[發明專利]游標狹縫式光電自準直儀

有效

• 申請號: 201210380004.8
• 申請日: 2012-09-29
• 公開（公告）號: CN102865835A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發明（設計）人: 劉愛敏;高立民;吳易明
• 申請（專利權）人: 中國科學院西安光學精密機械研究所
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26;G01B11/30
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 陳廣民

技術領域

本發明涉及一種高精度角位移檢測裝置，具體涉及一種游標狹縫式光電自準直儀。

背景技術

在精密測試計量技術領域，光電自準直儀的廣泛應用于小角度測量、高精度角度標校、導軌的平直度、精密平臺的平面度、轉臺位置不確定度等測量領域，是機械制造、造船、航空航天、計量測試、科學研究等部門必備的常規測量儀器。特別是在精密、超精密定位方面，更有不可替代的作用。它既可單獨用于工程測量，也可作為經緯儀、測角儀、光學比較儀等光學計量儀器中的瞄準及測量部件。

由于光電自準直儀實質為高精度的數字圖像微位移檢測系統，改變狹縫類型成為提高其精度的關鍵要素。目前，光電自準直儀中所用的狹縫類型主要有：十字絲、圓孔、M形/V形/N形分劃、單狹縫、光柵等。十字絲、圓孔等直接與面陣探測器配合完成二維測量，受限于面陣器件自身的工作原理，其測量速度及精度都會受到限制。M形/V形/N形分劃板主要與單線陣CCD結合實現二維轉角測量，對狹縫與線陣CCD安裝精度要求較高，進而影響測量范圍及測量精度。若采用單狹縫，則單狹縫作為圖像時，圖像要素只有縫寬，不利于提高精度。光柵式光電自準直儀的出現是一種新的探索，該類型自準直儀通過一對光柵副產生的莫爾條紋的位移來獲得平面鏡的角位移信息。莫爾條紋位移信息不僅與光柵副之間的單根柵線的柵距差異有關，還與光柵副之間的夾角有關，造成這種類型的自準直儀對光柵的安裝較高，加之莫爾條紋本身的復雜性，要對其進行準確定位，對后期圖像處理要求較高，實際測量精度及可靠性也受到限制（如果存在探測器響應或光柵刻畫的誤差，影響就會更為嚴重）。

發明內容

為克服前述背景技術存在的不足，本發明了提供一種精度高、可靠性好的游標狹縫式光電自準直儀。

本發明的技術解決方案是：

游標狹縫式光電自準直儀，包括在主光路上依次設置的單色光源（1）、多狹縫（2）、分光鏡（3）、準直物鏡（4）、可轉動的平面反射鏡（5）以及在分光鏡分光光路上設置的線陣CCD（6），多狹縫（2）與線陣CCD（6）共軛，光源（1）發出的光通過多狹縫（2）、經分光鏡透射后在平面反射鏡（5）反射回分光鏡分光，成像于線陣CCD（6）處；其特殊之處在于：

所述多狹縫（2）由多個平行單狹縫組成，各平行單狹縫縫寬與縫間距均相等；以線陣CCD作為主尺，多狹縫（2）的像作為游標尺，游標尺與主尺滿足游標細分原理。

這樣，當平面反射鏡（5）轉動一個小角度時，多狹縫（可稱之為“游標狹縫”）圖像在線陣CCD有一定位移量，通過游標原理來獲取游標細分后的亞像元位移信息，CCD輸出信號經過A/D轉換，通過數學轉換關系將位置信息轉換為角度量，從而能夠精確顯示角度變化。

基于上述基本技術方案，本發明還進行了以下優化限定和改進：

上述單個狹縫的寬度大于或等于3倍的線陣CCD原始像元尺寸。

設各平行單狹縫縫寬與縫間距均為d，狹縫個數為N，線陣CCD像元尺寸與像元間距均為P_d，對輸出的CCD信號進行了M倍硬件細分，則游標尺與主尺滿足以下數學關系：

(2N-1)×d=[k×(2N-1)-1]×PdM,]]>其中，N=1,2,3,…;M=1,2,3,…;k=1,2,3,…。

上述各參數的取值優選為2≤N≤50；2≤k≤100；1≤M≤20。

上述光源具體可以采用LED光源、激光光源等。

要想獲得更高的測量精度，準直物鏡（4）的焦距可以更長，線陣CCD的像元數可以更小，采用相對應的游標狹縫結構即可獲得更高的精度。

本發明具有以下優點：