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1、第28卷第2期光学技术Vol.28No.22002年3月OPTICALTECHNIQUEMarch2002文章编号:100221582(2002)0220168204X角度测量的光学方法浦昭邦,陶卫,张琢(哈尔滨工业大学305信箱,黑龙江哈尔滨 150001)摘 要:光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径。对目前发展较快的几种角度测量的光学方法———圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法、激光干涉测角法和环形激光测角法进行了详细的介绍,并且分别给出了每种方法的测量原理和发展现状,比较了各种方法的优缺点,给出了每种方法的应用场合和发展前景。关键词:角度测量;光学方法;转角
2、;整周中图分类号:TH741.2 文献标识码:AAnglemeasurementwithopticalmethodsPUZhao2bang,TAOWei,ZHANGZhuo(HarbininstituteofTechnology,Harbin150001,China)Abstract:Opticalmethodsareoneofthemosteffectivewayofdynamicanglemeasurementwithhighaccuracy.Severalwelldevelopedopticalmethodsofanglemeasurement,suchasanglem
3、easurementwithradicalgratings,anglemeasurementbasedoninternal2reflectioneffect,laserinterferenceanglemeasurementsystemandringlasergoniomcters,aredescribedinde2tail.Theprinciple,presentstatusandapplicationsituationofeachmethodisdisplayed.Thesuperiorityanddefectsofthesemethodsarelinedout.Thedev
4、elopmentfutureofeachmethodisgivenatlast.Keywords:anglemeasurement;opticalmethods;rotationangle;wholeround量的方法。1 引 言2 圆光栅测角法角度测量是几何量计量技术的重要组成部分,发展较为完备,各种测量手段的综合运用使测量准确度达到了很高的水平。圆光栅是角度测量中最常用的器件之一。作为角度测量基角度测量技术可以分为静态测量和动态测量两种。对于静态测准的光栅可以用平均读数原理来减小由分度误差和安装偏心误量技术来说,目前的主要任务集中在如何提高测量精度和测量差引起的读数误差,因此
5、其准确度高、稳定可靠。但在动态测量[1～3]分辨力上。随着工业的发展,对回转量的测量要求也越来时,在10r/s的转速下,要想达到1′的分辨力都非常困难。目前越多,因此人们在静态测角的基础上,对旋转物体的转角测量问我国的国家线角度基准采用64800线/周的圆光栅系统,分辨题进行了大量的研究,产生了许多新的测角方法。力为01001″,总的测量不确定度为0105″。该测量方法主要是在测角技术中研究最早的是机械式和电磁式测角技术,如多静态下的相对角度测量。英国国家物理实验室(NPL)的EW齿分度台和圆磁栅等,这些方法的主要缺点大多为手工测量,不Palmer介绍了一台作容易实现自动化,测量
6、精度受到限制[4,5]。光学测角方法由于为角度基准的径向光具有非接触、高准确度和高灵敏度的特点而倍受人们的重视,尤栅测角仪,如图1所其是稳定的激光光源的发展使工业现场测量成为可能,因此使示,既可用于测角,又光学测角法的应用越来越广泛,各种新的光学测角方法也应运可用于标定。其原理而生。目前,光学测角方法除众所周知的光学分度头法和多面是利用两块32400线棱体法外,常用的还有光电编码器法[6]、衍射法[7,8]、自准直的径向光栅安装在图1NPL测角仪原理图法[9,10]、光纤法[11]、声光调制法[12,13]、圆光栅法[14～17]、光学内015r/s的同一个轴反射法[18～23]
7、、激光干涉法[24～28]、平行干涉图法[29,30]以及环形套上,两个读数头一个固定,一个装在转台上连续旋转,信号间[31～33]的相位差变化与转角成正比。仪器中用一个自准直仪作为基准激光法等。这些方法中的很多方法在小角度的精密测量指示器,可以测得绝对角度,利用光栅细分原理可测360°范围内中已经得到了成功地应用,并得到了较高的测量精度和测量灵的任意角度,附加零伺服机构可以对转台进行实时调整,限制零敏度,通过适当的改进还可对360°整周角度进行测量。对于众漂。用干涉仪作为读数头
