7将光信号转化为电信号后输入信号处理器8，其中偏振分光棱镜2和1/4波片3结合作为光隔离器，防止反射光返回到半导体激光器1，从而得到稳定的输出。此装置中透镜4是短焦距透镜，角度测量装置的灵敏度可以用装置的输出对入射角的比值表示，根据本发明装置特点经分析计算后其灵敏度为入射光束直径对入射光波长的比值，与所选透镜焦距无关，因此选用短焦距透镜实现装置小型化。如图2所示，四象限光电探测器7分为A、B、C、D四个象限， 由四个相同的光电二极管组成，它的输出Uout, Yout)可以表示为
权利要求
1.一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，其特征在于包括半导体激光器1、偏振分光棱镜2、1/4波片3、透镜4、被测物体或反光镜5、底座6、四象限光电探测器7、信号处理器8;在底座(6)上固定有半导体激光器(1)、偏振分光棱镜(2)、1/4波片(3)、透镜0)、 四象限光电探测器(7)，半导体激光器(1)发出的光束经偏振分光棱镜(2)后分为两束，其中一束光入射在被测物体( 表面，反射光经偏振分光棱镜( 后由四象限光电探测器(7) 接收并转化为四路电信号，该信号经信号处理器(8)的I-V转换器、数字滤波器、数据采集器、数据存储器后，在计算机中完成信号分析并显示。
2.根据权利1所述的一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，其特征在于所述的透镜4是短焦距透镜。
3.根据权利1所述的一种基于激光自准直的二维微角度测量装置，其特征在于所述的四象限光电探测器7采用微离焦法放置。
全文摘要
本发明公开了一种基于激光自准直的二维微角度测量装置。它包括半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、被测物体或反光镜、四象限光电探测器、底座、信号处理器；在底座上固定有半导体激光器、偏振分光棱镜、1/4波片、透镜、四象限光电探测器，半导体激光器发出的光束经偏振分光棱镜后分为两束，其中一束光入射在被测物体表面，反射光经偏振分光棱镜后由四象限光电探测器接收并转化为四路电信号，该信号经信号处理器的I-V转换器、数字滤波器、数据采集器、数据存储器后，在计算机中完成信号分析并显示。本发明实现二维微角度的同时测量，结构简单、体积小、精度高、分辨力和测量范围可调、动态响应好。
文档编号G01B11/26GK102155927SQ20111006937
公开日2011年8月17日 申请日期2011年3月22日 优先权日2011年3月22日
发明者居冰峰, 廉孟冬, 张戢云 申请人:浙江大学