[发明专利]一种高精度的非接触式动态角度测量装置及其方法

说明书

本发明公开了一种高精度的非接触式动态角度测量装置及其方法，属于非接触式动态角度测量领域。本装置包括转动角度测量工装、激光位移传感器、转台；所述的转动角度测量工装安装在转台的水平平面上，所述的激光位移传感器安装在转动角度测量工装的正上方，使得激光垂直入射到转动角度测量工装的周期性结构螺线结构上，在转台转动时，根据激光位移传感器测量得到位移数据即可解算出转动的角度。上位机可以通过预设的转动方向判断选择的程序并记录起始位置的高度，在工作过程中，只需实时记录当前位置的高度值，以及出现的最高点或最低点的次数，即可快速完成旋转角度的计算，计算量小，保证了输出结果的实时性。

技术领域

本发明属于非接触式动态角度测量技术领域，具体涉及一种高精度的非接触式动态角度测量装置及其方法。

背景技术

随着科学技术的发展，先进的非接触式光学测试设备被用于各个领域，同时，人们对于设备的精度要求越来越高。在转台上进行转动实验时，由于转台无法输出自身的转动数据，通常采用光纤陀螺对转台转动情况进行测量，但是光纤陀螺存在零偏以及长时间测量结果漂移的问题，无法满足对转台转动角度的高精度测量需求。因此，需要一套高精度的非接触式动态测角装置，能长时间准确测量转台转动的角度且不发生结果漂移问题。

对于转动角度的测量，主要有非光学测量法和光学测量法。非光学测量方法主要有扫描探针显微镜法和电容电感法测量法，即通过探针原子与被测物体表面原子的相互作用来进行测量，该方法测量精度高，甚至可以直接探测被测物表面的原子结构，但是由于其是接触式的测量方法，在测量时会对被测物表面形貌造成影响。光学测量方法主要有光斑位置检测法和干涉法，传统的光斑位置检测法，采用3台激光器，将3束光聚焦在安装于被测物表面的CCD光电传感器上的同一点，根据CCD获得的3个光斑的移动距离，解算获得被测物在空间中的转动角度，该方法具有较大的测量范围，但是其精度受CCD等光电传感像元大小的制约，同时，安装在被测物上的CCD光电传感器会影响被测物的转动姿态，对测试精度产生较大影响。干涉法通过光的干涉效应，将转动角度这一物理量转换成光的调相信号，从而将微小的转动量转换成易观测的光强量。但是，干涉法的空间光路容易受环境因素影响。

发明内容

针对现有技术无法满足对转台转动角度的测量精度的问题，本发明提供了一种高精度的非接触式动态角度测量装置及其方法，通过设置在转台上的带有周期性锯齿形螺线结构的转动角度测量工装、以及固定安装在周期性锯齿形螺线结构上方的激光位移传感器，能够实现转动角度的非接触式测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高精度的非接触式动态角度测量装置，包括转动角度测量工装、激光位移传感器和转台；所述的转动角度测量工装同轴安装在转台水平面上，所述的激光位移传感器垂直吊装在转动角度测量工装上方；所述的转动角度测量工装包括圆盘底座和锯齿形螺线结构，锯齿形螺线结构以圆盘底座中轴为圆心呈环形阵列分布，相邻的两个锯齿形螺线结构首尾相连；激光位移传感器发射的激光入射到锯齿形螺线结构的倾斜平面上。

采用上述装置测量转台的角度时，首先将转动角度测量工装固定在转台水平面，使得转动角度测量工装与转台同轴；调整激光位移传感器的吊挂高度和位置，保证激光位移传感器发射的激光入射至锯齿形螺线结构的倾斜平面上，并将激光位移传感器连接上位机；

然后启动上位机、激光位移传感器和转台，预设转动方向，开启转动实验；激光位移传感器发射测试激光并入射到锯齿形螺线结构的倾斜平面上，在转台转动过程中，激光位移传感器实时输出激光发射点与入射点之间的高度值，并由上位机记录高度变化曲线；所述高度变化曲线起始时入射点位置标记为A，当前时刻的入射点位置标记为B；

最后根据上位机记录的标记入射点位置A与标记入射点位置B之间的高度变化曲线解算出转台实时转动的角度。

与现有技术相比，本发明具备的有益效果是：