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申请/专利权人：广东海洋大学

摘要：本发明涉及一种透明光楔的角度快速测量方法及装置，包括工作台、平行光管、分光棱镜、光楔以及面阵CCD，所述工作台的上方设置有所述平行光管、分光棱镜以及光楔，所述分光棱镜设置在所述平行光管和所述光楔之间，所述面阵CCD包括第一面阵CCD和第二面阵CCD，所述第一面阵CCD和所述第二面阵CCD分别设置在所述分光棱镜和所述光楔的侧面，所述工作台的上方还设置有电机，所述电机的上方连接有转动支架，所述转动支架与所述面阵CCD连接，所述电机与中央处理器电连接。本发明的透明光楔的角度快速测量方法及装置测量误差小，精确度高，操作简单方便，测量速度快。

主权项：1.一种透明光楔的角度快速测量装置，其特征在于，包括工作台、平行光管、分光棱镜、光楔以及面阵CCD，所述工作台的上方设置有所述平行光管、分光棱镜以及光楔，所述分光棱镜设置在所述平行光管和所述光楔之间，所述面阵CCD包括第一面阵CCD和第二面阵CCD，所述第一面阵CCD和所述第二面阵CCD分别设置在所述分光棱镜和所述光楔的侧面，所述平行光管、分光棱镜以及第一面阵CCD之间满足所述平行光管发出的平行光束经所述分光棱镜反射后能被所述第一面阵CCD接收，所述平行光管、分光棱镜、光楔以及第二面阵CCD之间满足所述平行光管发出的平行光束经所述分光棱镜透射以及所述光楔折射后能被所述第二面阵CCD接收，所述工作台的上方还设置有电机，所述电机的上方连接有转动支架，所述转动支架与所述面阵CCD连接，所述电机与中央处理器电连接；利用第一面阵CCD和第二面阵CCD分别测量分光棱镜反射出来的光斑直径x1和光楔折射出来的光斑直径x2，第一面阵CCD和第二面阵CCD多次计算并记录光斑直径后取平均值作为实际的光斑直径大小；平行光束在光楔倾斜面上的入射角i等于光楔的角度θ，即θ=i，光楔材料的已知折射率n、折射角r和入射角i的关系根据折射定律可得n=sinisinr，根据几何光学可得cosr=（x2•cosix1，根据上述关系即可得到光楔的角度θ；所述工作台与所述平行光管之间设置有平行光管支架，所述工作台与所述分光棱镜之间设置有分光棱镜平台，所述工作台与所述光楔之间设置有光楔平台；所述电机为步进电机。

全文数据：一种透明光楔的角度快速测量方法及装置技术领域[0001]本发明涉及光学测量技术领域，具体涉及一种透明光楔的角度快速测量方法及装置。背景技术[0002]光楔的应用非常广泛，在众多领域中起着至关重要的作用，其中，光楔的角度是其重要的参数之一。因此，对光楔的加工精度要求非常高，光楔角度是否能够达到精度要求是加工的关键。然而，光楔角度的测量比较繁琐复杂，当前通常采用的光楔角度测量方法是测角法或者是基于测角法改进而来的方法，操作过程中需要人眼通过望远镜主观判断转角的位置，容易造成较大的主观误差，影响测量结果，不利于光楔角度的实际测量，操作也比较复杂和繁琐。发明内容[0003]为了解决现有的光楔角度测量方式主观误差大，测量结果不精确以及操作复杂且繁琐的不足，本发明提供了一种透明光楔的角度快速测量方法及装置。[0004]为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：一种透明光楔的角度快速测量装置，包括工作台、平行光管、分光棱镜、光楔以及面阵CCD，所述工作台的上方设置有所述平行光管、分光棱镜以及光楔，所述分光棱镜设置在所述平行光管和所述光楔之间，所述面阵CCD包括第一面阵CCD和第二面阵CCD，所述第一面阵CCD和所述第二面阵CCD分别设置在所述分光棱镜和所述光楔的侧面，所述平行光管、分光棱镜以及第一面阵CCD之间满足所述平行光管发出的平行光束经所述分光棱镜反射后能被所述第一面阵CCD接收，所述平行光管、分光棱镜、光楔以及第二面阵CCD之间满足所述平行光管发出的平行光束经所述分光棱镜透射以及所述光楔折射后能被所述第二面阵CCD接收，所述工作台的上方还设置有电机，所述电机的上方连接有转动支架，所述转动支架与所述面阵CCD连接，所述电机与中央处理器电连接。[0005]进一步的，所述工作台与所述平行光管之间设置有平行光管支架，所述工作台与所述分光棱镜之间设置有分光棱镜平台，所述工作台与所述光楔之间设置有光楔平台，提高了测量精度。[0006]进一步的，所述电机为步进电机，易于控制和提高测量精度。[0007]一种透明光楔的角度快速测量方法，包括以下步骤：S1:调整平行光管，使得平行光管发出的平行光束垂直入射到分光棱镜和光楔的表面；S2:利用第一面阵CCD和第二面阵CCD分别测量分光棱镜反射出来的光斑直径xl和光楔折射出来的光斑直径x2;S3:根据光楔材料的已知折射率和测量所得到的光斑直径计算得到光楔的角度。[0008]进一步的，在步骤S2中，由步进电机分别带动第一面阵CCD和第二面阵CCD转动，在转动过程中所测得的光斑直径xl和x2的最小值就是实际光斑直径xi和X2的大小，精度高，误差小。[0009]进一步的，在测量光斑直径XI的过程中，由步进电机带动第一面阵CCD做顺时针转动，如果所测的光斑直径xl随着第一面阵CCD的转动逐渐变大，则改为逆时针方向转动第一面阵CCD，此时所测的光斑直径xl逐渐变小，达到一个最小值时又开始逐渐变大，那么这个最小值就是实际光斑直径xl的大小；如果所测的光斑直径xl随着第一面阵CCD的转动逐渐变小，在第一面阵CCD转动的过程中将达到一个最小值，然后又逐渐开始变大，那么这个最小值就是实际光斑直径xl的大小，精度高，误差小。[0010]进一步的，在测量光斑直径X2的过程中，由步进电机带动第二面阵CCD做顺时针转动，如果所测的光斑直径x2随着第二面阵CCD的转动逐渐变大，则改为逆时针方向转动第二面阵CCD，此时所测的光斑直径X2逐渐变小，达到一个最小值时又开始逐渐变大，那么这个最小值就是实际光斑直径x2的大小；如果所测的光斑直径x2随着第二面阵CCD的转动逐渐变小，在第二面阵CCD转动的过程中将达到一个最小值，然后又逐渐开始变大，那么这个最小值就是实际光斑直径x2的大小，精度高，误差小。[0011]进一步的，利用中央处理器将步进电机每次步进时所测的数据与上一步所测的数据进行比较，中央处理器根据比较结果施加转动方向给步进电机，精度高，误差小。[0012]进一步的，平行光束在光楔倾斜面上的入射角i等于光楔的角度0，即0=i，光楔材料的已知折射率n、折射角r和入射角i的关系根据折射定律可得n=sinisinr，根据几何光学可得C〇Sr=x2C〇siXl，根据上述关系即可得到光楔的角度0，公式简单，计算快速，精确度高。[0013]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明的方法及装置以几何光学的平行光束传输和折射定律为基础，将测角仪的角度测量转变为光斑直径的测量，并且采用高精度的面阵CCD自动地多次计算并记录反射平行光束和透射平行光束的光斑直径，精确得到光斑直径后取平均值作为实际的光斑直径大小，从而降低测量误差，提高光楔角度的测量精度，并且受平行光束偏差的影响小，操作简单方便，从而实现角度的快速以及精确测量。附图说明[0014]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据附图获得其他的附图。[0015]图1为本发明一种透明光楔的角度快速测量方法的测量原理图。[0016]图2为本发明一种透明光楔的角度快速测量装置的结构示意图。[0017]图中：1、工作台；2、平行光管;3、分光棱镜;4、光楔;5、第一面阵CCD;6、第二面阵CCD;7、电机;8、转动支架。具体实施方式[0018]下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。[0019]本发明实施例包括：如图1-2所示，一种透明光楔的角度快速测量装置，包括工作台1、平行光管2、分光棱镜3、光楔4以及面阵CCD，所述工作台1的上方设置有所述平行光管2、分光棱镜3以及光楔4,所述分光棱镜3设置在所述平行光管2和所述光楔4之间，所述面阵CCD包括第一面阵CCD5和第二面阵CCD6,所述第一面阵CCD5和所述第二面阵CCD6分别设置在所述分光棱镜3和所述光楔4的侧面，所述平行光管2、分光棱镜3以及第一面阵CCD5之间满足所述平行光管2发出的平行光束经所述分光棱镜3反射后能被所述第一面阵CCD5接收，所述平行光管2、分光棱镜3、光楔4以及第二面阵CCD6之间满足所述平行光管2发出的平行光束经所述分光棱镜3透射以及所述光楔4折射后能被所述第二面阵CCD6接收，所述工作台1的上方还设置有电机7,所述电机7的上方连接有转动支架8,所述转动支架8与所述面阵CCD连接，所述电机7与中央处理器电连接。[0020]在本实施例中，所述工作台1与所述平行光管2之间设置有平行光管支架，所述工作台1与所述分光棱镜3之间设置有分光棱镜平台，所述工作台1与所述光楔4之间设置有光楔平台，提高了测量精度。[0021]在本实施例中，所述电机7为步进电机，易于控制和提高测量精度。[0022]—种透明光楔的角度快速测量方法，包括以下步骤：S1:调整平行光管，使得平行光管发出的平行光束垂直入射到分光棱镜和光楔的表面；S2:利用第一面阵XD和第二面阵CCD分别测量分光棱镜反射出来的光斑直径xl和光楔折射出来的光斑直径x2;S3:根据光楔材料的已知折射率和测量所得到的光斑直径计算得到光楔的角度。[0023]在本实施例中，在步骤S2中，由步进电机分别带动第一面阵CCD和第二面阵CCD转动，在转动过程中所测得的光斑直径xl和x2的最小值就是实际光斑直径xl和x2的大小，精度高，误差小。[0024]在本实施例中，在测量光斑直径xl的过程中，由步进电机带动第一面阵CCD做顺时针转动，如果所测的光斑直径X1随着第一面阵CCD的转动逐渐变大，则改为逆时针方向转动第一面阵CCD，此时所测的光斑直径xl逐渐变小，达到一个最小值时又开始逐渐变大，那么这个最小值就是实际光斑直径xl的大小；如果所测的光斑直径xl随着第一面阵CCD的转动逐渐变小，在第一面阵CCD转动的过程中将达到一个最小值，然后又逐渐开始变大，那么这个最小值就是实际光斑直径xl的大小，精度高，误差小。[0025]在本实施例中，在测量光斑直径x2的过程中，由步进电机带动第二面阵CCD做顺时针转动，如果所测的光斑直径x2随着第二面阵CCD的转动逐渐变大，则改为逆时针方向转动第二面阵CCD，此时所测的光斑直径X2逐渐变小，达到一个最小值时又开始逐渐变大，那么这个最小值就是实际光斑直径X2的大小；如果所测的光斑直径X2随着第二面阵CCD的转动逐渐变小，在第二面阵CCD转动的过程中将达到一个最小值，然后又逐渐开始变大，那么这个最小值就是实际光斑直径x2的大小，精度高，误差小。[0025]在本实施例中，利用中央处理器将步进电机每次步进时所测的数据与上一步所测的数据进行比较，中央处理器根据比较结果施加转动方向给步进电机，精度高，误差小。[0027]在本实施例中，平行光束在光楔倾斜面上的入射角i等于光楔的角度e，即e=i，光模材料的已知折射率n、折射角r和入射角i的关系根据折射定律可得n=sinisinr，根据几何光学可得cosr=x2.cosixl，根据上述关系即可得到光楔的角度0，公式简单，计算快速，精确度高。[0028]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。N'

权利要求：1.一种透明光楔的角度快速测量装置，其特征在于，包括工作台、平行光管、分光棱镜、光楔以及面阵CCD，所述工作台的上方设置有所述平行光管、分光棱镜以及光楔，所述分光棱镜设置在所述平行光管和所述光楔之间，所述面阵CCD包括第一面阵CCD和第二面阵CCD，所述第一面阵CCD和所述第二面阵CCD分别设置在所述分光棱镜和所述光楔的侧面，所述平行光管、分光棱镜以及第一面阵CCD之间满足所述平行光管发出的平行光束经所述分光棱镜反射后能被所述第一面阵CCD接收，所述平行光管、分光棱镜、光楔以及第二面阵CCD之间满足所述平行光管发出的平行光束经所述分光棱镜透射以及所述光楔折射后能被所述第二面阵CCD接收，所述工作台的上方还设置有电机，所述电机的上方连接有转动支架，所述转动支架与所述面阵CCD连接，所述电机与中央处理器电连接。2.根据权利要求1所述的透明光楔的角度快速测量装置，其特征在于，所述工作台与所述平行光管之间设置有平行光管支架，所述工作台与所述分光棱镜之间设置有分光棱镜平台，所述工作台与所述光楔之间设置有光楔平台。3.根据权利要求1所述的透明光楔的角度快速测量装置，其特征在于，所述电机为步进电机。4.一种透明光楔的角度快速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1:调整平行光管，使得平行光管发出的平行光束垂直入射到分光棱镜和光楔的表面；S2:利用第一面阵CCD和第二面阵CCD分别测量分光棱镜反射出来的光斑直径xl和光楔折射出来的光斑直径x2;S3:根据光楔材料的已知折射率和测量所得到的光斑直径计算得到光楔的角度。5.根据权利要求4所述的透明光楔的角度快速测量方法，其特征在于，在步骤S2中，由步进电机分别带动第一面阵CCD和第二面阵CCD转动，在转动过程中所测得的光斑直径^和x2的最小值就是实际光斑直径xl和x2的大小。6.根据权利要求5所述的透明光楔的角度快速测量方法，其特征在于，在测量光斑直径xl的过程中，由步进电机带动第一面阵CCD做顺时针转动，如果所测的光斑直径^随着第一面阵CCD的转动逐渐变大，则改为逆时针方向转动第一面阵CCD，此时所测的光斑直径x1逐渐变小，达到一个最小值时又开始逐渐变大，那么这个最小值就是实际光斑直径X1的大小；如果所测的光斑直径xl随着第一面阵CCD的转动逐渐变小，在第一面阵CCD转动的过程中将达到一个最小值，然后又逐渐开始变大，那么这个最小值就是实际光斑直径xl的大小。7.根据权利要求5所述的透明光楔的角度快速测量方法，其特征在于，在测量光斑直径x2的过程中，由步进电机带动第二面阵CCD做顺时针转动，如果所测的光斑直径x2随着第二面阵CCD的转动逐渐变大，则改为逆时针方向转动第二面阵CCD，此时所测的光斑直径X2逐渐变小，达到一个最小值时又开始逐渐变大，那么这个最小值就是实际光斑直径x2的大小；如果所测的光斑直径x2随着第二面阵CCD的转动逐渐变小，在第二面阵CCD转动的过程中将达到一个最小值，然后又逐渐开始变大，那么这个最小值就是实际光斑直径X2的大小。8.根据权利要求5所述的透明光楔的角度快速测量方法，其特征在于，利用中央处理器将步进电机每次步进时所测的数据与上一步所测的数据进行比较，中央处理器根据比较结果施加转动方向给步进电机。9.根据权利要求6和7所述的透明光楔的角度快速测量方法，其特征在于，平行光束在光楔倾斜面上的入射角i等于光楔的角度9,即0=i，光楔材料的已知折射率n、折射角r和入射角i的关系根据折射定律可得n=sinisinr，根据几何光学可得cosr=x2•cosixl，根据上述关系即可得到光楔的角度9。

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