专利名称：双管测角装置及方法
双管测角装置及方法
技术领域：
本发明涉及光电测量仪器，特别涉及一种双管测角装置及测试方法。
背景技术：
目前常用的棱镜角度的测量方法有两种1、用自准直仪和标准块比较法测量棱镜的光学二面角，这种方法是基于一个棱镜的光学面与基准平面的充分接触，这种接触的方法容易损坏光学面的光洁度，同时由于光学面与基准平面常常无法完全重合，大大影响了测量精度；2、采用自准直仪加配光栅尺或光学分度盘来实现，这种方法只能实现角度的绝对测量，且由于在测量时需要分别对待测角度的两个光学面进行调像，调像过程常常需要反复调节，从而影响测量效率。2011年7月20日公开的发明专利《分光测角仪》，其包括准直仪和自准直仪，在测量二面角时，准直仪没有用到，将自准直仪接入光源，转动自准直仪分别得到待测样品第一 面的反射像和第二面的反射像，两个反射像形成的角度值即待测样品的二面角，该分光测角仪通过光学编码器捕捉自准直仪转过的角度值，从而获得待测二面角，是一种绝对测角仪，其测量精度直接相关于光学编码器精度，还会受到待测样品的侧面垂直度(以下简称侧垂)和待测样品放置精度的影响，所述侧面垂直度是指放置面与被测量的第一面或第二面间的垂直度，且对于侧面垂直度较差的待测样品，可能出现获取第一反射面的反射像后，要反复几次才能得到第二面的反射像或无法得到第二面的反射像，所述放置精度是指待测样品承座台是否平整，如果有灰尘或沙粒等，就会影响到测量精度，因此，《分光测角仪》公开的测角仪对待测样品的侧垂精度和放置精度要求比较高。而本发明是利用两自准直仪先分别得到标准块的两反射像，再分别得到待测样品的两反射像，然后比较所测得的标准块的成像位置与待测样品的成像位置之间的角度差值，是一种对比测角仪，两个自准直仪分别获得成像，不受侧垂的影响，因而能够降低甚至忽略待测样品自身侧垂精度以及放置精度对测角精度的影响。对于光束分离角的测量本发明的原理是测量待测样品与标准块角度的微小差别，与《分光测角仪》中测角仪的原理有本质不同，而且本发明不需要昂贵的高精度光学编码器，成本上具有很大优势。
发明内容本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种双管测角装置，其为非接触式测量，操作过程简单高效，测量重复性好、精度高，重复精度可达I”且设备成本低。本发明通过以下技术方案解决上述技术问题之一一种双管测角装置，包括两台自准直仪，包括第一自准直仪和第二自准直仪；两自准直仪调整架，其上方分别设有一台所述自准直仪，所述自准直仪调整架是用于调节所述自准直仪上下左右共轴；一转台，其通过一连接臂连接其中一自准直仪调整架，该自准直仪调整架上设有所述第一自准直仪，所述转台带动所述第一自准直仪实现360度的测量，通过一紧固螺杆锁死转台；一底座，其通过一立臂固定另一自准直仪调整架，该自准直仪调整架上设有所述第二自准直仪，所述立臂与所述底座相互垂直；一主轴，其设于所述转台的中心且贯穿所述转台，且与所述底座固定在一起，所述主轴、转台和底座通过轴承连接，所述主轴通过轴承带动所述转台转动；一多维调整架，其固定于所述主轴的正上方；一承座台，其固定于所述多维调整架的正上方。进一步地，所述轴承为上圆锥滚子轴承和下圆锥滚子轴承，所述上圆锥滚子轴承设于所述主轴的上部，所述下圆锥滚子轴承设于所述主轴的下部。
进一步地，将LED或卤素灯泡作为外接光源直接安装在光源连接口上。进一步地，所述自准直仪的C⑶读取成像后，通过USB和1394接口与计算机相连，通过计算机处理成像数据，得到测量结果。进一步地，所述主轴与所述底座通过一紧固螺钉固定在一起，所述多维调整架通过一锁紧螺杆固定于所述主轴的正上方，通过锁紧螺杆调节锁紧位置实现多维调整架的上下位置的调节。进一步地，所述自准直仪为光电自准直仪。本发明本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种双管测角方法，其通过下述三个技术方案来实现。技术方案一一种双管测角方法，该测试方法是通过本发明双管测试装置测试待测样品的光学二面角，其操作步骤如下步骤I、将已知角度值a的标准块置于所述承座台上，将两自准直仪都连接上光源，调节多维调整架，并旋转转台，通过转台带动所述第一自准直仪转动，当两自准直仪调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆锁死转台；步骤2、调节所述多维调整架使两自准直仪分别采集到所述标准块的第一反射面的发射像和第二发射面的反射像，且第一反射面的反射像和第二发射面的反射像分别位于成像屏幕的中心位置；步骤3、以标准块的角度值为基准值进行初始化，即所述两自准直仪之间的夹角为所述标准块的角度值a，以两自准直仪相交点为坐标原点，建立极坐标，测得标准块第一反射面的反射像的角度值为θ1(1，标准块第二反射面的反射像的角度值为θ2(1;步骤4、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台上，通过两自准直仪分别采集到待测样品的第一反射面的反射像和第二发射面的反射像；步骤5、捕捉待测样品的第一反射面的反射像位置和第二发射面的反射像位置，测得待测样品第一反射面的反射像的角度值θη，以及第二发射面的反射像的角度Θ21，从而计算得到待测样品光学二面角的角度值为a+( θ 1(|- θ η) + ( θ 2(|- Θ 21)。技术方案二 一种双管测角方法，该测试方法是通过本发明双管测试装置测试待测样品的光束偏离角，其操作步骤如下
步骤10、将已知角度值a的标准块置于所述承座台上，只需将其中一自准直仪接上光源，调节所述多维调整架，并旋转转台，通过转台带动所述第一自准直仪转动，当两自准直仪调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆锁死转台；此时所述第二自准直仪接收到所述标准块的反射像，所述第一自准直仪接收到所述标准块的透射像；步骤20、调节多维调整架使两自准直仪分别采集到标准块的反射像和透射像，且分别位于成像屏幕的中心位置；步骤30、以标准块的角度值a为基准值进行初始化，即所述两自准直仪之间的夹角为所述标准块的角度值，以两自准直仪相交点为坐标原点，建立极坐标，测得标准块反射像的角度为Θ 3(1，标准块透射像的角度为θ4(ι;步骤40、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台上，通过两自准直仪分别采集到待测样品的反射像和透射像；步骤50、捕捉待测样品的反射像位置和透射像位置，测得待测样品反射像的角度 值Θ31，以及待测样品透射像的角度Θ41，从而计算得到待测样品光束偏离角的角度值为a+ ( θ 30- Θ 31) + ( θ 4(|- Θ 41)。技术方案三一种双管测角方法，该测试方法是通过本发明双管测试装置测试待测样品的绝对角度值，其操作步骤如下步骤100、将待测样品置于所述承座台上，调节所述多维调整架，并旋转转台，通过转台带动其中一自准直仪转动，当两自准直仪转动到成像位置时，通过所述紧固螺杆锁死转台；步骤200、采用光学编码器，通过所述光学编码器测量出所述转台相对于所述第二自准直仪的角度值，该角度值即待测样品的绝对角度值。进一步地，所述光学编码器为光栅尺或光学分度盘。本发明具有如下优点本发明通过两自准直仪分别精确定位标准块和待测试样品，然后比较所测得的标准块的成像位置与待测样品的成像位置之间的角度差值，通过计算获得测试样品的角度值，其为非接触式测量，操作过程简单高效，测量重复性好，精度高，重复精度可以达到I ”，在测量过程降低放置面侧垂和放置精度的影响，且设备成本低。若测量中也使用光学编码器后，则不需要标准角度块，直接从光学编码器上读得所测量角度的角度值，也可以实现角度的绝对测量。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。图I为本发明双管测试装置的结构示意图。图2为本发明测试标准块光学二面角的光路原理图。图3为本发明测试标准块光束偏离角的光路原理图。
具体实施方式请参阅图1，一种双管测角装置，包括
两台自准直仪10，包括第一自准直仪11和第二自准直仪12，在本实施例中，所述自准直仪10为光电自准直仪；外接冷光源通过所述自准直仪10上的光源连接口 13进入自准直仪10，或将LED或卤素灯泡作为外接光源直接安装在光源连接口 13上。所述自准直仪10的CXD读取成像后，通过USB和1394与 计算机相连，通过计算机处理成像数据，得到 测量结果；两自准直仪调整架20，其上方分别设有一台所述自准直仪10，所述自准直仪调整架20是用于调节所述自准直仪20上下左右共轴；一转台30，其通过一连接臂40连接其中一自准直仪调整架20，该自准直仪调整架20上设有所述第一自准直仪11，所述转台30带动该自准直仪调整架20上的自准直仪实现360度的测量，所述转台30转动到成像位置后，通过一紧固螺杆31锁死转台30 ；一底座50，其通过一立臂60固定另一自准直仪调整架20，该自准直仪调整架20上设有所述第二自准直仪12，所述立臂60与所述底座50相互垂直；一主轴70，其设于所述转台30的中心且贯穿所述转台30，且与所述底座50固定在一起，所述主轴70、转台30和底座50通过轴承连接，所述主轴70通过轴承带动所述转台转动；在本实施例中，所述轴承为上圆锥滚子轴承71和下圆锥滚子轴承72，所述上圆锥滚子轴承71设于所述主轴70的上部，所述下圆锥滚子轴承72设于所述主轴70的下部，所述主轴70通过上圆锥滚子轴承71和下圆锥滚子轴承72带动所述转台30转动；所述主轴70与所述底座50通过一紧固螺钉51固定在一起；一多维调整架80，其固定于所述主轴70的正上方；所述多维调整架80可通过一锁紧螺杆81固定于所述主轴70的正上方，通过锁紧螺杆81调节锁紧位置实现多维调整架80的上下位置的调节。一承座台90，其固定于所述多维调整架80的正上方。本发明双管测角装置的工作原理是请参阅图2，图2中仅显示标准块的光路原理图，而待测样品的光路原理与标准块的光路原理相同。通过本发明双管测试装置测试待测样品的光学二面角，其操作步骤如下步骤I、将已知角度值a的标准块置于所述承座台90上，将两自准直仪10都连接上光源，调节多维调整架80，并旋转转台30，通过转台30带动所述第一自准直仪11转动，当两自准直仪10调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆31锁死转台30 ;在选择标准块时，让标准块与待测样品的角度值尽可能相近，例如相差+/-0.5°以内；步骤2、调节所述多维调整架80使两自准直仪10分别采集到所述标准块的第一反射面的发射像和第二发射面的反射像，且第一反射面的反射 像和第二发射面的反射像分别位于成像屏幕的中心位置；步骤3、以标准块的角度值为基准值进行初始化，即所述两自准直仪10之间的夹角为所述标准块的角度值a，以两自准直仪10相交点为坐标原点0，建立极坐标，测得标准块第一反射面的反射像的角度值为θ1(1，标准块第二反射面的反射像的角度值为θ2(1;步骤4、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台90上，通过两自准直仪10分别采集到待测样品的第一反射面的反射像和第二发射面的反射像；步骤5、捕捉待测样品的第一反射面的反射像位置和第二发射面的反射像位置，测得待测样品第一反射面的反射像的角度值θη，以及第二发射面的反射像的角度Θ21，从而计算得到待测样品光学二面角的角度值为a+( θ 1(|- θ η) + ( θ 2(|- Θ 21)。请参阅图3，图3中仅显示标准块的光路原理图，而待测样品的光路原理与标准块的光路原理相同。通过本发明双管测试装置测试待测样品的光束偏离角，其操作步骤如下步骤10、将已知角度值a的标准块置于所述承座台上，只需将其中一自准直仪10接上光源，调节所述多维调整架80,并旋转转台30,通过转台30带动所述第一自准直仪11转动，当两自准直仪10调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆31锁死转台30 ;此时所述第二自准直仪12接收到所述标准块的反射像，所述第一自准直仪11接收到所述标准块的透射像；在选择标准块时，让标准块与待测样品的角度值尽可能相近，例如相差+/-0. 5°以内；所述不加入光源的自准直仪10直接当接收管用，用于接收经过被测样品后的透射光强；步骤20、调节多维调整架80使两自准直仪10分别采集到标准块的反射像和透射 像，且分别位于成像屏幕的中心位置；步骤30、以标准块的角度值a为基准值进行初始化，即所述两自准直仪10之间的夹角为所述标准块的角度值，以两自准直仪10相交点为坐标原点，建立极坐标，测得标准块反射像的角度为Θ 3(|，标准块透射像的角度为θ4(ι;步骤40、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台90上，通过两自准直仪10分别采集到待测样品的反射像和透射像；步骤50、捕捉待测样品的反射像位置和透射像位置，测得待测样品反射像的角度值Θ31，以及待测样品透射像的角度Θ41，从而计算得到待测样品光束偏离角的精确角度值为 a+ ( θ 30- Θ 31) + ( Θ 4(|- Θ 41)。通过本发明双管测试装置测试待测样品的绝对角度值，其操作步骤如下步骤100、将待测样品置于所述承座台90上，调节所述多维调整架80，并旋转转台30，通过转台30带动其中一自准直仪10转动，当两自准直仪10转动到成像位置时，通过所述紧固螺杆31锁死转台30;步骤200、采用光学编码器，通过所述光学编码器测量出所述转台相对于所述第二自准直仪的角度值，该角度值即待测样品的绝对角度值。所述光学编码器为光栅尺或光学分度盘。本发明双管测角装置为非接触式测量，操作过程简单高效，测量重复性好、精度高，重复精度可达1”，且在测量过程降低放置面侧垂和放置精度的影响。请参阅图2，图2中仅显示标准块的光路原理图，而待测样品的光路原理与标准块的光路原理相同。一种双管测角方法，该测试方法是通过所述双管测试装置测试待测样品的光学二面角，其操作步骤如下步骤I、将已知角度值a的标准块置于所述承座台90上，将两自准直仪10都连接上光源，调节多维调整架80，并旋转转台30，通过转台30带动所述第一自准直仪11转动，当两自准直仪10调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆31锁死转台30 ;在选择标准块时，让标准块与待测样品的角度值尽可能相近，例如相差+/-0.5°以内；步骤2、调节所述多维调整架80使两自准直仪10分别采集到所述标准块的第一反射面的发射像和第二发射面的反射像，且第一反射面的反射像和第二发射面的反射像分别位于成像屏幕的中心位置；步骤3、以标准块的角度值为基准值进行初始化，即所述两自准直仪10之间的夹角为所述标准块的角度值a，以两自准直仪10相交点为坐标原点0，建立极坐标，测得标准块第一反射面的反射像的角度值为θ1(1，标准块第二反射面的反射像的角度值为θ2(1;步骤4、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台90上，通过两自准直仪10分别采集到待测样品的第一反射面的反射像和第二发射面的反射像；步骤5、捕捉待测样品的第一反射面的反射像位置和第二发射面的反射像位置，测得待测样品第一反射面的反射像的角度值θη，以及第二发射面的反射像的角度Θ21，从而计算得到待测样品光学二面角的角度值为a+( θ 1(|- θ η) + ( θ 2(|- Θ 21)。请参阅图3，图3中仅显示标准块的光路原理图，而待测样品的光路原理与标准块的光路原理相同。一种双管测角方法，该测试方法是通过所述双管测试装置测试待测样品的光束偏离角，其操作步骤如下步骤10、将已知角度值a的标准块置于所述承座台上，只需将其中一自准直仪10接上光源，调节所述多维调整架80,并旋转转台30,通过转台30带动所述第一自准直仪11转动，当两自准直仪10调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆31锁死转台30 ;此时所述第二自准直仪12接收到所述标准块的反射像，所述第一自准直仪11接收到所述标准块的透射像；在选择标准块时，让标准块与待测样品的角度值尽可能相近，例如相差+/-0. 5°以内；所述不加入光源的自准直仪10直接当接收管用，用于接收经过被测样品后的透射光强。步骤20、调节多维调整架80使两自准直仪10分别采集到标准块的反射像和透射 像，且分别位于成像屏幕的中心位置；步骤30、以标准块的角度值a为基准值进行初始化，即所述两自准直仪10之间的夹角为所述标准块的角度值，以两自准直仪10相交点为坐标原点，建立极坐标，测得标准块反射像的角度为Θ 3(1，标准块透射像的角度为θ4(ι;步骤40、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台90上，通过两自准直仪10分别采集到待测样品的反射像和透射像；步骤50、捕捉待测样品的反射像位置和透射像位置，测得待测样品反射像的角度值Θ31，以及待测样品透射像的角度Θ41，从而计算得到待测样品光束偏离角的精确角度值为 a+ ( θ 30- Θ 31) + ( Θ 4(|- Θ 41)。一种双管测角方法，该测试方法是通过所述双管测试装置测试待测样品的绝对角度值，其操作步骤如下步骤100、将待测样品置于所述承座台90上，调节所述多维调整架80，并旋转转台30，通过转台30带动其中一自准直仪10转动，当两自准直仪10转动到成像位置时，通过所述紧固螺杆31锁死转台30;步骤200、采用光学编码器，通过所述光学编码器测量出所述转台相对于所述第二自准直仪的角度值，该角度值即待测样品的绝对角度值。所述光学编码器为光栅尺或光学分度盘。本发明通过两自准直仪分别精确定位标准块和待测试样品，然后比较所测得的标准块的成像位置与待测样品的成像位置之间的角度差值，通过计算获得测试样品的角度值，其为非接触式测量，操作过程简单高效，测量重复性好，精度高，重复精度可以达到I”，在测量过程降低放置面侧垂和放置精度的影响，且设备成本低。若测量中也使用光学编码器，则不需要标准角度块，直接从光学编码器上读得所测量角度的角度值，也可以实现角度的绝对测量。虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本 领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
权利要求
1.一种双管测角装置，其特征在于包括 两台自准直仪，包括第一自准直仪和第二自准直仪； 两自准直仪调整架，其上方分别设有一台所述自准直仪，所述自准直仪调整架是用于调节所述自准直仪上下左右共轴； 一转台，其通过一连接臂连接其中一自准直仪调整架，该自准直仪调整架上设有所述第一自准直仪，所述转台带动所述第一自准直仪实现360度的测量，通过一紧固螺杆锁死转台； 一底座，其通过一立臂固定另一自准直仪调整架，该自准直仪调整架上设有所述第二自准直仪，所述立臂与所述底座相互垂直； 一主轴，其设于所述转台的中心且贯穿所述转台，且与所述底座固定在一起，所述主轴、转台和底座通过轴承连接，所述主轴通过轴承带动所述转台转动； 一多维调整架，其固定于所述主轴的正上方； 一承座台，其固定于所述多维调整架的正上方。
2.根据权利要求I所示的双管测角装置，其特征在于所述轴承为上圆锥滚子轴承和下圆锥滚子轴承，所述上圆锥滚子轴承设于所述主轴的上部，所述下圆锥滚子轴承设于所
3.根据权利要求I所示的双管测角装置，其特征在于将LED或卤素灯泡作为外接光源直接安装在光源连接口上。
4.根据权利要求I所示的双管测角装置，其特征在于所述自准直仪的CCD读取成像后，通过USB和1394接口与计算机相连，通过计算机处理成像数据，得到测量结果。
5.根据权利要求I所示的双管测角装置，其特征在于所述主轴与所述底座通过一紧固螺钉固定在一起，所述多维调整架通过一锁紧螺杆固定于所述主轴的正上方，通过锁紧螺杆调节锁紧位置实现多维调整架的上下位置的调节。
6.根据权利要求I所示的双管测角装置，其特征在于所述自准直仪为光电自准直仪。
7.一种双管测角方法，其特征在于该测试方法是通过权利要求I所述的双管测试装置测试待测样品的光学二面角，其操作步骤如下 步骤I、将已知角度值a的标准块置于所述承座台上，将两自准直仪都连接上光源，调节多维调整架，并旋转转台，通过转台带动所述第一自准直仪转动，当两自准直仪调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆锁死转台； 步骤2、调节所述多维调整架使两自准直仪分别采集到所述标准块的第一反射面的发射像和第二发射面的反射像，且第一反射面的反射像和第二发射面的反射像分别位于成像屏幕的中心位置； 步骤3、以标准块的角度值为基准值进行初始化，即所述两自准直仪之间的夹角为所述标准块的角度值a，以两自准直仪相交点为坐标原点，建立极坐标，测得标准块第一反射面的反射像的角度值为Q1。，标准块第二反射面的反射像的角度值为02(1; 步骤4、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台上，通过两自准直仪分别采集到待测样品的第一反射面的反射像和第二发射面的反射像； 步骤5、捕捉待测样品的第一反射面的反射像位置和第二发射面的反射像位置，测得待测样品第一反射面的反射像的角度值en，以及第二发射面的反射像的角度021，从而计算得到待测样品光学二面角的角度值为a+( 0 10- 0 n) + ( 0 20- 0 21)。
8.一种双管测角方法，其特征在于该测试方法是通过权利要求I所述的双管测试装置测试待测样品的光束偏离角，其操作步骤如下 步骤10、将已知角度值a的标准块置于所述承座台上，只需将其中一自准直仪接上光源，调节所述多维调整架，并旋转转台，通过转台带动所述第一自准直仪转动，当两自准直仪调整到成像位置时，通过所述紧固螺杆锁死转台；此时所述第二自准直仪接收到所述标准块的反射像，所述第一自准直仪接收到所述标准块的透射像； 步骤20、调节多维调整架使两自准直仪分别采集到标准块的反射像和透射像，且分别位于成像屏幕的中心位置； 步骤30、以标准块的角度值a为基准值进行初始化，即所述两自准直仪之间的夹角为所述标准块的角度值，以两自准直仪相交点为坐标原点，建立极坐标，测得标准块反射像的角度为9 3(1，标准块透射像的角度为94q; 步骤40、取下所述标准块，将待测样品置于所述承座台上，通过两自准直仪分别采集到待测样品的反射像和透射像； 步骤50、捕捉待测样品的反射像位置和透射像位置，测得待测样品反射像的角度值Q31，以及待测样品透射像的角度Q41，从而计算得到待测样品光束偏离角的角度值为a+ ( 0 30 - 0 31) + ( 0 40- 0 41)。
9.一种双管测角方法，其特征在于该测试方法是通过权利要求I所述的双管测试装置测试待测样品的绝对角度值，其操作步骤如下 步骤100、将待测样品置于所述承座台上，调节所述多维调整架，并旋转转台，通过转台带动其中一自准直仪转动，当两自准直仪转动到成像位置时，通过所述紧固螺杆锁死转台； 步骤200、采用光学编码器，通过所述光学编码器测量出所述转台相对于所述第二自准直仪的角度值，该角度值即待测样品的绝对角度值。
10.根据权利要求9所述的一种双管测角方法，其特征在于所述光学编码器为光栅尺或光学分度盘。
全文摘要
本发明提供一种双管测角装置及方法，包括两台自准直仪、两自准直仪调整架、一转台，其通过一连接臂连接其中一自准直仪调整架、一底座，其通过一立臂固定另一自准直仪调整架，所述立臂与所述底座相互垂直；一主轴，其设于所述转台的中心且贯穿所述转台，且与所述底座固定在一起；一多维调整架，其固定于所述主轴的正上方；一承座台，其固定于所述多维调整架的正上方。将双管测试装置结合双管测角方法，可测试光学二面角、光束偏离角以及角度绝对值。本发明其为非接触式测量，操作过程简单高效，测量重复性好、精度高，重复精度可达1”，在测量过程降低放置面侧垂和放置精度的影响，且设备成本低。
文档编号G01B11/26GK102798357SQ20121027647
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月3日 优先权日2012年8月3日
发明者李宝华, 王卫华 申请人:福州华友光学仪器有限公司