專(zhuān)利名稱(chēng)：基于角度測(cè)量的三角法測(cè)距誤差補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于角度測(cè)量的三角法測(cè)距誤差補(bǔ)償裝置，屬于三角法測(cè)距的誤差補(bǔ)償技術(shù)。
背景技術(shù)：
目前，常用的微位移測(cè)量方法主要有激光干涉法，激光三角法，光探針?lè)ǖ?，而三角法測(cè)量由于具有非接觸、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量距離大、抗干擾、測(cè)量點(diǎn)小、測(cè)量準(zhǔn)確度高、可用于實(shí)時(shí)在線快速測(cè)量等特點(diǎn)，在幾何量測(cè)量領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。在該方法中，通常精度要求下被測(cè)物體的轉(zhuǎn)角變化引入的誤差可忽略不計(jì)。但在對(duì)測(cè)量的不確定度要求較高的時(shí)候，由于被測(cè)物體轉(zhuǎn)角變化引入的誤差因素必須進(jìn)行補(bǔ)償。鑒于此，本發(fā)明在激光三角法測(cè)距原理基礎(chǔ)上，利用角度測(cè)量方法實(shí)時(shí)測(cè)量被測(cè)物體表面傾角變化，以補(bǔ)償角度變化引入的測(cè)量誤差，從而提高位移測(cè)量的精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于角度測(cè)量的三角法測(cè)距誤差補(bǔ)償裝置，該裝置在傳統(tǒng)的激光三角法測(cè)量裝置的基礎(chǔ)上，補(bǔ)償被測(cè)物體角度變化引入的測(cè)量誤差，從而提高位移測(cè)量的精度。
本發(fā)明的目的是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的垂直入射三角法測(cè)距裝置包括準(zhǔn)直光源、凸透鏡、被測(cè)物體表面或物體表面的反射鏡，以及凸透鏡后邊的反射鏡、光電接收器，其特征在于增加了光學(xué)式角度測(cè)量裝置，所述的角度測(cè)量裝置包括1/4波片、偏光分光鏡、分光鏡、兩個(gè)臨界角棱鏡、兩個(gè)光電二極管。
上述的凸透鏡8中心開(kāi)設(shè)2-5mm的圓孔，在Z向只保留中心對(duì)稱(chēng)的20mm。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于即可實(shí)現(xiàn)三角法測(cè)距又能測(cè)量角度變化，補(bǔ)償被測(cè)物體角度變化引入的測(cè)量誤差，從而提高位移測(cè)量的精度。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖中1、14為光電二極管，2、13為臨界角棱鏡，3、5為分光鏡，4為激光器及準(zhǔn)直鏡，6為偏光分光鏡，7為1/4波片，8為凸透鏡，9為反射鏡，10為直角反射鏡，11為凹透鏡，12為位置敏感器件PSD。
具體實(shí)施例方式
三角法測(cè)距方法分為垂直入射和斜入射兩種，本發(fā)明針對(duì)垂直入射三角測(cè)距方法。將入射光分為兩束，一部分垂直入射被測(cè)物體表面，其反射光的偏轉(zhuǎn)角度經(jīng)臨界角角度測(cè)量裝置檢測(cè)；一束光采用垂直入射光三角法測(cè)距。然后，在測(cè)距結(jié)果中減去由于被測(cè)物體表面傾角變化引入的測(cè)量誤差，則可實(shí)現(xiàn)既能測(cè)距又能測(cè)角度變化的目的。
測(cè)距誤差補(bǔ)償具體過(guò)程為1)采用主動(dòng)照明式光源，由穩(wěn)功率電路控制的激光器4發(fā)出的可見(jiàn)光經(jīng)準(zhǔn)直后，采用分光鏡5將照明光線分成角度測(cè)量光和位移測(cè)量光兩部分。
2)測(cè)距光束鏡凸透鏡8入射到被測(cè)物體表面或反射鏡9，被反射的激光攜帶物體的轉(zhuǎn)角變化及位移變化信息再經(jīng)凸透鏡8后被直角反射鏡10反射后，經(jīng)凹透鏡11入射到PSD12上。
3)角度測(cè)量光束偏光分光鏡6及1/4波片7后，通過(guò)凸透鏡8中心的開(kāi)孔入射到被測(cè)物體表面或反射鏡9。其反射光原路返回后穿過(guò)偏光分光鏡6及分光鏡3后，被分成兩路光，分別進(jìn)入到臨界角棱鏡2、13，其出射光被光電二極管1、14接收。
4)位移測(cè)量采用激光三角垂直入射方法，經(jīng)凸透鏡8后的入射光線聚焦于被測(cè)物體表面或反射鏡9，物體的離焦位移變化引起的反射光線光點(diǎn)位置變化，經(jīng)位置敏感器件PSD12檢測(cè)。為提高PSD的分辨力，在凸透鏡的后方加一個(gè)凹透鏡11，以放大光點(diǎn)的位置變化。
5)采用光學(xué)式角度測(cè)量裝置，角度測(cè)量裝置采用光學(xué)差動(dòng)式測(cè)量方法在初始測(cè)設(shè)定值時(shí)，輸出信號(hào)為零；當(dāng)測(cè)量過(guò)程中被測(cè)物體姿態(tài)發(fā)生變化時(shí)，角度傳感器的入射角度發(fā)生變化，該變化量被角度測(cè)量裝置檢測(cè)并轉(zhuǎn)換成與角度變化值成比例的電信號(hào)。
6)角度信號(hào)與位移信號(hào)均經(jīng)放大后再經(jīng)信號(hào)分析處理，最后將轉(zhuǎn)角信號(hào)引入的測(cè)量誤差從測(cè)距信號(hào)中進(jìn)行修正，得到經(jīng)過(guò)補(bǔ)償?shù)木嚯x信號(hào)。信號(hào)采集、濾波及分析處理系統(tǒng)基于單片機(jī)控制。
權(quán)利要求
1.一種基于角度測(cè)量的三角法測(cè)距誤差補(bǔ)償裝置，該裝置包括垂直入射三角法測(cè)距裝置的準(zhǔn)直光源、凸透鏡、被測(cè)物體表面或物體表面的反射鏡，以及凸透鏡后邊的反射鏡、光電接收器，其特征還包括光學(xué)式角度測(cè)量裝置，所述的角度測(cè)量裝置包括1/4波片、偏光分光鏡、分光鏡、兩個(gè)臨界角棱鏡、兩個(gè)光電二極管；
2.按權(quán)利要求1所述的基于角度測(cè)量的三角法測(cè)距誤差補(bǔ)償裝置，其特征在于凸透鏡(8)中心開(kāi)設(shè)2-5mm的圓孔，該透鏡在Z向只保留中心對(duì)稱(chēng)的20mm。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于角度測(cè)量的三角法測(cè)距誤差補(bǔ)償裝置，屬于三角法測(cè)距的誤差補(bǔ)償技術(shù)。該裝置包括垂直入射三角法測(cè)距裝置的準(zhǔn)直光源、凸透鏡、被測(cè)物體表面或物體表面的反射鏡，以及凸透鏡后邊的反射鏡、光電接收器，其特征還包括光學(xué)式角度測(cè)量裝置，所述的角度測(cè)量裝置包括1/4波片、偏光分光鏡、分光鏡、兩個(gè)臨界角棱鏡、兩個(gè)光電二極管。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于既可實(shí)現(xiàn)三角法測(cè)距又能測(cè)量角度變化，補(bǔ)償被測(cè)物體角度變化引入的測(cè)量誤差，從而提高位移測(cè)量的精度。
文檔編號(hào)G01C3/02GK1632463SQ20041009405
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2004年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月28日
發(fā)明者劉慶綱, 李志剛, 李德春, 徐美健, 李一平, 張超艷 申請(qǐng)人:天津大學(xué)