[实用新型]基于光杠杆的测角器件检定装置

说明书

技术领域

本实用新型属于角度误差测量技术领域，特别涉及一种测角器件的检定装置。

背景技术

角度测量的方法多种多样，大致可以分为机械法（如多齿分度盘、杠杆法）、电磁法（如圆磁栅、圆感应同步器）和光电法（如光学分度头、度盘、正多面棱体测角、码盘测角、光栅测角、环形激光测角、激光干涉测角）等。

机械法以多齿分度盘为代表，采用高精度齿轮作为分度依据，而且可以通过差动的方式提高分辨率和精度。该方法的优点是精度较稳定，整周测量精度较高；其缺点是精度达到0.1角秒后很难再继续提高，这主要是由于多层差动累加时各层同心误差要求极高难以达到。此外仪器设备笨重，操作要求极高。

电磁法以圆感应同步器为代表，采用电磁感应将角位移转换为电信号的方式进行角度测量，精度可以达到0.5角秒。该方法的优点是对环境要求较低，可用于机床等恶劣条件；缺点是存在漂移，抗干扰较差以及寿命较短。

光电法中类型较多，精度相对较高。

圆光栅利用在玻璃圆盘的圆平面上刻制的径向光栅或切向光栅与指示光栅产生的莫尔条纹进行角度测量。该方法一般可达到约0.2角秒的整周精度，最高可达0.05角秒，但高精度的圆光栅极难制得，价格昂贵。

环光栅是在一个钢环的圆柱面上刻制栅线，以之与指示光栅产生的莫尔条纹进行角度测量。属于光栅式精密测角器件，具有非接触式测量、安装方便、数字化读数等优点。该器件的精度与圆光栅相近。

环形激光测角采用激光陀螺原理测出角速度，进而获得转动角度。该方法可达到0.1角秒的测量精度，但该方法技术难度很大，只有少数国家掌握，而且技术尚未成熟。

激光干涉测角是利用干涉的办法，将小角度转化为干涉条纹的移动从而实现测角。这一方法的精度目前最高，国外有研究报道可达到0.002角秒的灵敏度，但这仅限于小角度的测量，其整周测量的精度一般约为0.1角秒，最高可达0.04角秒，但仪器相当复杂昂贵，仅一台商品化的激光干涉仪就需要上百万元，更遑论高精密测量以及所需的相关设施了。

就目前常用的角度编码器如度盘、码盘、圆感应同步器、圆光栅、环光栅等而言，生产的产品由于工艺的原因都存在刻划误差，比如英国雷尼绍公司生产的350mm环光栅具有约0.8角秒的刻划误差，该公司所提供的最好的环光栅产品存在约0.5角秒的刻划误差。对于高精度测量而言这是难以忍受的，因此必须对测角器件的刻划误差进行改正。

现有技术中还采用光杠杆原理来测量微小线位移和微小角位移的测量。

光杠杆原理基于如下事实：1，根据反射定律，若入射线的方向不变，当反射面旋转某一角度θ时，反射光线的方向将旋转2θ角度；2，反射光的角度改变量、光臂长（即入射点到光斑的距离）以及光斑移动距离三者之间存在准确的换算关系。

光杠杆的原理说明见图1，一光束经平面镜反射后光斑落在接收屏上，当有微小位移δL导致平面镜有微小旋转，出射光即以两倍的角度发生偏转，同时由于平面镜与标尺的距离D较长，使得出射光光斑移动比δL大得多的距离δn。由公式

δL=δn/(2D/b)

即可求出微小位移δL。

2D/b是系统的放大率。

以上是利用光杠杆原理求微位移，事实上，利用该原理还可以求微小角位移，当反射面旋转一角度α，则反射光线旋转2α，α可由下式求出：

α=δL/b=δn/2D

由于D的值很大，所以δn也大，就变得容易测量了。

光杠杆原理的显著特点是：随着光臂的加长测量系统的分辨率和精度几乎呈线性增长，反应灵敏，精度高。大多数时候，光杠杆原理是作为微小线位移测量方法来使用的，比如测量材料的弹性模量、蠕变量等。由于角度与线位移的转化关系，该原理除了用于微小线位移的测量外，也可以用于微小角位移的测量，目前尚没有使用光杠杆原理作为测角器件测量标定的记载。

实用新型内容

任何测角器件产品都存在不同程度的刻划误差。而由于使用要求、成本、采购限制等原因，往往难以买到适合精度的测角器件。比如对于天体测量等高精度测量应用来说，测角精度需要达到0.01角秒或者更高，这对于测角器件本身的误差提出了非常高的要求，即便是当前最高精度的测角产品也难以满足其要求。因此，对测角误差的检定及改正是十分必要的。

另一方面，目前已有的检定装置存在器件昂贵的缺点，比如用高精度光栅编码器进行比较检定，该光栅就十分昂贵且很难以获得；再如干涉法检定，干涉仪等设备的价格也十分昂贵。

本实用新型的目的是提供一种检定精度较高、价格相对低廉、检定设备易于获取的测角器件检定装置。