二维动态光电自准直仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种二维动态光电自准直仪，包括用于固定激光光源和聚焦透镜的激光器套筒、反射镜及其安装座、固定准直物镜的物镜筒、固定分光片和位置敏感探测器（PSD）的后底座。聚焦透镜和准直物镜的焦点重合以组成准直扩束系统，激光光源发出的平行光束依次经过聚焦透镜、反射镜、分光片和准直物镜，再由标准反射镜反射后再次经过准直物镜和分光片，最后聚焦在PSD的光敏面上。通过测量光斑在PSD上的位移量可以得到标准反射镜的二维角度变化。本实用新型专利技术采用半导体激光器作为光源，功率稳定，散热量小，寿命长。采用PSD作为光电探测器，分辨力高，动态响应特性好。本实用新型专利技术成本低、结构紧凑，测量范围大，能进行静、动态二维角度精密测量，可广泛应用于工业生产中的加工检测、角度计量器具的检定和高频角振动的检测。

【技术实现步骤摘要】
二维动态光电自准直仪
本技术涉及一种二维小角度静动态测量装置，具体涉及一种在精密加工检测中使用的二维动态光电自准直仪。
技术介绍
在精密加工和检测
，自准直仪是小角度测量中应用最广的仪器之一。由于它具有较高的精度和分辨力，而且结构简单，成本较低，因而被广泛应用于工业生产中的加工检测及角度计量器具的检定。例如在角度测量、平面面型测量、导轨的直线度测量、轴系的角晃动测量等方面自准直仪发挥着重要的作用。光电自准直仪由于其高精度与实时测量的优点已成为自准直仪的主流发展趋势。由于CCD能够达到很高的细分精度，所以目前高精度光电自准直仪常用CCD作为光电探测器并搭配LED光源。但是受CCD响应频率的限制，这类光电自准直仪只适用于静态和低频测量（一般不超过100Hz），无法进行高频动态测量，且仪器体积与工作距离相关，因而在使用中受到了许多限制。本技术利用位置敏感探测器在分辨力和动态响应方面的优良性能，结合半导体激光光源，可实现二维角度的高频高精度测量。
技术实现思路
为克服现有光电自准直仪在动态测量方面的不足，本技术旨在提供一种基于位置敏感探测器（PSD）的动态光电自准直仪，适用于二维角度的静、动态测量且分辨力高。为了实现上述目的，本技术提出如下的技术方案：二维动态光电自准直仪，包括固定激光光源和聚焦透镜的激光器套筒安装在反射镜安装座的前端，反射镜安装座通过压片安装在前底座的顶部，物镜安装座安装在物镜筒的前端，物镜筒通过压圈固定于前底座的前端，前底座与后底座通过螺钉紧固连接。进一步的，所述准直物镜安装在物镜安装座中并由物镜压圈压紧，准直物镜的焦点与聚焦透镜的焦点重合，二者构成同轴共轭的准直扩束系统。作为优选，上述反射镜固定在反射镜安装座斜面的圆形沉孔中，并由反射镜压圈锁紧。进一步的，所述前底座与后底座通孔的中心轴与光轴重合，二者的斜面均与光轴成45°夹角并使用垂直于斜面的螺钉紧固连接，分光片安装在后底座斜面的圆形沉孔中。作为优选，位置敏感探测器PSD光敏面的几何中心与光轴重合，安装在固定架上，固定架通过外螺纹固定在后底座后端的螺纹孔中。更进一步的，所述激光光源为半导体激光器，功率为毫瓦级。作为优选，上述反射镜和分光片相互垂直且位置固定。再进一步的，所述标准反射镜固定在待测物体上，当待测物体发生偏转或振动时，标准反射镜与待测物体的运动状态保持一致，光束经标准反射镜反射后通过准直物镜和分光片，最后聚焦在PSD的光敏面上。有益效果本技术的有益效果：首先，激光光源和聚焦透镜安装在激光器套筒中，它们的位置保持固定，有利于增强光路稳定性，降低装调难度。准直物镜安装在独立于物镜筒的物镜安装座中，便于单独调节准直物镜的轴向位置。固定架有益于实现PSD在与光轴平行和垂直方向的调节，并且有益于在装调过程中对光敏面的保护。其次，PSD光敏面置于准直物镜的焦平面处，光路结构简单，聚焦光斑面积小，有益于提高PSD输出信号的信噪比和稳定性。此外，所述后底座作为承载分光片、反射镜及PSD的重要部件，结构紧凑，装调方便，有益于提高测量系统的精度和稳定性。附图说明附图1为本技术的光学原理示意图。附图2为本技术的结构主视图。附图3为本技术的斜视图。附图标记说明：1—激光光源，2—聚焦透镜，3—反射镜，4—分光片，5—位置敏感探测器（PSD），6—准直物镜，7—标准反射镜，8—激光器套筒，9—反射镜安装座，10—反射镜压圈，11—压片，12—物镜压圈，13—物镜安装座，14—物镜筒，15—压圈，16—前底座，17—后底座，18—固定架。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步说明，本技术的实施方式包括但不限于下列实施例。实施例一：如图1-3所示，固定激光光源1和聚焦透镜2的激光器套筒8安装在反射镜安装座9的前端，反射镜安装座9通过压片11安装于前底座16的顶部，物镜安装座13固定于物镜筒14的前端，物镜筒14通过压圈15固定于前底座16的前端，前底座16与后底座17通过螺钉紧固连接，反射镜3固定在反射镜安装座9斜面的圆形沉孔中，并由反射镜压圈10锁紧，反射镜3和分光片4相互垂直且位置固定，准直物镜6安装在物镜安装座13中并由物镜压圈12压紧，准直物镜6的焦点与聚焦透镜2的焦点重合，二者构成同轴共轭的准直扩束系统。上述前底座16与后底座17通孔的中心轴与光轴重合，二者斜面均与光轴成45°夹角并通过垂直于斜面的螺钉紧固连接，分光片4安装在后底座17斜面的圆形沉孔。上述标准反射镜7固定于待测物体上，标准反射镜与待测物体的运动状态保持一致，光束由标准反射镜7反射后聚焦在PSD5的光敏面上，光敏面的几何中心与光轴重合，PSD5安装在固定架18上，固定架18通过外螺纹固定于后底座17的后端螺纹孔中。上述激光光源1采用功率为毫瓦级的半导体激光器。聚焦透镜2和准直物镜6均为双胶合消色差透镜，聚焦透镜的直径为12.7mm，准直物镜的直径为50.8mm。上述标准反射镜转动一个小角度后，PSD上的光斑会产生一个微小位移量，PSD将这一微小位移量转换成电信号，经过后续处理电路和A/D采集卡与计算机相连，通过计算机处理程序将从PSD获得的位置信息转换为角度信息，并实时显示出角度变化量。使用该仪器实际测量时，设准直物镜的焦距为，光斑移动的距离为，当被测物转动角度时，根据自准直原理，可以测得：。其分辨力取决于准直物镜的焦距及PSD的位置分辨力，测量范围取决于PSD尺寸及准直物镜的口径，其动态响应频率取决于A/D采集卡和PSD的响应频率。由于本专利技术所用的PSD动态响应时间为5μs，A/D采集卡的采集频率为48kHz，所以本技术的动态响应频率可达到5kHz以上。本技术可广泛应用于静动态角度测量，例如多面棱体的检定、光电编码器、数显数控转台和高速倾斜镜动态测角误差的测量、平面面型测量、角位移传感器动态特性的检测以及光学平面加工的小角度检测等。按照上述实施例，可很好的实现本技术。值得说明的是，基于上述结构设计，为解决同样的技术问题，在没有做出创造性劳动的前提下所采用的技术方案与本技术一样，故应当在本技术保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
二维动态光电自准直仪，其特征在于，包括固定激光光源(1)和聚焦透镜(2)的激光器套筒(8)安装在反射镜安装座(9)的前端，反射镜安装座(9)通过压片(11)安装在前底座(16)的顶部，反射镜(3)固定在反射镜安装座(9)中，分光片4安装在后底座(17)中，准直物镜(6)安装在物镜安装座(13)中，物镜安装座(13)安装在物镜筒(14)的前端，物镜筒(14)通过压圈(15)固定于前底座(16)的前端，前底座(16)与后底座(17)通过螺钉紧固连接。工作时，从标准反射镜(7)反射回来的光束通过准直物镜(6)和分光片(4)后，聚焦在位置敏感探测器PSD(5)的光敏面上。

【技术特征摘要】
1.二维动态光电自准直仪，其特征在于，包括固定激光光源(1)和聚焦透镜(2)的激光器套筒(8)安装在反射镜安装座(9)的前端，反射镜安装座(9)通过压片(11)安装在前底座(16)的顶部，反射镜(3)固定在反射镜安装座(9)中，分光片4安装在后底座(17)中，准直物镜(6)安装在物镜安装座(13)中，物镜安装座(13)安装在物镜筒(14)的前端，物镜筒(14)通过压圈(15)固定于前底座(16)的前端，前底座(16)与后底座(17)通过螺钉紧固连接。工作时，从标准反射镜(7)反射回来的光束通过准直物镜(6)和分光片(4)后，聚焦在位置敏感探测器PSD(5)的光敏面上。2.根据权利要求1所述的二维动态光电自准直仪，其特征在于，所述准直物镜(6)安装在物镜安装座(13)中并由物镜压圈(12)压紧，准直物镜(6)的焦点与聚焦透镜(2)的焦点重合，二者构成同轴共轭的准直扩束系统。3.根据权利要求1所述的二维动态光电自准直仪，其特征在于，所述反射镜(3)固定在反射镜安装座(9)斜面的圆形沉孔中，并由反射镜压圈(10...

【专利技术属性】
技术研发人员：程灏波，
申请(专利权)人：北京理工大学深圳研究院，
类型：新型
国别省市：广东,44