一種新型激光測角儀
王洪烈 （北京光電技術(shù)研究所）
1引言
電機行業(yè)中，有些電機，如步進電機、自整角機等常需要無接觸測量轉(zhuǎn)角。本文介紹一種新型無接觸測角儀。該儀器采用激光準(zhǔn)直、跟蹤測量技術(shù)，并利用微機進行數(shù)控，自動紀(jì)錄數(shù)據(jù)，從而能精確地進行角度測量，其精度可達到±15s。
由于采用了放射形法蘭盤裝卡電機，裝卡速度較快，亦可用于在線測試。從而提高了測量工效，它是光、機、電三位一體的專用儀器。
2儀器的組成
本儀器由5個部分組成：激光準(zhǔn)直；ccd接收器；機械傳動；角度基準(zhǔn)；微機。儀器組成示意圖如圖1所示。
激光準(zhǔn)直由半導(dǎo)體激光器、光學(xué)準(zhǔn)直望遠鏡、靶標(biāo)及激光電源等組成。接收器由ccd器件、干涉濾光片、成象物鏡系統(tǒng)、接口電路等構(gòu)成。機械傳動由光學(xué)支撐基座、蝸輪副、測量傳動、步進電動機及電源等組成。角度基準(zhǔn)由高精度光電編碼器及驅(qū)動放大電路構(gòu)成。微機包括面板功能選擇、微機和主接口板、數(shù)顯和打印機及電源等。
3儀器工作原理
電機固定于放射形法蘭盤上，電機軸上貼上反射靶標(biāo)紙條（另一面為不干膠），該反射靶標(biāo)上印有特殊光學(xué)條紋，進行測角時，半導(dǎo)體激光器的光束經(jīng)準(zhǔn)直后照射到該靶標(biāo)上。靶標(biāo)將光束反射回聚焦成像物鏡上，進而在ccd器件光敏面上成像。當(dāng)被測電機走過一步或到達一個新角度時，測試頭在微機控制下，自動跟蹤并對準(zhǔn)新位置。此時伺服機械系統(tǒng)主軸帶動的光學(xué)編碼器也走過了真實的角度，微機紀(jì)錄下該角度數(shù)據(jù)。當(dāng)被測電機轉(zhuǎn)過一周時，微機也就紀(jì)錄了電機在各個被測位置時的所有角度數(shù)據(jù)，并及時給以統(tǒng)計和補償修正。
在完成所需的測量時，可以按指定的內(nèi)容進行打印輸出，如****距角、原點誤差值、步距誤差分配等有關(guān)數(shù)據(jù)。從而極大地方便了電機的各項技術(shù)指標(biāo)的測試。
4儀器的特點
a．精度高：由于采用了激光準(zhǔn)直技術(shù)，并采用了ccd接收器件，可以方便地隨時修正系統(tǒng)各個部分引入的誤差，再加上采用了高精度的光學(xué)編碼器，使測角精度達到士15s。
b．安裝要求較低：由于采用了放射形法蘭盤，使電機直徑在φ6～200mm范圍內(nèi)均可方便安裝，不必再加裝轉(zhuǎn)接法蘭盤，而且既使偏心達正負百分之但是軸徑的范圍，測角精度仍可滿足要求。
c．一機多用：僅僅更換專用軟件，就可以進行自整角機或其它品種電機的測量。
軟件框圖如圖2所示。
5結(jié)語
這類激光測角儀幾年來陸續(xù)設(shè)計生產(chǎn)了幾臺。早期產(chǎn)品主要應(yīng)用于步進電機、自整角機的測量上，其中的激光器采用he/ne激光器，其功率穩(wěn)定性僅做到百分之0.3左右；另一方面考慮到成本因素，基本未在光束穩(wěn)定性方面采取閉環(huán)調(diào)整等措施，其光束穩(wěn)定性也在±2mrad的范圍，因而該儀器早期產(chǎn)品的測量精度較低，整體溫度漂移也較大。在后期的
產(chǎn)品中，采用了全閉環(huán)光反饋恒流電源供電的半導(dǎo)體激光器作光源，使光強的穩(wěn)定性大為提高，達到百分之0.01，又增加了半導(dǎo)體恒溫載體，進一步穩(wěn)定了半導(dǎo)體激光器的溫度工作條件，溫度穩(wěn)定在±0.01℃的范圍內(nèi)，便光束穩(wěn)定性大約提高一個數(shù)量級，儀器的技術(shù)性能和指標(biāo)有了較大提高。
以應(yīng)用于印刷機滾筒軸角測量系統(tǒng)中的一臺激光測角儀的性能為例，該儀器在驗收重復(fù)性一項技術(shù)指標(biāo)時，在24h內(nèi)，環(huán)境溫度在15～28℃范圍內(nèi)，連續(xù)測量100個角度周期，歸一化測量角度重復(fù)性穩(wěn)定在±1.8”的范圍內(nèi)。該儀器被計量部門認定為該廠整機校驗儀器。
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