一种光学自准直仪快速对准读数的新方法

　　0 引言

　　在大型机械制造领域，各种转台的应用是非常普遍的，如大型机床、雷达测试设备、单轴或多轴仿真测试转台等，这些设备的转台角度定位误差每年都需要专门的几何量校准或检定机构对其进行检测。角度计量是计量科学的重要组成部分。随着激光干涉测量技术的出现以及计算机技术的发展，转台角度定位误差的校准和检测已经进入了自动化、数字化时代[1]。但由于测试环境和条件的限制，尤其是现场检测的各种严苛要求限制，目前测试人员仍然主要采用光学自准直仪与多面棱体相配合的方式，对各种大型设备的转台角度定位误差进行校准或检定。

　　1 光学自准直仪对准读数的原理

　　采用光学自准直仪与多面棱体配合，对转台角度定位误差进行检测的原理如图1所示。首先将多面棱体安放在转台平面上，使多面棱体与转台基本处于同心位置; 然后调节自准直仪的安放位置，使自准直仪镜头轴线穿过棱体工作面的中心，并基本垂直于与棱体的工作面，测试人员即利用测微器手动对准，读数。操作人员即可开始进行转台角度定位误差的检测[2]。

　　光学自准直仪的对准，即经过调整使光学自准直仪的镜头轴线穿过棱体工作面的中心，并基本垂直于与棱体的工作面。这样，自准直仪内灯泡所发出的光经过棱体工作面反射后基本沿原路返回，经物镜后仍成像在分划板上，可在自准直仪视场中观察到。如果棱体工作面不垂直于镜头轴线，而是偏过一个小角度θ，如图2所示，则反射光线与入射光线成2θ角返回，若2θ角过大则没有反射光线通过物镜，在自准直仪视场中就无法观察到目标成像。

　　图中L为测量距离，一般远大于自准直仪物镜直径d或棱体工作面高度，则

　　2 目前的对准方法以及所存在的困难

　　目前，测试人员在对准时采用目视观察法。先利用水平仪将多面棱体和光学自准直仪的安装平面调整至基本平行，然后采用目视的方式使自准直仪与多面棱体基本处于同一高度后，再由测试人员调整自准直仪的镜头方向，人眼在自准直仪视场中观察到目标成像，再利用测微器手动对准、读数[3]。

　　从式(1)可以看出，测量距离L越大，θ越小，则对棱体工作面与自准直仪镜头轴线的垂直度要求越高，即手动调整难度越大。实际发现，当测量距离较小(≤1m)时，熟练的测试人员采用目视观察法一般10～20min即可完成对准。而当测量距离大于1m，即使是熟练的操作工人一般也需要30～60min才能完成对准。当测量距离大于 3m或者多面棱体的安装面平面度较差时，对准所需的时间甚至会达到2小时以上。在如图3所示的测量条件下，需要使用五棱镜将出射光线转过90°以后投射到多面棱体工作面上，实验证明这种情况下利用目视观察法基本上不可能完成对准。