【正文】 和光接收裝置。光發(fā)射裝置包括激光器，激光器導(dǎo)軌和精密轉(zhuǎn)臺(tái)。光接受裝置包括四象限探測(cè)器，數(shù)據(jù)采集卡和計(jì)算機(jī)顯示。1. 使激光束垂直也轉(zhuǎn)臺(tái)。把精密轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在測(cè)試架后，首先調(diào)節(jié)激光束的同軸度，打開(kāi)激光器，旋轉(zhuǎn)精密轉(zhuǎn)臺(tái)，如果激光束不在精密轉(zhuǎn)臺(tái)中心且和轉(zhuǎn)臺(tái)的軸線重合，就會(huì)跟著轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，此時(shí)可以調(diào)節(jié)激光發(fā)射器的調(diào)節(jié)螺栓和精密轉(zhuǎn)臺(tái)的俯仰調(diào)節(jié)螺栓，直到激光束不是旋轉(zhuǎn)而是匯聚于一點(diǎn)時(shí)，激光束就垂直于轉(zhuǎn)臺(tái)[25]。2. 使回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線與精密轉(zhuǎn)臺(tái)垂直。當(dāng)激光束垂直轉(zhuǎn)臺(tái)后，把激光器固定，激光發(fā)射方向與轉(zhuǎn)臺(tái)垂直。把激光束與轉(zhuǎn)臺(tái)固定在一起，調(diào)節(jié)精密轉(zhuǎn)臺(tái)的X，Y方向調(diào)節(jié)螺栓，使激光束通過(guò)兩個(gè)十字分劃鏡，這兩個(gè)十子分劃鏡分別為理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的兩端中心。當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)中心發(fā)出的激光束和回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的中心三點(diǎn)共線，則回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線與精密轉(zhuǎn)臺(tái)垂直。3. 使射到四象限探測(cè)器的激光束與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線平行。當(dāng)激光束和回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線重合后，把激光器沿導(dǎo)軌移到理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的半徑處，在理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件凸臺(tái)上安裝一個(gè)反射鏡，且使反射鏡和四象限探測(cè)器在同一個(gè)半徑上。凸臺(tái)在加工時(shí)精度要求和回轉(zhuǎn)體構(gòu)件 軸線垂直，反射鏡軸線與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件軸線平行，此時(shí)從激光器發(fā)射的激光束射到反射鏡上，利用自激光準(zhǔn)直原理，當(dāng)激光器的入射光與反射光重合時(shí)，射到反射鏡的激光束就與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線平行。則測(cè)量時(shí)射到探測(cè)器上的激光束與回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的軸線平行。4. 上面三步完成了對(duì)發(fā)射裝置的調(diào)節(jié)，在安裝四象限探測(cè)器前先對(duì)探測(cè)器的性能進(jìn)行檢測(cè)，給四象限探測(cè)器QP50—6SD的PAD1 加偏置電壓，實(shí)驗(yàn)時(shí)選擇+5V。PAD2為（V3+V4）－（V1+V2）的輸出， PAD3為（V2+V3）－（V1+V4）的輸出，PAD4為（V1+V2+V3+V4）的輸出。此三路信號(hào)與數(shù)據(jù)采集卡[29]。PMD1208LS連接。PAD5加+15V，PAD6接地，PAD7加－15V。把PMD1208LS通過(guò)數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)相連，把激光束射向四象限探測(cè)器，三路信號(hào)的輸出通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)能從顯示器上直接讀出，當(dāng)無(wú)激光照射時(shí)，理想情況是PAD2和PAD3輸出為0，但由于制作工藝和背景光的影響。5. 檢測(cè)后把四象限探測(cè)器安裝在理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的兩點(diǎn)處，把精密轉(zhuǎn)臺(tái)和步進(jìn)電機(jī)控制器連接，此時(shí)就可以進(jìn)行測(cè)量了。用SC100控制器啟動(dòng)步進(jìn)電機(jī)， ， PAD4為（V1+V2+V3+V4）的輸出，由PAD4判斷是否激光束照射到四象限探測(cè)器的中心，對(duì)于四象限探測(cè)器，PAD4顯示為0 有兩種可能。此時(shí)可以讀出電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的精確角度。5 誤差因素分析本設(shè)計(jì)中的誤差主要包括四象限探測(cè)器誤差，激光束是否垂直與精密轉(zhuǎn)臺(tái)所造成的誤差，以及機(jī)械裝配所造成的誤差。其中四象限探測(cè)器的誤差影響因素主要有背景光、探測(cè)器的暗電流及噪聲、放大器的噪聲等[28]。1. 背景光的影響。背景光對(duì)探測(cè)器的影響是非常大的。背景光中含有各種波長(zhǎng)的光，探測(cè)器不僅對(duì)某一波長(zhǎng)的光有響應(yīng)，而且對(duì)附近波長(zhǎng)的光也有響應(yīng)。由于激光比較弱，相應(yīng)的放大器的放大倍數(shù)就比較大，探測(cè)器的探測(cè)到有用光的同時(shí)也探測(cè)到無(wú)用的背景光，送入放大器一起放大。這對(duì)目標(biāo)方位調(diào)整有一定的影響。實(shí)驗(yàn)證明，晚上比白天工作效果好。解決背景光的一個(gè)有效措施是對(duì)激光進(jìn)行調(diào)制。我們?cè)诎滋熳鰧?shí)驗(yàn)時(shí)采取了一些光學(xué)措施，較好地解決了問(wèn)題。在實(shí)驗(yàn)中得出：當(dāng)激光束照射到探測(cè)器的中心時(shí)，探測(cè)器的輸出信號(hào)并不為0。由于系統(tǒng)中精密轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)起停就是又PAD2及PAD3的輸出來(lái)判斷的，所以此誤差因素可以通過(guò)軟件來(lái)消除，[29]。2. 四象限探測(cè)器。四象限探測(cè)器是在一個(gè)光敏面上用十字溝道隔成四個(gè)象限的。十字溝道是盲區(qū)，其聚焦太小時(shí)，就可能落在盲點(diǎn)上造成錯(cuò)誤判斷。四象限算得的位置偏移和光斑中心位置的線性程度受光斑大小和形狀的影響，束斑半徑取r=R/2，R為四象限光敏面的半徑[30]。3. 激光束的同軸度誤差。測(cè)試過(guò)程中要求激光束垂直于精密轉(zhuǎn)臺(tái)，激光束的同軸度可以有實(shí)驗(yàn)測(cè)出。把激光束的長(zhǎng)度L和旋轉(zhuǎn)的半徑R可以測(cè)出，則同軸度α可得出[31]。如圖所示： （10） 激光束的同軸度誤差主要在沿理想回轉(zhuǎn)構(gòu)件的切線方向上引起誤差，當(dāng)激光束有一α的偏差時(shí)，對(duì)測(cè)試轉(zhuǎn)角引起的誤差由以下公式得到： （11） 其中：為理想回轉(zhuǎn)體構(gòu)件的長(zhǎng)度，為理想回轉(zhuǎn)構(gòu)件的半徑，為同軸度引起的誤差[32]。4. 精密轉(zhuǎn)臺(tái)的誤差 精密轉(zhuǎn)臺(tái)是一機(jī)械裝置，在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)急停有慣性。照在探測(cè)器上的光點(diǎn)比較小，探測(cè)器對(duì)位置的偏差很敏感，這就造成精密轉(zhuǎn)臺(tái)有時(shí)來(lái)回振動(dòng)，測(cè)量系統(tǒng)探測(cè)的光斑也就來(lái)回?cái)[動(dòng)，影響了測(cè)量。本設(shè)計(jì)選用的是北京光學(xué)儀器廠的MRS102，[33]。6 結(jié)論與展望 本課題用光電測(cè)試法解決了空間角度測(cè)試問(wèn)題，精度高、響應(yīng)速度快，并且激光信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)。在設(shè)計(jì)中選用的四象限探測(cè)器于后級(jí)處理電路集成在一塊板子上，使用方便，整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于操作。在設(shè)計(jì)中，四象限探測(cè)器的輸出信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡與計(jì)算機(jī)相連接，探測(cè)器的輸出信號(hào)直接通過(guò)軟件由顯示器顯示出來(lái)。根據(jù)此信號(hào)來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的起停。從而測(cè)量出旋轉(zhuǎn)角度。本設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電機(jī)的起停是由手動(dòng)操作步進(jìn)電機(jī)控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，在以后的設(shè)計(jì)中可以直接通過(guò)軟件編程，用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)控制全過(guò)程，這樣可以更迅速，準(zhǔn)確的測(cè)出角度。參 考 文 獻(xiàn)[1] 張琢 李鵬生. 測(cè)角技術(shù)國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況 .宇航計(jì)測(cè)技術(shù)，1994[2] ,1990[3] 2000(3)[4] 孫祖寶 .光柵測(cè)角儀 機(jī)械工業(yè)出版社，1988[5] 花國(guó)梁 .精密測(cè)量技術(shù) .北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1990[6] 葉聲華 .激光在精密計(jì)量中的應(yīng)用 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1984[7] 強(qiáng)錫富 .傳感器 .北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1982[8] 施涌潮 .，1986（2）[9] 呂海寶 . 激光光電檢測(cè) . 長(zhǎng)沙： 國(guó)防科技大學(xué)出版社. 2000 ，[10] [11] 張蓉 聶文杰 [12] ALB系列精密平移臺(tái) . 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