组成及原理2003版2012.08.30.docVIP

光电自准直读式高精度零位检测系统 1.设备组成 系统由高精度光电自准直仪、CCD相机、被测试品用三维精密调整架（一维粗调、二维精调）、CCD调整架、半反半透镜组件、隔振光学平台、测量控制分系统组成，组成及布局如图所示，CCD视轴与光电自准直仪光轴同轴。 图1 系统组成 图2 系统三维效果 1.1高精度光电自准直仪 高精度光电自准直仪主要由光学系统、壳体、固定座组成，其中光学系统原理简图如图3所示，主要由准直物镜组、光源（白光和微光各一套）、毛玻璃、分划板（白光和微光各一套）、分光镜、CCD相机和目镜组组成。光源 图3 高精度光电自准直仪基本光路图 高精度光电自准直仪与半反半透镜协同工作，通过对瞄准具物镜框前端面的精确定位，确保瞄准具的重复装卡精度处在可接受的范围内，同时测量出该重复装卡误差，在零位测量过程中予以扣除。 除了用于瞄准具精确重复装卡外，在测试中也要起到提供无穷远目标以及测量标尺的功能。因此，其分划形式除了要便于自准直外，还要起到标尺作用。其分划形式设想如图4。 图4 高精度光电自准直仪分划设想图 1.2 CCD相机 CCD相机用于测量瞄准具分划与高精度光电自准直仪分划的偏差，即包含了重复装卡误差的零位走动量，为了在不同光照度下实现精确测量，其增益应能软件可调。 1.3 三维精密调整架 三维精密调整架用于调整瞄准具安放姿态，使其重复装卡误差减小到高精度光电自准直仪可进行高精度测量的区域。其组成如图5所示。 图5 三维精密调整架组成示意图 1.4 CCD相机调整架 CCD相机调整架用于调整CCD相机姿态，使瞄准具分划、高精度光电自准直仪分划等关注目标处于CCD相机视场内的最佳测量区域。 1.5 半反半透镜组件 半反半透镜组件是确保半反半透镜高精度重复贴合于瞄准具物镜框前端面，使得半反半透镜配合高精度光电自准直仪能够准确反映瞄准具的重复装卡状态。 图6半反半透镜组成示意图 1.6 测量控制分系统 测量控制分系统组成如图7所示，该部分控制三维精密调整架调整姿态，进行对准，减小瞄准具重复装卡误差；也可以通过对CCD相机摄录图像的分析，测量出瞄准具的零位走动量（含小量重复装卡误差）；还可以通过采集半反半透镜组件的力传感器及位移传感器数据准确控制半反半透镜的进给量，确保镜子每次贴合的重复精度。 图7 控制系统框图 2.工作原理及过程 2.1 白光瞄准具的检测 瞄准具安装在三维精密调整架上，将半反半透镜用弹簧推压贴合在被测瞄准具物镜框的前端面上，调整三维精密调整架，使自准直仪的分划刻线与其经半反半透镜表面反射所成的像接近重合，此时自准直仪的分划刻线出现在瞄准具的视场内。分别从CCD和自准直仪读出零位偏离量和物镜光轴相对自准直仪分划的偏离量。瞄准具做完环境试验后，再次装卡，此时CCD和光电自准直仪一定要保持位置不动，调整三维精密调整架，使瞄准具重复装卡误差处于光电自准直仪的高精度测量区。再通过CCD和光电自准直仪测量出瞄准具分划相对光电自准直仪分划的偏离量以及物镜光轴相对光电自准直仪光轴的偏离量，CCD前后两次测得的瞄准具分划相对光电自准直仪分划的X和Y轴的偏离量，分别减去光电自准直仪前后两次测得的物镜光轴相对光电自准直仪光轴的X和Y轴偏离量，即为瞄准具扣除重复装卡变化的零位走动量。测量过程中除了CCD和自准直仪保持位置不动外，半反半透镜在第二次贴合时应保证不能绕光轴旋转，这样半反半透镜的平行度对测量结果的影响会通过两次读数消掉。 2.2 微光瞄准具的检测 微光瞄准具的检测过程与白光的基本相同，只要切换光电自准直仪的光源和分划板即可。对于整体式微光瞄准具其检测过程与白光相同，而对于组合式（白光瞄准具+微光镜组）的微光镜组进行检测，其过程为：首先将白光瞄准具的分划瞄准光电自准直仪的白光分划，通过CCD读出白光瞄准具的分划位置，然后将微光镜组组装到白光瞄准具上，切换微光光源，通过CCD再次读出白光瞄准镜中分划的位置，两次位置偏差，即为微光镜组的零位走动量。 此方法测量的关键之一是高分辨力调整架的研制。项目中瞄准具的调整采用三维精密调整架，Z向一维宏动调整，机械调整机构，(X、(Y二维宏微精调，宏动采用机械调整机构，微动采用PZT（压电陶瓷）致动器，调整分辨力可达到纳米级，可以保证测量精度。 测量的第二个关键是高精度光电自准直仪，考虑到高精度光电自准直仪的分划不仅要用于对准，还必须作为CCD相机角度测量的标尺参与测量，该标尺分划经被测瞄准具后在CCD相机视场内必须清晰可见，市场上符合要求的产品很难找到，因此需要研制，其精度为0.2～0.5秒即可满足测试需要。 测量的第三个关键是高面形精度的半反半透镜，需要特制一块高表面精度和平行度的半反半透镜，以实现光电自准直读数。为保证镜面与被测瞄准具前端面可靠贴合，同时不会对被试瞄准具产生影响，采用弹