光學平臺上的升降臺臺面偏擺量的檢測方法

王 浩 楊 峰 譚 宇 上官永平 王艷維

(西安應用光學研究所，西安 710065)

?

光學平臺上的升降臺臺面偏擺量的檢測方法

王 浩 楊 峰 譚 宇 上官永平 王艷維

(西安應用光學研究所，西安 710065)

本文論述了利用自準直儀、平面反射鏡、百分表和直角鐵建成一套測量裝置對在光學平臺上使用的升降臺臺面偏擺量(俯仰角度變化和水平位移偏離)進行檢測取得了較好的實驗效果。該方法原理正確，設備簡單、操作容易，在同行中有較好的推廣應用前景。

光學平臺；升降臺；俯仰角度變化量；水平位移偏離量

0 引言

光學平臺上架設的升降平臺在升降過程中，要能滿足各種實驗要求，就必須保證升降平臺在升降過程中，其臺面始終保持直上直下，不產生較大的俯仰角度變化或者水平位置的偏離。

實際上不論哪一種升降平臺在升降過程中，都會呈現(xiàn)不同程度的搖擺晃動，這個偏擺過程會導致兩種不合格情況發(fā)生：第一種是升降平臺臺面與光學平臺臺面有一個夾角，這個角度時大時小，可以判定升降平臺不合格；第二種是升降平臺臺面始終保持和光學平臺平行，但出現(xiàn)平行位移，所以升降平臺仍然不合格。

偏擺量增大了升降平臺底部的載荷，使其不穩(wěn)定，因此必須知道偏擺量的大小，進而得知因為偏擺量而引起的誤差，以便對實驗數(shù)據(jù)進行修正。所以對升降平臺偏擺量進行討論具有很大的現(xiàn)實意義。

本文以載剪切式升降平臺(以下簡稱升降臺)為例，介紹一種簡便可靠的升降臺臺面俯仰角度變化量和水平位移偏離量的檢測方法。

1 升降臺臺面俯仰角度變化量

升降臺臺面俯仰角度變化量：升降臺臺面在升降過程中，臺面角度時大時小，在升降到某一高度時，其臺面相對于光學平臺臺面產生旋轉和傾斜的角度大小。

如圖1所示，采用一個支架，一臺精度為±2″的自準直儀和一個平面度為二分之一個光波波長的平面反射鏡，組成一套測量裝置，實現(xiàn)對升降臺臺面俯仰角度變化量的檢測。

圖1 升降臺臺面俯仰角度變化量的檢測

首先在支架上架設好自準直儀(也可以選取在任意一個升降臺上架設，把這個升降臺當作支架)，再在另一個升降臺T上架設好平面反射鏡，把升降臺T降到最低，調節(jié)自準直儀與平面反射鏡垂直，這時自準直儀自身分化板的十字像和反射回來的十字像重合。升起升降臺，在升降的過程中，如果十字分化像出現(xiàn)雙影就說明升降臺在升降過程中有角度擺動，直接從十字雙影中就可以讀出上下角度變化量和左右角度變化量。然后再把升降臺T旋轉90°，重新固定平面反射鏡并調節(jié)自準直儀與平面反射鏡垂直，用同樣的辦法可以檢測出升降臺臺面另一個方向的俯仰角度變化量。

2 升降臺臺面水平位移偏離量的檢測方法

升降臺臺面水平位移偏離量：升降臺并非垂直升降，而是在升降過程中，其臺面升降到某一高度時，向前﹑后方向，或左﹑右方向上，相對于光學平臺臺面平行移動的最大距離。

如圖2所示，這套檢定裝置任意選用一個升降臺作為支架，采用0.01mm精度的百分表和0級精度的直角鐵一個，來檢測升降臺臺面位移偏離量。

圖2 升降臺臺面水平位移偏離量的檢測

任意選取升降臺1和升降臺2，用2測1的位移量。先將百分表架設在升降臺2上，在升降臺1上架設好直角鐵，把2個升降臺都降落到最低，將百分表表頭接觸直角鐵，調好百分表接觸量，旋轉表盤，表針指到零位，然后同時轉動升降臺手柄，使其從最低點上升到最高點，此過程中百分表的最大伸長量為m；卸下直角鐵旋轉180°，將其固定到升降臺1的對面一端，升降臺1旋轉180°，重新調好表后，再同時從最低點上升到最高點，而這個過程中百分表的最大伸長量為n，則升降臺1在升降過程中，臺面最大水平移動量為：S1=(m-n)/2。比如：開始檢驗時百分表伸長量m=20μm，旋轉180°后，百分表伸長量n=-30μm，則升降臺1在升降過程中臺面最大水平移動量：S1=[20-(-30)]/2=25μm。

以上是檢測升降臺在前后方向的平移量，左右方向的平移量檢測方法相同。

3 俯仰角度變化量和水平位移偏離量的誤差分析

不同的光路對升降平臺偏擺量的精度要求是不一樣的：有高、有低、有的甚至沒有精度要求。針對不同的偏擺量精度要求，要選擇不同精度的自準直儀和量表。采用不同精度的測量裝置會直接影響到升降臺臺面俯仰角度變化量和水平位移偏離量的測量不確定度。

一般來說，升降臺俯仰角度最大變化量為±4″，水平位移最大偏離量為±0.02mm，就能滿足絕大多數(shù)實驗。針對此精度應選擇精度為±2″的自準直儀和精度為0.01mm的百分表。

自準直儀的視場大小就是升降臺臺面俯仰角度變化量的測量范圍，視場越大測量范圍越大，通常與之相應的精度也會有不同程度的降低。

測量用表(百分表或千分表)的量程大小就是升降臺臺面水平位移偏離量的測量范圍，百分表的量程通常足夠，但千分表的量程只有1mm或2mm兩種。

對于個別精度更高要求的升降臺，就要使用更高精度自準直儀和更高的，精度為0.001mm的量表(千分表)。

自準直儀的精度就是俯仰角度變化量的檢驗精度，而測量用表精度的2倍就是水平位移偏離量的檢驗精度。

平面反射鏡應當選擇高精度的光學平面反射鏡，其平面度一般只有幾分之一個光波的波長，這樣高的精度能夠使得從反射鏡中反射回來的光線再次在分劃板上形成清晰的十字像便于觀察，反射鏡的平面度只會影響到反射回來的十字像是否清晰，而不會因此造成十字像位置的變化而影響精度。

由于升降臺在升降過程中配合間隙在變化，所以只檢測一次就得出結果是不完善的，應至少重復往返檢測三次以上取平均值作為最終結果。

4 安裝要求和注意事項

自準直儀和反射鏡安裝一定要牢固，不能因受力而晃動，但位置度要求不高。量表安裝也要牢固，不能松動，否則測出的是假值。根據(jù)經驗，一般將百分表接觸量調為0.20mm即可。自準直儀或反射鏡上下、前后、左右的微小水平偏離，絲毫不會影響到反射回來的十字像位置。俯仰角度的微小偏離量會有明顯的影響，但總共要讀取最大值和最小值各一次，求二次讀數(shù)之差。由于對二次影響量的大小正負均相同，對于二次讀數(shù)之差沒有任何影響。所以安裝允許有一定的偏差。

5 結論

這種檢測方法，任意選取一個升降臺，能夠測出其它多個升降臺的精度，實現(xiàn)互相測量，效率高、準確度高，簡便而實用，能滿足對各種實驗的要求。

對于在實驗室里光學平臺上架設的各類升降平臺臺面的偏擺量，目前國內外還沒有更好的檢測方法。在此也希望能起到拋磚引玉的作用。

由于載剪切式升降平臺結構特點的限制，升降平臺的偏擺是不可消除的。但是我們通過以上檢測方法，測得偏擺量的大小，在實驗時能很好地消除升降平臺的誤差，實踐證明是有效的。

[1] 李樹波．自準直儀在角度測量中的應用分析．飛行器慣性器件學術交流會論文集，2001

[2] 李樹波．自準直儀在垂直度測量中的應用．計量技術，2001(2)

[3] 喻萍．用自準直儀檢測角度塊工作角．計量技術，2002(7)

[4] 周曉堯，范大鵬，張智永．升降式光電探測平臺定位原理與誤差分析．宇航學報，2011(6)

[5] 石曉宇，王曉峰．剪叉式升降臺偏擺量的測定和質量指標．起重運輸機械，2009(9)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.08.12