球王会官方光学视点丈量办法归纳介绍

　　丈量技能可以分为静态丈量和动态丈量两种。关于静态丈量技能来说，现在的首要任务会集在怎么进步丈量精度和丈量分辨力[1~3]上。跟着工业的开展，对反转量的丈量要求也越来越多，因而人们在静态测角的根底上，对旋转物体的转角丈量问题进行了许多的研讨，发生了许多新的测角

　　测角技能中研讨最早的是机械式和电磁式测角技能，如多齿分度台和圆磁栅等，这些办法的首要缺陷大多为手艺丈量，不容易完成自动化，丈量精度受到约束[1~5]。光学测角办法因为具有非触摸、高准确度和高灵敏度的特色而倍受人们的注重，尤其是安稳的激光光源的开展使工业现场丈量成为可能，因而使光学测角法的使用越来越广泛，各种新的光学测角办法也应运而生。现在，光学测角法除众所周知的光学分度头法和多面棱体法外，常用的还有光电编码器法[6]、衍射法[7，8]、自准直法，[9，10]、光纤法[11]、声光调制法[12，13]、圆光栅法[14~17]、光学内反射法[18~23]、激光干与法[24~28]、平行干与图法[29，30]以及环形激光法[31~33]等。这些办法中的许多办法在小视点的精细丈量中现已得到了成功的使用，并得到了较高的丈量精度和丈量灵敏度，通过恰当的改善还可对360度整周视点进行丈量关于众所周知的光学分度盘、轴角编码器、光电光楔测角法等来说，因为使用较多，技能比较老练，本文不作详细介绍。下面首要介绍几种近几年来开展起来的小视点丈量办法和可用于整周角丈量的办法。

　　圆光栅是视点丈量中最常用的器材之一。作为视点丈量基准的光栅可以用均匀读数原理来减小由分度差错和设备偏疼差错引起的读数差错，因而其准确度高、安稳牢靠。但在动态丈量时，在10r/s 的转速下，要想到达1的分辨率都十分困难。现在我国的国家线线/周的圆光栅体系，分辨率为0.001，总的丈量不确认度为0.05。该丈量办法首要是在静态下的相对视点丈量。英国国家物理实验室（NPL）的E W Palmer介绍了一台作为视点基准的径向光栅测角仪，如图1所示，既可用于测角，又可用于标定。其原理是使用两块32400线r/s 的同一个轴套上，两个读数头一个固定，一个装在转台上接连旋转，信号间的相位差改变与转角成正比。仪器顶用一个自准直仪作为基准指示器，可以测得肯定视点，使用光栅细分原理可测360度规模内的恣意视点，附加零伺服机构可以对转台进行实时调整，约束零漂。用干与仪作为读数头，可进行高精度丈量。按95%置信度水平确认其体系差错的不确认度为0.05[15]。

　　德国联邦物理研讨院（PTB）的Anglica Taubner等人用衍射光栅干与仪丈量滚动物体，可以检测角加速度、角速度、转角。检测原理光路如图2所示。单频He-Ne激光器宣布的光通过柯斯特分束棱镜后在出射方向分束位两束平行光，这样因为气流和温度改变引起的两条光路的改变持平。通过变形透镜后直射或斜射到随被测件一同滚动的反射型衍射光栅上，该光栅是PBT特制的2400线/mm正弦相位光栅。干与信号由光电探测器承受，该体系检测正弦信号时丈量灵敏度不确认度为0.3%，测旋转物体时相位差不确认度为0.2%，该体系的首要问题是灵敏度十分复杂[16]。在此根底上作了相应的改善，并进行了标定[17]。

　　光从光密介质传到光疏介质时，当入射角大于临界角时发生全反射现象。内反射法小视点丈量便是使用在全反射条件下入射角改变时反射光强的改变联系，通过反射光强的改变来丈量入射角的改变的。因为入射角在临界角邻近线性较好，跟着入射角的细小改变，反射光的强度发生急剧改变，因而丈量时一般界说一个临界角邻近的初始角0 ，被测角为相关于该初始角的角位移，这样就可以充分使用临界角邻近灵敏度较高的特色，进行小视点的高精度丈量。该丈量办法存在的一个问题是入射角和反射光强之间的联系对错线形的，灵敏度因而受到约束。为了减小函数非线性对丈量成果的影响，选用差分式丈量，其原理如图3所示，首要别离测出0+和0 -的反射光强的改变，然后用线性化公式进行处理，以得到相应的视点值。内反射法是由P S Huang等人提出来的[18]，用该办法制成的测角仪体积可以做得很小，因而特别适用于尺度受约束的空间小视点的在线丈量，并且结构简略，本钱低。丈量的灵敏度取决于初始入射角和全反射的反射次数，添加反射次数可以进步灵敏度，进步分辨力，但丈量规模就相应变小。因而P S Huang等人又在此根底上制成了屡次反射型临界角视点传感器，用加长的临界角棱镜替代图3的直角棱镜以添加反射次数，如图4所示。该仪器可用于外表描摹、直线度、振荡等方面的丈量。在丈量视点方面，以3弧分规模内的分辨力为0.02弧秒。在接下来的工作中，P S Huang 等人又将其测角规模扩大到30弧分，输出信号峰－峰值的漂移小于0.04弧秒[19,20]。该仪器的缺陷是本钱高,加长的临界角棱镜加工困难。台湾的National Chiao Tung University的Ming-Hong chin等人在此原理根底上，提出了全内反射外差干与测角办法。用外差干与测角办法。用外差干与仪丈量S偏振光和P偏振光之间的相位差，将传感器的测角规模扩大到10。，分辨力随入射角的巨细改变，最佳分辨力可达8×1 0－5度[21]。Hong Kong University of Science and Technology的Wei Dong Zhou等人选用差动共光路结构，大大进步了体系的线】。天津大学和日本东北大学在这方面也进行了一些研讨[23]。

　　视点可以表明为长度之比，长度的改变可以用激光干与法在视点丈量中得到广泛的运用。干与测角法不只可以丈量小视点，并且也可以丈量整周视点。4.1 激光干与小视点丈量

　　干与小视点丈量的基本原理可以表明成图5的方式。选用迈克尔逊干与原理，用两路光程差的改变来表明视点的改变，经角锥棱镜反射的一路光的光程跟着转角的改变而改变，因而干与条纹也发生相应的移动，测得条纹的移动量，就可测得转台的转角[24]。在此原理根底只上开展起来的视点丈量体系都致力于光路结构的改善和消除各种差错要素的影响。通过改善后可以丈量大约90度的视点，但各种差错要素跟着所测视点的增大而急剧添加，因而该体系的丈量规模约束在几度内，在此规模内具有极高的丈量准确度。这种技能现已开展得十分老练，美国、日本、德国、俄罗斯等国家早已将激光干与小视点丈量技能作为小视点丈量的国家基准[25]。为了消除转盘径向移动对视点丈量的影响，选用如图6所示的丈量光路，用两个角锥棱镜构成差动丈量，大大进步了体系的线性和灵敏度。为了添加干与仪抗环境搅扰的才能，可以选用双频激光外差干与丈量法，用双频激光替代一般光源。用这种办法丈量平面角，灵敏度可达0.002[26]。

　　上面介绍的干与法小视点丈量体系，丈量规模大约在几度以内，而大规模的视点丈量要求越来越多，为了处理整周视点的丈量问题，对上述办法进行了相应的改善，提出了几种新的激光干与恣意视点丈量办法。

　　该体系的结构如图7所示。体系的中心部分由旋转镜RM、旋转镜悬架SU以及防歪斜设备TP构成。防歪斜设备TP可以确保在一周的旋转规模内，由旋转镜RM的两镜面构成的直角的角平分线一直与入射的激光束平行。当旋转镜悬架SU滚动角时，旋转镜RM在光线入射方向移动相应的间隔，光电元件接纳的干与条纹数发生相应的改变[25]。该办法存在的首要问题时平面镜的外表描摹和两平面镜的直角差错都会对丈量成果发生影响，别的机械导杆的运动平稳度也会使成果发生误差，需要用算法进行批改。