激光对中仪的测量原理与算法分析

　　1　引　言

　　在两回转轴线的对中测量领域,目前有多种高技术、高精度的测量仪器,如上海天贵电力实业发展有限公司的位移光栅对中仪,德国普鲁夫激光对中仪, 瑞典FIXTURLASER激光对中仪等。现以德国普鲁夫OPTALIAGN激光对中仪为研究对象,从其结构及操作过程入手,尝试分析该测量仪器的详细工作原理、对中误差参数的计算方法、调整量的计算方法、计算误差及原因并找出提高计算精度的改进措施,为制造性能更好的国产该类测量仪器作些铺垫。

　　2　两回转轴线的对中误差

　　两回转轴线L1、L2的对中误差可用三个参数e、α、β描述(图1),图中CP为L1、L2的公垂线。参数e、α、β定义分别为:e—C、P两垂足的距离CP(e≥0);α—L1与L2的夹角,从P向C方向看去,L2相对L1逆时针转动为正;β—CP与过C点且垂直于L1的水平线的夹角,从轴2 向轴1方向看去CP相对于水平线逆时针转动时为正。该组误差参数不便于直接测量,须采用测量方法进行数据采样后间接计算出来。

　　3　激光对中仪的结构与基本工作原理

　　3.1　主要结构及基本工作原理

　　激光对中仪主要由(图2):激光发射器及接收器组件1、直角双面反射镜组件2、转角仪3、专用计算机及安装附件4构成。

　　基本工作原理:测量时,激光发射器(位于组件1上部)向直角双面反射镜(组件2)发射一束激光AB,经直角双面反射镜反射后,反射激光EF由激光接收器(位于组件1下部)接收。激光接收器可测量出反射激光EF打在接收器上的光点F的位置坐标值(采样读数),并将此信号传输给计算机。以相同的转角同步回转L1、L2的转轴,在多个转角方位上采样,计算机将采集的多组采样读数进行计算后,输出两回转轴线的对中状态,并输出为了消除对中误差而应对可移动的机器6进行调整的调整量。

　　3.2　激光对中仪的几何参数

　　(1)激光发射器及接收器组件(图2中部件1)

　　激光发射器为二级激光束发生元件(LD),接收器为双轴光电半导体位置传感器(PSD),接收平面为DXdZd(参见图3),坐标系DXdZd 在PSD上的位置由PSD的结构确定。当该组件正确安装后,设计及制造过程已保证发射激光线AB与回转轴线L1平行,同时接收器接收平面DXdZd与回转轴线L1垂直。回转轴线L1与接收平面的交点为O1。

　　AD表示接收平面上DXdZd的坐标中心D点到激光AB的垂直距离,AD>0。RD表示接收平面DXdZd上的坐标中心D点到回转轴线 L1的垂直距离,RD>0。l1表示接收平面DXdZd与公垂线垂足C点的垂直距离。当接收平面DXdZd在C点左侧时,l1>0;否则,l1≤0。