一种激光对中仪接收系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种激光对中仪接收系统，包括物镜、分光棱镜、第一位敏探测器PSD1以及第二位敏探测器PSD2，应用于激光对中测量，涉及同轴度、平面度、直线度的测量。本与现有技术相比，改进了光路结构，在测量过程中不需要旋转就可以测量获得角偏量和平偏量，减少了操作步骤，降低了操作难度，提高了系统测量精度，达到了提高效率的作用，同时增加了适用范围。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种激光对中仪接收系统，应用于激光对中测量，涉及同轴度、平面度、直线度的测量。
技术介绍
平面度、直线度是重要的形位公差，在机械加工等领域是必不可少的测量量。对于激光对中仪，光斑接收器的功能和准确度对轴对中的精度有着不可忽视的影响。现有可测量平偏、角偏的光斑接收系统由单个PSD(Position Sensitive Detector)及采集、驱动系统构成。激光发射器和光斑接收器分别固定于主动轴和从动轴上。以同一角速度和方向转动主动轴和从动轴时，激光束在PSD光敏面上的轨迹就会形成封闭的曲线。在理想对中情况下，曲线就会变为一个点。若两轴仅有平行偏差，则轨迹是一个圆。在一般情况下(包含平行偏差和角度偏差)，这条轨迹曲线既不是椭圆(圆为特例)，更不是点。但可以肯定，该曲线任一点的坐标由两轴的相对位置决定。根据这一特性建立数学模型，即可从激光光斑在PSD上的坐标计算出两轴的相对偏差。(引用文献：龚正烈，程晓曼，徐静等.单光束LD/PSD激光对中测量仪及其数学模型.光电子·激光.2002，13(4)：378～381)虽然现有的光斑接收系统也能够测量角偏和平偏，但是还存在以下缺陷：1、现有对中测量系统通过旋转轴来测量角度偏差(角偏)和平行偏差(平偏)。轴传动是机械传动的一种重要方式。轴传动的一个关键问题就是要实现轴对中。机械轴系是否对中对设备正常运行有着至关重要的影响。英国皇家研究机构的一份调查报告指出，50％以上的机器故障都是由于传动设备联轴器不对中引起的。因此，轴对中的改善具有重要意义。2、现有的光斑接收器系统需要通过旋转传动轴才能测量出轴对中偏差量。对于难以旋转轴的情况，如传动轴支撑座偏差的测量等，该方法将无法使用。另外，对于一些扩展运用，如平面度、直线度的测量，该方法同样无法使用。
技术实现思路
为了解决
技术介绍
中存在的缺陷，本技术提供一种激光对中仪接收系统，本技术的目的是建立一套在测量过程中不需要旋转就可以测量获得角偏量和平偏量，提高了测量效率，同时增加了适用范围。本技术的技术解决方案：一种激光对中仪接收系统，其特殊之处在于：包括物镜、分光棱镜、第一位敏探测器PSD1以及第二位敏探测器PSD2，所述物镜与分光棱镜依次沿光路设置，所述第一位敏探测器PSD1位于分光棱镜的焦面上，所述第二位敏探测器PSD2位于分光棱镜焦面后距离t处以接收透射光束，其中t为第二位敏探测器PSD2与物镜焦点的间距。本技术所具有的有益效果：1、这样的光路系统可一次性完成现有激光对中系统旋转一周测量的工作量。2、本技术研制的光斑接收系统主要由物镜、分光棱镜和两个位敏探测器组成。采用分光棱镜分光获得两路独立的光束，利用两个位敏探测器接收被分光棱镜折射和透射的两束独立光束，完成光斑位置的采集。3、本技术通过采集激光光束能量中心在位敏探测器(PSD1和PSD2)位置处的坐标，就能进行偏差量的计算。4、本技术的光斑接收器不会因为像差而影响实际平偏量的测定。5、本技术通过平偏量的测量可得到光线孔径值，对PSD采集的光斑图像计算处理，可得到PSD位置处追击光线坐标，再利用查找表便可得出排除像差影响的视场角，也即是角偏量α′。测量值介于表中所列值之间时，采用曲线拟合计算角偏量。6、由于本技术采用了上述技术方案，它与现有技术相比，改进了光路结构，减少了操作步骤，降低了操作难度，提高了系统测量精度，达到了提高效率的作用，同时增加了适用范围。附图说明图1为本技术激光对中仪接收系统的结构示意图；图2为图1的光学等效图；图3为本技术接收器的一维原理示意图；图4为细光束模型图；其中附图标记为：1-物镜，2-分光棱镜，3-第一位敏探测器PSD1，4-第一位敏探测器PSD2。具体实施方式任意空间直线的位置和方向需要四个独立变量才能完全确定。例如，可选定一个垂直于Z轴的X、Y平面作为参考面，那么空间光线可由它与XY面交点的坐标(x，y)和光线对X、Y轴的方向余弦(θ，φ)来完全确定。无疑，对于需要测量的一个轴、孔或直线轨，也需要四个独立变量来完全确定。本技术中将两个位置偏差定义为平偏、两个角度偏差定义为角偏。本技术的结构和原理图如图1所示，基于分光棱镜的光斑接收系统主要由物镜、分光棱镜及两个位敏探测器(PSD1和PSD2)组成。激光器发出的平行光通过物镜后汇聚，汇聚光束又被分光棱镜分成两束独立的光束。其中，第一位敏探测器(PSD1)位于焦面上，接收被反射的光束，所获取光斑位置直接对应角偏量。第二位敏探测器(PSD2)位于焦面后距离t处，接收透射的光束，与PSD1所测得光斑位置相结合即可得出平偏量。基准光束经过接收物镜后变为汇聚光束，如图1所示，再由分光棱镜分为两束光，利用位敏探测器(如PSD)在其中一束光的焦面处和另一束光焦面后t处进行光斑采集，并计算相应光斑位置。为了后续计算方便，上述光路可以等效为图2所示光路。被分光棱镜分成两束光的光路图等效为图2中只存在水平方向的一束光，先用PSD1在物镜后焦面处采集光斑，再用PSD2在焦面后t处采集光斑图像。物镜和分光棱镜组成的光学系统由其两个主面代替，由于后续计算不涉及两个主面之间的光路，因而又可以将两个主面合并。实际测量的角偏量和平偏量都是二维空间矢量，这二维矢量可分解为两个一维偏差矢量。其中一维如图3所示，为光学系统的一个过光轴的截面(即图2中X0O0Z面，X1、X2也在这个面内)，图中的光束为空间光束在此面的投影，通过如下所述的方法，可以得到光束在X0方向的一维平偏量L，角偏量α；另一维为垂直于该截面的另一截面(即图2中Y0O0Z面，Y1、Y2也在这个面内)。光束在二维空间的偏差量直接通过两个平偏量和两个角偏量表示。下面描述一维偏差量的测量原理：1】角度测量：利用处于焦面位置处的PSD1所采集的光斑中心位置便可计算基准光束对应的主光线与接受物镜主光轴夹角α，计算公式为：α=arctanL1f′---(1)]]>其中夹角α正负规定为：由光线以锐角转至与光轴(即图3中点划线)平行，顺时针为正，逆时针为负；L1正负规定为：以光轴为基准，在光轴以上为正，在光轴以下为负。2】位置测量在角度测量后，再利用PSD2采集光斑的中心位置，通过三角关系可得出如下公式：L2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光对中仪接收系统，其特征在于：包括物镜、分光棱镜、第一位敏探测器PSD1以及第二位敏探测器PSD2，所述物镜与分光棱镜依次沿光路设置，所述第一位敏探测器PSD1位于分光棱镜的焦面上，所述第二位敏探测器PSD2位于分光棱镜焦面后距离t处以接收透射光束，其中t为第二位敏探测器PSD2与物镜焦点的间距。

【技术特征摘要】
1.一种激光对中仪接收系统，其特征在于：包括物镜、分光棱镜、第一
位敏探测器PSD1以及第二位敏探测器PSD2，所述物镜与分光棱镜依次沿光
路设置，所述第一位敏探...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴国俊，齐文博，张毅，王维，韦明智，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：新型
国别省市：陕西;61