一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉光電探測(cè)領(lǐng)域，尤其是涉及自準(zhǔn)儀領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]自準(zhǔn)直儀是利用光學(xué)自準(zhǔn)直原理，實(shí)現(xiàn)小角度測(cè)量的精密測(cè)量?jī)x器。由于其使用方便而且具有較高的檢測(cè)精度，被廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、軍工等精密度極高的行業(yè)，例如機(jī)械加工工業(yè)的質(zhì)量保證(平直度、平面度、垂直度、平行度等)、計(jì)量檢定行業(yè)中角度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、棱鏡角度定位及監(jiān)控、光學(xué)元件的測(cè)試及安裝精度控制等，其應(yīng)用范圍廣闊。自準(zhǔn)直儀經(jīng)歷了目視式、光電指零式和數(shù)顯式三個(gè)發(fā)展階段。
[0003]提高分辨力和示值穩(wěn)定性是通用數(shù)顯自準(zhǔn)直儀的發(fā)展方向。
[0004]高分辨力是高準(zhǔn)確度的保障與前提，高穩(wěn)定性又是高分辨力的保障與前提。跳字量是靜態(tài)數(shù)顯自準(zhǔn)直儀的特點(diǎn)和難點(diǎn)。動(dòng)態(tài)測(cè)量每次采樣只有一個(gè)數(shù)值輸出，反應(yīng)不出示值的跳動(dòng)，其難點(diǎn)是動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度和動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確度，但通用儀器要讀出每個(gè)位置的穩(wěn)定讀數(shù)值，跳字大就只能估讀，影響示值的準(zhǔn)確度，也影響分辨力。
[0005]數(shù)顯式自準(zhǔn)直儀的出現(xiàn)使自準(zhǔn)直儀的性能有質(zhì)的飛躍，數(shù)顯式把儀器準(zhǔn)確度由I"級(jí)提高至0.1"級(jí)，最小顯示值由0.1"級(jí)提高至0.01"級(jí)。數(shù)顯式自準(zhǔn)直儀準(zhǔn)確度高，使用方便，操作簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)量。
[0006]目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的光電自準(zhǔn)直儀主要靠人眼讀數(shù)，用于靜態(tài)測(cè)試，響應(yīng)頻率不高，無(wú)法滿足高速測(cè)量的需要。
[0007]此外單軸自準(zhǔn)直儀的測(cè)量精度較差，不能很好的實(shí)現(xiàn)二維角度的測(cè)量。
[0008]且當(dāng)目前的自準(zhǔn)直儀一般多次經(jīng)過(guò)分光棱鏡的半透半反作用，最后能夠投射到檢測(cè)裝置的光能量，損失很大，可以高達(dá)80%，這樣大的光能量損失，對(duì)檢測(cè)裝置的感光靈敏度提出更高要求。
[0009]另外目前的光電自準(zhǔn)直儀的可調(diào)節(jié)性較差，急需一種更加靈活可靠的光電自準(zhǔn)直儀。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0010]鑒于上述情況，本實(shí)用新型提供了一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀，帶有偏振片以曾大光能利用率的功能，且相比于現(xiàn)有的光電自準(zhǔn)儀具有調(diào)節(jié)更加靈活，性能更加可靠的特點(diǎn)。
[0011]為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案:一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀，包括第一光源、第二光源、第一分劃板、第二分劃板、第一光源匯集透鏡、第二光源匯聚透鏡、第一分光棱鏡、第二分光棱鏡、1/4波片、望遠(yuǎn)主鏡、變焦透鏡組、望遠(yuǎn)次鏡和PSD探測(cè)器；
[0012]其中，所述第一分劃板和第二分劃板均為“一字”型分化板，第一和第二分劃板上的“一字”形刻線相互垂直擺放；
[0013]當(dāng)?shù)谝还庠?、第二光源開啟后，所發(fā)出的光線分別照亮第一分劃板和第二分化板，所述第一分劃板和第二分化板上相互垂直的“一字”形刻線，分別投影到，第一光源匯聚透鏡和第二光源匯聚透鏡，所述第一光源透鏡和第二光源匯聚透鏡的匯聚作用后，分別投射到第一分光棱鏡和第二分光棱鏡中，經(jīng)過(guò)第一分光棱鏡和第二分光棱鏡的反射作用，最后入射到望遠(yuǎn)主鏡中，經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)主鏡的準(zhǔn)直作用投射到目標(biāo)反射面中，目標(biāo)反射面將上述光線反射回來(lái)，依次透過(guò)所述第一分光棱鏡、1/4波片和第二分光棱鏡；后經(jīng)過(guò)所述變焦透鏡組、望遠(yuǎn)次鏡，將上述光線匯聚后投射到所述PSD探測(cè)器中；
[0014]本實(shí)用新型在現(xiàn)有偏振自準(zhǔn)直儀的基礎(chǔ)上增加變焦透鏡組和望遠(yuǎn)次鏡，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)變焦的功能，與望遠(yuǎn)次鏡的相互配合作用下，更好的實(shí)現(xiàn)了探測(cè)焦距的靈活調(diào)節(jié)，更好拓展了光電自準(zhǔn)直儀的探測(cè)距離，并且性能也更加穩(wěn)定。
[0015]進(jìn)一步的，所述變焦透鏡組為可調(diào)透鏡組。
[0016]進(jìn)一步的，所述可調(diào)透鏡組包含第一透鏡和第二透鏡，所述第一透鏡靠近第二分光棱鏡一側(cè)，所述第二透鏡靠近望遠(yuǎn)次鏡一端。
[0017]進(jìn)一步的，所述第二分光棱鏡為偏振分光棱鏡，經(jīng)過(guò)偏振分光棱鏡的P分量波被全部透射，而S分量波會(huì)被全部以45°角被反射。
[0018]當(dāng)?shù)诙庠撮_啟后，所發(fā)出的光線照亮第二分劃板，經(jīng)過(guò)所述第二分劃板的光經(jīng)過(guò)第二光源匯集透鏡匯聚后照射到偏振分光棱鏡的反光面上，經(jīng)過(guò)第偏振分光棱鏡的反射作用后，第二光源信號(hào)中的S波分量被全部反射出去，透過(guò)1/4波片后，相位延遲90°，并透過(guò)第一分光棱鏡后，進(jìn)入望遠(yuǎn)主鏡，然后投射到目標(biāo)反射面上；目標(biāo)反射面將上述光信號(hào)反射回來(lái)后，經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)主鏡的再次匯聚后，依次透過(guò)第一分光棱鏡和1/4波片，經(jīng)過(guò)1/4波片的再次相位延遲90°后，變成P波，上述P波全部透過(guò)偏振分光棱鏡、變焦透鏡組和望遠(yuǎn)次鏡后，最終入射到所述PSD探測(cè)器中。這時(shí)由于1/4波片兩次相位延遲，使得原來(lái)的S波變成了 P波，完全透過(guò)了偏振分光棱鏡，使得光信號(hào)在經(jīng)過(guò)分光棱鏡后的能量損失減低到0，極大的提高的光源能量的利用率，這種光能量的利用率的提高在光信號(hào)需要多次經(jīng)過(guò)分光棱鏡面時(shí)顯得尤為重要，因?yàn)槔碚撋险f(shuō)自然光沒(méi)經(jīng)過(guò)一次分光棱鏡面得光能量損失接近50%，假如經(jīng)過(guò)η次分光棱鏡，則剩余光能量為原來(lái)的l/2n。本實(shí)用新型中利用偏振分光棱鏡和1/4波片使第二光源發(fā)出的光能量利用率提高一倍；同時(shí)由于在第二分光棱鏡和望遠(yuǎn)次鏡之間引入變焦透鏡組，在測(cè)試范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)焦距的連續(xù)可調(diào)，這樣擴(kuò)展了測(cè)試的距離，能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的測(cè)量，同時(shí)也增加了測(cè)試的靈活性。
[0019]進(jìn)一步的，所述第一光源和第二光源采用LED光源，相比于傳統(tǒng)光源，LED具有，成本低、高效率，低能耗，高亮度，綠色環(huán)保，超長(zhǎng)壽命等一系列顯著優(yōu)點(diǎn)，本一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀采用LED為光源，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)光源發(fā)光強(qiáng)度也得到保證，同時(shí)由于LED光源所發(fā)出光具有很高的偏振性，用LED光源的系統(tǒng)光能量損失可以降低到最小。
[0020]具體的，當(dāng)?shù)谝还庠撮_啟后，所發(fā)出的光線照亮第一分劃板，經(jīng)過(guò)所述第一分劃板的光經(jīng)過(guò)第一光源匯集透鏡匯聚后照射到第一分光棱鏡的反光面上，經(jīng)過(guò)第一分光棱鏡的反射作用后，進(jìn)入望遠(yuǎn)主鏡后，投射到目標(biāo)反射面上；目標(biāo)反射面將光反射后回來(lái)后經(jīng)過(guò)望遠(yuǎn)主鏡的再次匯聚后，依次透過(guò)第一分光棱鏡、1/4波片和第二分光棱鏡、變焦透鏡組和望遠(yuǎn)次鏡后，最終入射到所述PSD探測(cè)器中；由于所采用的光源具有很高的偏振性，在此第一光源可以選用橢圓偏振波，上述橢圓偏振波經(jīng)過(guò)1/4波片的90°相位延遲后可以變成P波，而完全透過(guò)為偏正分光棱鏡的第二分光棱鏡。提高了管第一光源的光能量利用率。
[0021]本實(shí)用新型采用雙軸系統(tǒng)，其中第一分劃板和第二分劃板均為:“一字”形刻線，兩分劃板刻線相互垂直擺放，分別經(jīng)過(guò)第一分光棱鏡和第二分光棱鏡的反射作用后投射到目標(biāo)反射面中，如果反射面與自準(zhǔn)直儀垂直，沒(méi)有偏轉(zhuǎn)角度時(shí)，理論上，光線經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直儀各個(gè)光學(xué)面最終投射到PSD探測(cè)器中時(shí)應(yīng)該成相互交叉的“十字”形，且與PSD所設(shè)置的中心位置重合，當(dāng)目標(biāo)反射面與自準(zhǔn)直儀軸向程一定角度偏移時(shí)，兩分劃板上的“一字”形刻線就不能在PSD探測(cè)器的探測(cè)面上形成“十字”形投影。根據(jù)PSD探測(cè)器的探測(cè)面所接收到的分劃板影像就能更好的判斷目標(biāo)反射面得偏移角度和方向。相比于單軸的自準(zhǔn)直儀，一般所用的“十字”或其他形狀的分劃板，本實(shí)用新型采用雙軸“一字”分劃板，最后PSD探測(cè)器所探測(cè)到的“十字”投影光信號(hào)，是經(jīng)過(guò)雙軸的兩套獨(dú)立光源系統(tǒng)的光信號(hào)重疊而產(chǎn)生，這相當(dāng)于在一個(gè)自準(zhǔn)直儀上實(shí)現(xiàn)了兩次檢測(cè)的功能，提高了系統(tǒng)的分辨能力和反應(yīng)能力。
[0022]作為一種優(yōu)選，所述第一分劃板上的“一字”刻線位于自準(zhǔn)直儀的中軸線的正上方，平行于自準(zhǔn)直儀的軸線；所述第二分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準(zhǔn)直儀的中軸線的正上方，垂直于自準(zhǔn)直儀的軸線。
[0023]作為一種優(yōu)選，所述第二分劃板上的“一字”刻線位于自準(zhǔn)直儀的中軸線的正上方，平行于自準(zhǔn)直儀的軸線；所述第一分劃板上的“一字”刻線，水平擺放于自準(zhǔn)直儀的中軸線的正上方，垂直于自準(zhǔn)直儀的軸線。
[0024]本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀采用PSD探測(cè)器，所探測(cè)的光信號(hào)的位置量信息為模擬量輸出，系統(tǒng)響應(yīng)快，分辨率高，成本低，因此具有廣泛應(yīng)用的價(jià)值。同時(shí)可對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，因而可以顯著提高系統(tǒng)的抗干擾能力，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)高速、高精度、抗干擾能力強(qiáng)的位置檢測(cè)系統(tǒng)，相比于CCD探測(cè)器，本實(shí)用新型采用PSD探測(cè)器的探測(cè)靈敏度更高，高實(shí)現(xiàn)高更精度的測(cè)量。同時(shí)價(jià)格也更加便宜。
[0025]進(jìn)一步的，所述望遠(yuǎn)主鏡為膠合透鏡組，相比于普通透鏡，膠合透鏡組具有更好的聚光效果。
[0026]本實(shí)用新型具有以下有益效果:本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀采用偏振分光棱鏡和偏振片，提高了光能量利用率；采用PSD探測(cè)器的探測(cè)靈敏度更高，高實(shí)現(xiàn)高更精度的測(cè)量，同時(shí)價(jià)格也更加便宜；并在在第二分光棱鏡和望遠(yuǎn)次鏡之間引入變焦透鏡組，在測(cè)試范圍內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)焦距的連續(xù)可調(diào)，這樣擴(kuò)展了測(cè)試的距離，能實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的測(cè)量，同時(shí)也增加了測(cè)試的靈活性。
[0027]此外本實(shí)用新型采用雙軸“一字”分劃板，最后PSD探測(cè)器所探測(cè)到的“十字”投影光信號(hào)，是經(jīng)過(guò)雙軸的兩套獨(dú)立光源系統(tǒng)的光信號(hào)重疊而產(chǎn)生，這相當(dāng)于在一個(gè)自準(zhǔn)直儀上實(shí)現(xiàn)了兩次檢測(cè)的功能，提高了系統(tǒng)的分辨能力和反應(yīng)能力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，測(cè)量精度更高，可廣泛應(yīng)用于日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、船舶和軍工領(lǐng)域的準(zhǔn)直測(cè)量中。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀的原理結(jié)構(gòu)圖。
[0029]圖2為本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀優(yōu)選方式I的光路原理示意圖。
[0030]圖3為本可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀優(yōu)選方式2的光路原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0032]本實(shí)用新型提供了一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀，可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，相比于傳統(tǒng)的光電自準(zhǔn)儀具有更高的分辨率，而通過(guò)雙軸測(cè)量，能夠更靈敏的檢測(cè)出被測(cè)目標(biāo)二維角度的偏移。
[0033]一種可調(diào)偏振隔離雙軸數(shù)字式光電自準(zhǔn)直儀，如圖1所示，包括第一光源1、第二光源2、第一分劃板3、第二分劃板4、第一光源匯集透鏡5、第二光源匯聚透鏡6、第一分光棱鏡7、第二分光棱鏡8、望遠(yuǎn)主鏡9、目標(biāo)反射面10、變焦透鏡組11、望遠(yuǎn)次鏡12、PSD探測(cè)器13和1/4波片14 ;其中，所