CN102445187B

CN102445187B - 一种水平测量装置

Info

Publication number: CN102445187B
Application number: CN2010105047684A
Authority: CN
Inventors: 贾翔; 杨晓青; 徐兵
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-10-12
Also published as: CN102445187A

Abstract

一种水平测量装置，包括：一被测平面；一光学自准直系统，产生自准直参考光线及测量光线；以及一多次反射系统，将所述测量光线进行多次稳定次数的反射；所述自准直系统中光源产生的光线经分束棱镜形成参考光线及测量光线，测量光线经所述多次反射系统放大，与所述参考光线比较。本发明的水平测量装置适合测量被测物体下表面的倾斜角度，可用于空间比较狭小时，还适用于测量空间水平放置的两平面间的平行度。同时可以在不改变其他光路的情况下，改变多次反射系统的反射次数来提高系统的测量精度。并且容易放置安装，测量精度高。

Description

一种水平测量装置

技术领域

本发明涉及测量技术领域，具体地，本发明涉及一种利用自准直系统测量水平的水平测量装置。

背景技术

水平调整在工程实践当中是经常碰到的工程步骤，尤其在精密的工程实践中。不同工程实践中需要调整的精度不一样，通常情况下采用水平仪器，包括：气泡水平仪器，电子水平仪器，电感水平仪，这类水平仪器的一个共同的特点就是只能放在被测物体之上，当被测物体是以下表面为基准时，并且测量下表面的空间比较狭小的时候，以上提到的水平仪器就无法直接使用。

还可以利用自准直平行光管，用光学自准直的原理也可实现水平的测量，但用这种方法进行光路调整耗费时间，调整比较麻烦，影响工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种方便使用的水平测量装置与方法。

一种水平测量装置，包括：

一被测平面；

一光学自准直系统，产生自准直参考光线及测量光线；以及

一多次反射系统，将所述测量光线进行多次稳定次数的反射；

所述自准直系统用于将光源产生的光线分成参考光线及测量光线，所述测量光线经所述多次反射系统放大，与所述参考光线比较。

较佳地，所述被测平面上设置有反射镜。

其中，所述自准直系统沿光轴方向依次包括光源系统，分束棱镜系统，以及成像系统；光源系统发出平行光束经分束棱镜系统形成所述参考光线和测量光线；所述参考光线经成像系统成像；所述测量光线经所述被测平面反射，经所述多次反射系统放大，再经成像系统成像。

其中，所述光源系统包括光源，第一分化板，第一透镜组；所述成像系统包括第二透镜组，第二分化板以及目镜。

其中，所述目镜为一CCD图像传感器成像系统。

其中，所述多次反射系统由两个反射镜成一夹角组成，通过调整两反射镜的夹角来调整光线反射的次数，达到调整系统测量精度的目的。

较佳地，该装置还包括一系统支架及调整机构。

其中，所述水平测量装置可多个同时使用。

本发明的水平测量装置适合测量被测物体下表面的倾斜角度，可用于空间比较狭小时，还适用于测量空间水平放置的两平面间的平行度。同时可以在不改变其他光路的情况下，改变多次反射系统的反射次数来提高系统的测量精度。并且容易放置安装，测量精度高。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。

图1所示为本发明水平测量装置测量原理结构图；

图2所示为本发明水平测量装置测量原理光路图；

图3所示为本发明的水平测量装置测量光路光路图；

图4所示为本发明的水平测量装置测量光路等效图；

图5所示为本发明的水平测量装置参考像和测量像偏离示意图；

图6所示为本发明的水平测量装置另一实施例结构图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。

参见图1和图2。图1和2所示为本发明水平测量装置测量原理结构图及光路图。光源7发出的光线照射刻有十字分划线的第一分化板6，第一分化板6上的十字分划线经过第一透镜组5，形成平行光，成像于无穷远处。平行光经过分束棱镜3，分成两束光：一束参考光线，一束测量光线。其中参考光线直接经过第二透镜组8，将第一分化板6的十字像成像在第二分化板9的中心。测量光线通过分束棱镜3后照射被测量平面1，当被测量平面1理想水平的时候，反射光线沿原路返回到分束棱镜3，经反射进入多次反射系统4，在多次反射系统4中多次反射后，直接穿过分束棱镜3，经第二透镜组8成像在第二分化板9上。这时候参考像和测量像重合。当被测量平面1不水平的时候，假设与水平面有一个夹角θ，反射光线将偏离原路返回到分束棱镜3的分束面，然后再经过多次反射系统4多次反射后，重新进入分束棱镜3时，已经偏离理想光线2Nθ，再经过第二透镜组8成像在第二分化板9上。这时候参考像和测量像偏离。最后通过目镜系统10直接观测参考像和测量像的偏离距离d：

d＝f×2Nθ 公式(1)

N为在多次反射系统4中的反射次数；2Nθ为最后等效入射角度；d为测量像相对于参考像的偏离距离；f为第二透镜组8的焦距。通过公式(1)求解出θ。

本发明可以通过增加或减小反射次数N来调整测量的精度。如图1中所示的多次反射系统4由两个反射镜夹角β组成，则反射的次数

当N最小时，N＝1，β＝90度；当N＝3时，β＝30度；当N＝6时，β＝15度；当N＝9时，β＝10度。

在本发明的较佳实施例中，当被测量平面1的反射率低时，可在被测量平面1上设置一反射镜2，以提高测量的精度。

此外，本发明的水平测量装置还包括一系统支架11及调整机构12。在与光学结构相互配合的外型结构上，装有用于调整装置水平的系统支架11以及三个可以调整的调整机构12。调整机构12为调节螺钉等，目的在于通过调节调整结构12，使水平测量装置能够呈水平状态放置，从而使测量光线能够垂直向上照射被测量平面1。

参见图3和图4。图3和4所示为本发明的水平测量装置测量光路光路图及光路等效图。从图中可以看出，测量装置距离被测量表面的距离L对测量精度没有影响，只是会影响到测量的范围。因为在公式：d＝f×2Nθ中，测量的角度和L没有关系。

图5所示为本发明的水平测量装置参考像和测量像偏离示意图。从图中可以看出，当被测量平面不是水平面时，第一分化板经过光线照射所成的测量像与参考像之间有一距离d。

在本发明的又一较佳实施例中，如图6所示，可以用CCD图像传感器直接接收第二分化板的像，并和电脑系统连接，运用软件直接求出被测量平面的倾斜角度。

此外，当被测量平面比较大的时候，要求整个平面都满足水平要求的时候，可以用三套装置三点同时测量。将三套装置都和电脑连接，在电脑屏幕上可以实时显示三个光斑关于中心光斑的偏移状况。调整被测量平面，观察屏幕三个光斑关于中心光斑的偏移状况，当三点的测量精度都满足要求的时候水平调整结束。同理，可以根据被测量平面的实际大小，增加水平测量装置的数量。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。

Claims

1.一种水平测量装置，其特征在于包括：

一被测平面；

一光学自准直系统，产生自准直参考光线及测量光线；以及

所述自准直系统用于将光源产生的光线分成参考光线及测量光线，所述测量光线经所述多次反射系统放大，与所述参考光线比较；

所述自准直系统沿光轴方向依次包括光源系统，分束棱镜系统，以及成像系统；所述光源系统包括第一分化板，所述成像系统包括第二分化板；光源系统发出平行光束经第一分化板和分束棱镜系统形成所述参考光线和测量光线；所述参考光线经成像系统成像在所述第二分化板上；所述测量光线经所述被测平面反射，经所述多次反射系统放大，再经成像系统成像在所述第二分化板上。

2.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于所述被测平面上设置有反射镜。

3.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于所述光源系统包括光源，第一分化板，第一透镜组；所述成像系统包括第二透镜组，第二分化板以及目镜。

4.如权利要求3所述的水平测量装置，其特征在于所述目镜为一CCD图像传感器成像系统。

5.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于所述多次反射系统由两个反射镜成一夹角组成，通过调整两反射镜的夹角来调整光线反射的次数，达到调整系统测量精度的目的。

6.如权利要求1所述的水平测量装置，其特征在于还包括一系统支架及调整机构。

7.如权利要求1-6任一项所述的水平测量装置，其特征在于所述水平测量装置可多个同时使用。