专利名称：用于激光小角度测量装置的新型正弦臂的制作方法
技术领域：
本实用新型属于几何量计量技术领域，具体涉及一种用于激光小角度测量装置的正弦臂机构。
背景技术：
激光小角度测量装置是一种采用正弦原理，以迈克尔逊干涉法测量小角度的高精度仪器，图1所示激光小角度测量装置测角原理。正弦臂是核心部件。正弦臂由金属框架和安装在框架两侧的角隅棱镜组成，两角隅棱镜中心距离构成了正弦臂的臂长。在激光干涉测量系统中，由于正弦臂转动造成干涉光路的光程差H与正弦臂臂长D存在的正弦关系 sine =H/D，计算正弦臂旋转的角度θ。近年来小角度计量校准的需求很大，对仪器的准确度要求不断提高。目前许多计量机构采用的激光小角度测量装置主要为英国雷尼绍公司定制产品，其正弦臂臂长150mm， 反射镜采用实心玻璃角隅棱镜，系统分辨力为0.000001°，测量不确定度U = 0.05" (k = 2)。该套装置价格相对昂贵，分体式的结构装调使用不方便，效率不高。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种能够提升装置的测量准确度和灵敏度，降低装置加工装配难度，减少系统误差来源的用于激光小角度测量装置的新型正弦臂。实现本实用新型目的的技术方案一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂， 该正弦臂外形为长方体，以正弦臂的中心为对称中心，在正弦臂的两端部对称位置处开设两个方形槽，两个方形槽内的底部均开设空心角隅棱镜安装孔，两个空心角隅棱镜安装孔的中心距为正弦臂光学臂长；两个空心角隅棱镜分别固定在这两个方形槽内的空心角隅棱镜安装孔上；正弦臂的中心区域为实心结构，在中心区域两侧的背面还对称开设两个带有斜筋的方形槽，带有斜筋的方形槽内加工有斜筋；所述的空心角隅棱镜采用三块形状为直角等腰三角形的三角形反射镜拼接而成，三块三角形反射镜顶点相对，工作面向内，两两垂直。如上所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其所述的空心角隅棱镜的三块三角形反射镜通过金属套套住，该金属套也采用三块铟钢基板两两垂直拼接而成， 即每块三角形反射镜的背面为一块基板；在每块三角形反射镜背面粘接三块永磁体，每块永磁体均嵌入一块对应的基板内，且每块永磁体与该基板上的一个调整螺塞端面靠住，通过三个调整螺塞可以调整三角形反射镜的角度；在三块三角形反射镜拼接形成的工作口面上设置一块安装盖，安装盖中心面上开设有等边三角形的通光孔。如上所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其所述的安装盖的边缘上设有的安装孔；所述的安装盖中心的通光孔的最大内切圆的直径就是空心角隅棱镜的通光口径。如上所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其所述的相邻三角形反射镜之间的角度为90°，所述的每个三角形反射镜与安装盖夹角为55° 44' 9.6〃 ；三角形反射镜的厚度在6 8mm。如上所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其所述的三角形反射镜为微晶玻璃制成，工作面平面度0. 03 μ m。如上所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其所述的两个方形槽的内壁均沿圆周均布3个带螺纹孔的耳式凸起，两个空心角隅棱镜分别放置在两个方形槽内，通过螺栓穿过设在耳式凸起上的螺纹孔固定。如上所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其所述的正弦臂中心区域为实心结构的顶端向底端方向加工4个沉孔，采用螺钉通过沉孔可将正弦臂固定在轴系上。如上所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其所述的正弦臂的光学臂长D为300 500mm ；所述的正弦臂采用了低膨胀合金钢S4J32A制成。本实用新型的效果在于本实用新型所述的正弦臂应用于激光小角度测量装置，能够提高装置的灵敏度， 降低对环境变化的敏感性，减少影响系统测量准确度的误差来源，使得激光小角度测量装置的测量精度和稳定性得到大幅度提升。本实用新型的正弦臂具体为⑴增加正弦臂臂长，提高系统分辨力和测量准确度；(2)采用低膨胀合金钢作为正弦臂材料，降低臂长受温度影响而产生的变化；(3)采用筋肋式的臂结构，臂长和体积增加的情况下，质量没有显著增加，但是臂的刚性依然得到保证；(4)使用的空心式角隅棱镜，相比现阶段的激光小角度测量装置普遍采用实心玻璃角隅棱镜，消除了角隅棱镜的不一致性和安装误差还是会对测量结果产生的影响，也可以扩展到其他的应用场合。

图1为激光小角度测量装置测角原理图；图2为本实用新型所述的一种正弦臂主视图；图3为本实用新型所述的一种正弦臂后视图；图4为本实用新型所述的一种正弦臂俯视图；图5为空心角隅棱镜结构示意图；图6为空心角隅棱镜剖视图。图中1.正弦臂；2.空心角隅棱镜安装孔；3.方形槽；4.耳式凸起；5.斜筋；6.带有斜筋的方形槽；7.沉孔；8.三角形反光镜；9.调整螺塞；10.安装孔；11.安装盖；12.基板；13.永磁体；14.通光孔。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂作进一步描述。如图2至图4所示，本实用新型所述的正弦臂1外形为长方体，以正弦臂1的中心为对称中心，在正弦臂1的两端部对称位置处开设两个方形槽3，两个方形槽3内的底部均开设空心角隅棱镜安装孔2，两个空心角隅棱镜安装孔2的中心距为正弦臂光学臂长；两个空心角隅棱镜分别固定在这两个方形槽3内的空心角隅棱镜安装孔2上。两个方形槽3的内壁均沿圆周均布3个带螺纹孔的耳式凸起4，两个空心角隅棱镜分别放置在两个方形槽3 内，通过螺栓穿过设在耳式凸起4上的螺纹孔固定。正弦臂1中心区域为实心结构，在正弦臂1中心区域顶端向底端方向加工4个沉孔7，采用螺钉通过沉孔7可将正弦臂1固定在轴系上，形成具有自主轴系的装置。正弦臂1在中心区域(实心结构)两侧的背面还对称铣出两个带有斜筋的方形槽 6，带有斜筋的方形槽6内加工有斜筋5。正弦臂1结构上采用镂空加筋的结构形式，一方面大大减轻了整个正弦臂的质量，也使臂的刚度成倍增加。本实施例中正弦臂的光学臂长D为400mm，大臂长可以将系统的分辨力提高到 0.001"，对提高装置测量不确定度也有一定的作用。正弦臂采用了低膨胀合金钢S4J32A， 该材料的线涨系数为3. 4X10_7°C，材料加工性能好，线膨胀系数小，有效降低臂长受温度变化的影响，保证正弦臂臂长和机械性能的稳定性。如图5和图6所示，所述的空心角隅棱镜采用三块形状为直角等腰三角形的三角形反射镜8拼接而成，三块三角形反射镜8顶点相对，工作面向内，两两垂直。三角形反射镜8为微晶玻璃制成，工作面平面度0. 03 μ m,三角形反射镜8厚度在6mm 8mm(例如6m、 7mm 或 8mm)。这三块三角形反射镜8通过金属套套住，该金属套也采用三块殷钢基板12两两垂直拼接而成，即每块三角形反射镜8的背面为一块基板12。在每块三角形反射镜8背面用光学结构胶粘接三块永磁体13，每块永磁体13嵌入对应的一块基板12内，且每块永磁体13与该基板12上的调整螺塞9端面靠住，通过三个调整螺塞9可以调整三角形反射镜8的角度(调整相邻三角形反射镜8为90°，每个三角形反射镜8与安装盖11夹角为 55° 44' 9.6")。在三块三角形反射镜8拼接形成的工作口面上加装一块铟钢安装盖11，安装盖11 中心面上加工有等边三角形的通光孔14。安装盖11边缘还加工有向正弦臂1上的方形槽 3内安装的安装孔10。所述的通光孔14的最大内切圆的直径就是空心角隅棱镜的通光口径。当正弦臂旋转到工作角度的极限时，通光口径必须保证光束可以进入空心角隅棱镜，从而可以确定通光口径的大小。本实用新型通过对激光小角度测量装置的正弦臂结构进行改进，使装置装调更加方便，系统结构更加稳定，经过一段时间的考察表现出较好的测量效果，系统分辨率达到 0.001"，漂移量优于0.03" /h，与测量不确定度为0.05"小角度测量仪进行数据比较，角度偏差小于0.05"。空心角隅棱镜加工过程中只要对反光面的平面度、三组件的角度等工艺方面进行要求，实现更为容易；加工好的空心角隅棱镜经过时效后，性能几乎不发生变化，把角隅棱镜对总误差的影响降至最低，对于提高激光测角精度提供了保证。
权利要求1.一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于该正弦臂(1)外形为长方体，以正弦臂(1)的中心为对称中心，在正弦臂(1)的两端部对称位置处开设两个方形槽 (3)，两个方形槽(3)内的底部均开设空心角隅棱镜安装孔O)，两个空心角隅棱镜安装孔 (2)的中心距为正弦臂光学臂长；两个空心角隅棱镜分别固定在这两个方形槽(3)内的空心角隅棱镜安装孔(2)上；正弦臂(1)的中心区域为实心结构，在中心区域两侧的背面还对称开设两个带有斜筋的方形槽(6)，带有斜筋的方形槽(6)内加工有斜筋(5)；所述的空心角隅棱镜采用三块形状为直角等腰三角形的三角形反射镜(8)拼接而成，三块三角形反射镜(8)顶点相对，工作面向内，两两垂直。
2.根据权利要求1所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于 所述的空心角隅棱镜的三块三角形反射镜(8)通过金属套套住，该金属套也采用三块铟钢基板(1 两两垂直拼接而成，即每块三角形反射镜(8)的背面为一块基板(1 ；在每块三角形反射镜(8)背面粘接三块永磁体(13)，每块永磁体(1 均嵌入一块对应的基板(12) 内，且每块永磁体(1 与该基板(1 上的一个调整螺塞(9)端面靠住，通过三个调整螺塞 (9)可以调整三角形反射镜(8)的角度；在三块三角形反射镜(8)拼接形成的工作口面上设置一块安装盖(11)，安装盖(11)中心面上开设有等边三角形的通光孔(14)。
3.根据权利要求2所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于 所述的安装盖(11)的边缘上设有的安装孔(10)；所述的安装盖(11)中心的通光孔(14)的最大内切圆的直径就是空心角隅棱镜的通光口径。
4.根据权利要求2所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于 所述的相邻三角形反射镜(8)之间的角度为90°，所述的每个三角形反射镜(8)与安装盖 (11)夹角为55° 44' 9.6〃 ；三角形反射镜(8)的厚度在6 8mm。
5.根据权利要求1所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于 所述的三角形反射镜(8)为微晶玻璃制成，工作面平面度0.03 μ m。
6.根据权利要求1所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于 所述的两个方形槽C3)的内壁均沿圆周均布3个带螺纹孔的耳式凸起G)，两个空心角隅棱镜分别放置在两个方形槽(3)内，通过螺栓穿过设在耳式凸起(4)上的螺纹孔固定。
7.根据权利要求1所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于 所述的正弦臂(1)中心区域为实心结构的顶端向底端方向加工4个沉孔(7)，采用螺钉通过沉孔(7)可将正弦臂(1)固定在轴系上。
8.根据权利要求1所述的一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂，其特征在于 所述的正弦臂的光学臂长D为300 500mm。
专利摘要本实用新型提供一种用于激光小角度测量装置的新型正弦臂。其在正弦臂的两端部对称位置处开设两个方形槽，两个方形槽内的底部均开设空心角隅棱镜安装孔，两个空心角隅棱镜分别固定在空心角隅棱镜安装孔上；正弦臂的中心区域为实心结构，在中心区域两侧的背面还对称开设两个带有斜筋的方形槽；所述的空心角隅棱镜采用三块形状为直角等腰三角形的三角形反射镜拼接而成，三块三角形反射镜顶点相对，工作面向内，两两垂直。本实用新型所述的正弦臂应用于激光小角度测量装置，能够提高装置的灵敏度，降低对环境变化的敏感性，减少影响系统测量准确度的误差来源，使得激光小角度测量装置的测量精度和稳定性得到大幅度提升。
文档编号G01B11/26GK202304769SQ20112041121
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月25日 优先权日2011年10月25日
发明者刘勇, 孙方金, 梁雅军 申请人:中国运载火箭技术研究院, 北京航天计量测试技术研究所