光电自准直仪现状与展望

介绍了国际和国内光电自准直仪技术发展的现状，着重介绍国内外几种有代表性的光电自准直仪的情况。

二维自准直仪

本文介绍一种应用于导轨运动直线度或偏摆角测量的新型光电自准直仪:它采用了PSD(Position Sensor Detector)位置敏感器对光反射像的一维或二维位置进行准确测量。

数字式动静态光电自准直仪的研究

光电自准直仪是一种在工程测量中广泛应用的测量仪器。以线阵CCD作为光电转换及测量器件所构成的动静态光电自准直仪,其结构简单。性能、可靠性均有提高。重点对线阵CCD在动态瞄准及静态测量中所应考虑的问题进行了探讨,并给出了实验结果。

CCD光电自准直仪工作原理及误差源分析

主要介绍了CCD光电自准直仪的工作原理并进行了误差源分析。

激光CCD二维自准直仪中圆目标中心精确定位算法

提出一种新的激光CCD二维自准直仪中圆目标中心精确定位算法。该算法采用变结构元多尺度广义数学形态学滤波算法滤除图像噪声,由Zernike矩定位算法得出目标轮廓的亚像素位置,用最小二乘拟合法精确获取圆目标的中心位置,并进行了实验。结果表明:该算法稳定性好,定位精度高,应用该算法后自准直仪的测量分辨力提高了10倍,在±2′测量范围内测量不确定度优于0.3″,有效地提高了自准直仪的测量分辨力和测量精度。

利用三次样条插值提高自准直仪的准确度

为了提高自准直仪的准确度,利用三次样条插值法对CCD像元进行细分,并利用直线边缘拟合法检测图像边缘.实验采取独立的测量手段,将自准直仪的实际转角和算法计算得到的角度值进行比较,分析其准确度.实验结果表明,该方法能明显提高自准直仪的准确度,准确度达到0 .1角秒.

测试设备位姿失调对自准直仪法测量圆分度误差的影响

为了提高圆分度仪器分度误差的测量精度,介绍了用多面棱体自准直仪测量分度误差的原理和方法,对影响测量结果的误差源进行了分析。根据测量原理建立了多面棱体和自准直仪坐标系,利用坐标变换分别建立了多面棱体工作面与受检仪器轴线的平行差、自准直仪光轴与多面棱体工作面不垂直度误差、自准直仪电十字竖线与受检仪器轴线的平行差对分度误差影响的精确模型。在实验室内,以单轴位置转台的定位精度为测试对象,设计了以上三种位姿失调误差模型的验证实验,实验结果与理论模型仿真结果具有很好的一致性,三种位姿失调引入的误差实测值与理论值的最大偏差小于0.9″,验证了位姿失调量引入测量误差模型的正确性,该模型及仿真结果可以准确指导圆分度误差测试。

基于激光干涉仪与自准直仪的平面镜轮廓高精度测量技术

基于三组激光干涉光路与一台自准直仪的光学扫描检测方法,开发可用于大尺寸平面镜二维轮廓的高精度测量技术。通过联立线性方程式与最小二乘法结合的计算算法,可得到平面镜二维轮廓的测量结果及整个测量过程的不确定度值。利用建模仿真整个测量过程,分析不同采样点数N下不确定度数值的变化趋势。此外,搭建基于高精度三坐标测量仪平台上的光学检测系统,试验果表明该技术成功实现对100 mm平面镜二维轮廓的测量,并可实现重复性测量精度在±20 nm范围内。通过与Zygo白光干涉系统结果的比较,该检测技术可以实现纳米级别的测量精度。

微机械自跟踪双坐标光电自准直仪的研究

设计一种电磁驱动的微机械结构,实现自准直仪双坐标光电信号的自动跟踪,采用跟踪与读数分离的方法,提高仪器的测量精度。经实际测试和使用表明,设计方案合理,稳定可靠,双坐标工作范围为-100″～ +100″,仪器具有绝对零点,分辨力0.1″, 瞄准定位精度0.1″,非线性误差小于0.5″。

脉宽调制技术在CCD光电自准直仪中的应用

为了解决室外环境变化（如温度、雨雪、烟雾及沙尘等）对CCD光电自准直仪测量工作的影响,介绍了一种与CCD曝光时间同步的自动反馈脉宽调制（PWM）数字调控照明光源光强的方法,使光电自准直仪在环境条件变化和整个测角量程范围内,都可获得较高信噪比,保证了系统的测量精度。实验结果表明：环境温度在-40~60℃之间变化时,光电自准直仪在±3 600＂全量程范围内具有良好的线性度,分辨率0.2＂,测量精度±3＂。表明这一技术有效克服了坏境因素对测量稳定性的影响,扩大了CCD光电自准直仪的动态范围,并具有简易可控的优点。

基于面阵图像传感器的自动读值光电自准直仪

利用面阵图像传感器,提出自动瞄准读式光电自准直仪的设计方案,从工作原理、硬件以及软件三方面阐述该系统的设计方案和实现方法。通过面阵图像传感器(CCD或CMOS)实现精确的二维测量,选用Blackfin系列DSP嵌入式内核处理器BF549,实现对图像数据的采集、存储和计算,利用液晶显示屏实时显示处理结果。利用帧间差分法和背景差分法相结合的算法检测静态背景下的运动目标,确定当前运动点的位置,计算出角位移结果并实时显示。

圆光栅配合自准直仪测量主轴径向运动误差

提出一种在线非接触式测量主轴径向回转误差的方法,为验证其准确性,搭建了主轴回转误差测量装置并进行了比对实验。该方法主要由圆光栅、读数头、环形平面镜以及激光自准直仪组成。首先,将圆光栅及环形平面镜安装在主轴上,并在双顶尖装置中将光栅安装偏心误差和平面镜与主轴不垂直误差进行标定。然后,将主轴安装在转台上,双读数头对径安装,自准直仪安装在平面镜下方。在主轴回转过程中,双读数头圆光栅可以测得主轴径向运动误差,自准直仪可以测得主轴径向运动误差方向上的偏摆角误差。最后,根据主轴上一点的径向运动误差及其在此方向上的偏摆角误差便可以计算出主轴轴向各个点的径向回转误差。设计了比对实验,结果表明在主轴径向回转误差为±12μm时,本方法与传统单向法比对残差在1μm以内。本文提出的主轴径向回转误差测量方法可以应用到精密主轴回转类装置中,实现在线检测主轴径向回转误差的目的。此外,该方法无需采用标准球,不受轴表面粗糙度、圆度等的影响。

一种新颖的单线阵CCD双坐标自准直仪

本文提出了一种采用单线阵 CCD器件应用自准直原理实现二维小角度测量的全新方案 ,即利用单线阵 CCD测量二维小角度 ,使瞄准和测量一次完成并具有一定的测试频响 ;给出了测量原理及系统硬件、软件设计。实验表明 ,所研制的单线阵 CCD双坐标自准直仪量程± 5角分 ,分辨力优于 0 .3角秒 ,测量精度优于

面阵CCD在双轴自准直仪中的应用

介绍了一种高精度双轴自准直仪,它采用面阵CCD器件作为光电传感器,利用自准直原理实现二维角度的测量。对图像处理系统进行了重点阐述,采用直线拟合求十字线交点的方法保证了测量精度。

CCD自准直仪示值漂移的自校准系统

数显式自准直仪使用时，气流等环境条件的影响以及仪器本身发热等原因都会引起示值的漂移和跳动，使测量误差增大、测量结果不能回零。采用增加一块固定反光镜作为参考镜，它与工作反光镜以自准直仪进行差动，组成自校准系统，可以有效地进行消减。仅用工作反光镜时2h内的漂移量为0．03″，经自校准系统后为0．01″；样本标准偏差为0．0911″，经自校准后为0．0574″。差动式反光镜自校准系统可以显著减小CCD自准直仪的示值漂移，对减小示值跳动也具有一定作用。且无论是对环境条件还是仪器本身原因引起的漂移和跳动都是有效的。

一种新型便携式CCD自准直仪图像测量系统研究

设计了一种新型便携式CCD自准直仪图像测量系统，采用面阵CCD工业相机接收光学系统图像，通过USB3．0数据线将输出的图像数据传送到平板电脑中，利用自行开发的图像测量软件对其进行亚像素级精确测量，计算出双轴角位移信息并在人机界面上实时显示；其中，CCD工业相机通过USB3．0数据线供电，自准直平行光管光源可由电池盒供电，图像测量软件可进行绝对测量和相对测量，以及采集和保存双轴角位移信息；实验结果表明，系统有效量程±850”×±600”，分辨率0．01”，示值最大误差0．3”，漂移0．2”／2h，此外，在无外接交流电源情况下可工作1．5～2 h，人机界面上的所有功能均可通过手动触摸操控，整体上便携性和实用性强，性价比高，操作便捷，且开发过程简单。

激光自准直仪的数据处理与误差估计

本文主要讨论了激光自准直仪在野外目标定位中应用 ,具体阐明了测量的基本原理 ,并给出了对于测量信号的几种实际处理方法 ,最后对测量中面临的问题给予了分析和展望。

基于PSD的光电自准直仪角度测量系统研究

PSD是一种新型半导体光电位置敏感探测器件,利用PSD作为光电接收器件的自准直仪,实现对角度形变的测量。系统处理电路采用C8051F005单片机为核心器件对传感器输出信号进行处理,利用CPLD完成多路数据的采样和传输的控制。系统实现了实时处理、动态显示,降低了PSD信号处理电路噪声干扰、简化了信号处理电路,提高了测量准确度。

基于双自准直仪对置测量直线度的测量数据处理分析

结合自准直仪的直线度测量原理,对双自准直仪对置测量直线度的方法及数据处理进行了理论分析。并结合试验,对其测量结果与自准直仪固有测量方法的测量结果进行对比,验证了双自准直仪对置测量直线度的可行性,得出了双自准直仪对置测量直线度的数据处理方法。

纵向莫尔条纹在自准直仪中的应用

为了提高自准直仪的分辨力,将纵向莫尔条纹引入到光路中,用长光栅代替传统单狭缝,将长光栅成像在CCD检测器上,CCD作为标尺光栅,通过两个光栅叠加形成的莫尔条纹的变化可以将成像位移分辨率提高到亚像元,进而将自准直仪的角度分辨率提高到毫秒级.实验结果表明,相对于直接检测狭缝边缘的方法,莫尔条纹法的分辨力提高了25倍.