角度測量的光學(xué)方法(二)
光學(xué)測角法是高精度動態(tài)角度測量的一種有效的解決途徑。對目前發(fā)展較快的幾種角度測量的光學(xué)方法----圓光柵測角法、光學(xué)內(nèi)反射小角度測量法、激光干涉測角法和環(huán)形激光測角法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹...
(2) 可以實(shí)現(xiàn)高速轉(zhuǎn)角測量,動態(tài)響應(yīng)范圍寬。
(3)可以在轉(zhuǎn)速測量的同時實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角測量,還可以測量瞬態(tài)轉(zhuǎn)速。 缺點(diǎn)是加工工藝難以保證,成本高,對環(huán)境要求嚴(yán)格,這是環(huán)形激光器沒有得到大量應(yīng)用的最主要原因。主要誤差來源是"頻鎖"、"零飄"、"頻率牽引"和地球自轉(zhuǎn)的影響。 環(huán)形激光測角的基本原理如圖10所示。當(dāng)被檢量具和環(huán)形激光器相對于靜止的光電自準(zhǔn)直儀同步轉(zhuǎn)動時,在瞄準(zhǔn)軸與量具棱面發(fā)現(xiàn)相重合的瞬間,被測角度轉(zhuǎn)換成由光電流觸發(fā)和停止脈沖所需的時間間隔,接口裝置在此間隔內(nèi)對環(huán)形激光脈沖讀數(shù)[31]。圣彼得堡電子大學(xué)和PTB合作研制的精密環(huán)形激光測角計(jì)可用于光學(xué)多面體和光學(xué)編碼器的校準(zhǔn)、旋轉(zhuǎn)物體的外部角度測量和測角儀本身的內(nèi)部旋轉(zhuǎn)角測量。該裝置的原理和上面介紹的基本相同。為了消除環(huán)形激光器比例系數(shù)絕對值長時間波動引起的測量誤差,與測量過程同時進(jìn)行激光器校準(zhǔn),即用2π角度(整轉(zhuǎn))內(nèi)的周期數(shù)相加的方法確定環(huán)形激光器差頻周期角值。與標(biāo)準(zhǔn)角度測量方法相比,該裝置在1r/s的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),測量準(zhǔn)確度達(dá)到0.5μrad(0.1'')[32]。他們還將環(huán)形激光用于衍射光譜儀衍射角的測量,在0度到360度范圍內(nèi)測量誤差大約為0.05弧秒[33]。 6.結(jié)論 通過對目前常用的幾種光學(xué)測角的方法的介紹可以看出,光學(xué)測角法在角度測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,并且達(dá)到了很高的測量精度。圓光柵在角度測量中的應(yīng)用非常廣泛,在整周任意角度的測量中也達(dá)到了極高的準(zhǔn)確度。其缺點(diǎn)是對光柵與轉(zhuǎn)臺的對心準(zhǔn)確度要求較高,高準(zhǔn)確度光柵的制作加工困難。光學(xué)內(nèi)反射法小角度測量的主要優(yōu)點(diǎn)是體積小,可以做成袖珍式測角儀,但其測量范圍也很小,因此只能用于小角度測量。激光干涉測角技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是測量精度高,小角度測量已經(jīng)達(dá)到了極高的準(zhǔn)確度,各種不同的測量儀器在靜態(tài)和動態(tài)測量的條件下也具有結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、儀器只能化等許多優(yōu)點(diǎn)。作適當(dāng)?shù)母倪M(jìn),消除誤差因素可進(jìn)行整周角度測量。但目前的效果不很理想,測量精度不是很高,而且體積龐大,不適合在現(xiàn)場使用,因此還需要作進(jìn)一步研究。在整周角度測量中,環(huán)形激光器被認(rèn)為優(yōu)于目前其他技術(shù)。該方法的缺點(diǎn)是只能實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量,對測量條件要求很高,但該方法在動態(tài)整周角度測量方面是一個非常有前途的發(fā)展方向。 參考文獻(xiàn): [1]Aria Toyama. Present of precision angle measurement technique in Japan . Bulletin of the Japan, 1981,15(1): 1-6 [2]陸德基。 中國角度計(jì)量50年的進(jìn)展。計(jì)量與測試技術(shù),1999,6:4-5 [3]孫方金。 角度計(jì)量。宇航計(jì)測技術(shù),1999,19(2):22-24 [4]孫方金。 精密測角轉(zhuǎn)臺。計(jì)量學(xué)報,1986,17(4):291-295 [5]胡明,等。InSb精密角位移傳感器的研究。儀表技術(shù)及傳感器,1998,2:1-3 [6]T Masuda,Mkajitani. An automatic calibration system for angular encoder. Precision Engineering, 1989,11(2):95-100。 [7]Jing F S. Angular measurement by means of rotation of linear grating . CIRP Ann, 1992,41(1):585-587. |
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