CN108007390A - 一种基于ccd的摆镜线性度测试系统 - Google Patents

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    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

一种基于CCD的摆镜线性度测试系统，包括摆镜、电机、光电编码器激光器、CCD、PC机；摆镜与电机的输出轴一端连接，电机的输出轴另一端连接光电编码器；电机带动摆镜转动，激光器发射光源照射摆镜，CCD接收摆镜的反射光，得到一系列光斑信号，通过AD转换输出给CCD驱动电路，计算出每一个光斑的坐标信息；同时CCD通过光电编码器读取摆镜转动的角度信息，标定每个光斑中心所对应的角度值，输出到PC机将实测角度值与完全线性的理想角度值进行比较，得到实测角度值与理想角度值的差值，从而计算出摆镜的线性度。

Description

一种基于CCD的摆镜线性度测试系统
技术领域
该发明涉及光电技术领域，具体涉及一种基于CCD的摆镜线性度测试系统，主要应用于扫描成像系统摆镜线性度的测试及扫描成像系统的优化。
背景技术
目前常用的扫描成像系统摆镜线性度测试方法主要分为两大类，一类为通过电机内的反馈信号间接测试，一类是通过光学扫描反射的激光投影在标尺上进行测量。前者方法简单，但反馈信号反应的是电机的位置，不能直接反应出摆镜的线性度，尤其在摆镜距电机轴较远的区域，且精度有限。通过光学扫描反射的激光投影在标尺上进行测量的方法，可以直接、直观的反应摆镜的线性度，但标尺精度有限，且整个系统占用空间大，需要人工参与，测试不方便，且无法与整个系统构成闭环。
发明内容
本发明的目的在于改进目前的摆镜线性度测试方法，提出一种基于CCD的摆镜线性度测试系统，利用光学扫描反射的激光在线阵CCD进行光电转换，在CCD驱动板AD转换后，在CCD驱动板的FPGA处理器上计算出光斑中心的位移，经过标定后可以得到摆镜旋转的精细角度，进而测得的扫描成像系统摆镜线性度。
本发明的技术方案如下：
一种基于CCD的摆镜线性度测试系统，其特征在于：包括摆镜、电机、光电编码器激光器、CCD、PC机；摆镜与电机的输出轴一端连接，电机的输出轴另一端连接光电编码器；激光器的激光入射方向与摆镜转轴垂直，摆镜的反射光线与CCD的光敏元线列平行，CCD的输出电路通过串口与PC机通信；
所述电机带动摆镜转动，激光器发射光源照射摆镜，CCD接收摆镜的反射光，得到一系列光斑信号，CCD将采集得到光斑信号转换为模拟电信号，通过AD转换后，输出给CCD驱动电路进行运算，计算出每一个光斑的坐标信息；同时CCD通过光电编码器读取摆镜转动的角度信息，CCD通过FPGA查表标定每个光斑中心所对应的实测角度值，然后将实测角度值通过串口角度信号输出到PC机；
PC机将实测角度值与完全线性的理想角度值进行比较，得到实测角度值与理想角度值的差值，然后用该差值的绝对值除以理想角度值再乘以100％，从而得到摆镜的线性度。
本发明可以用来精密测试摆机的线性度，测量精度要比标尺测得的精度高很多，可以更精确的衡量摆镜的线性度，且该测试设备可以与扫描成像系统构成闭环，进而提高扫描成像系统的整体的成像效果。本发明可应用于所有使用摆镜的场合配合摆镜进行成像效果优化，不仅可以精确的测试出摆镜的线性度，而且可以将固定转角信号用来作为线扫成像系统的曝光同步信号来同步成像系统，使系统成像效果得到明显优化，避免了由于非线性带来的成像模糊和锯齿现象。
附图说明
图1是本发明的测试系统结构示意图；
图2是本发明的系统工作原理图。
具体实施方式
如图1所示，基于CCD的摆镜线性度测试系统主要包括摆镜1、电机2、光电编码器3、激光器4、线阵图像传感器(CCD)5、PC机6；摆镜1与电机2的输出轴一端连接，电机2的输出轴另一端连接光电编码器3；激光器4的激光入射方向与摆镜1的转轴垂直，摆镜的反射光线与CCD的光敏元线列平行，CCD5的输出电路通过串口与PC机6通信。
如图2所示，采用CCD接收摆镜的反射光，得到一系列光斑信号，CCD将采集得到光斑信号转换为模拟电信号，通过AD转换后，输出给CCD驱动电路进行运算，计算出每一个光斑的坐标信息；同时CCD通过光电编码器读取摆镜转动的角度信息，传递到CCD驱动电路，CCD通过FPGA查表标定每个光斑中心所对应的实测角度值，然后将实测角度值通过串口角度信号输出到PC机；
PC机将实测角度值与完全线性的理想角度值进行比较，得到实测角度值与理想角度值的差值，然后用该差值的绝对值除以理想角度值再乘以100％，从而得到摆镜的线性度。
本发明的CCD采用一维CCD，光学尺寸为10mm×10um，有效区域最小尺寸为10μm×10μm；最小分辨率大于81.6μm；像元数1024；像元输出频率50MHz；
本发明的激光器采用半导体激光器，尺寸10mm×30mm，功率1～2mW，激光波长650nm，光斑大小0.5mm；激光入射方向与摆镜转轴垂直。
本发明的具体工作过程如下：
所述电机带动摆镜转动，激光器发射光源照射摆镜，激光打在摆镜镜面上，反射光线与CCD驱动电路板上的CCD光敏元线列平行，板上的CCD对反射光线进行光电转换，利用板上的CCD驱动电路对CCD的光电转换后的模拟信号进行采集，并进行AD转换(即转换为灰度值)后输出给CCD驱动电路板上的FPGA处理器进行后续处理。
FPGA处理器对通过模数转换后的CCD光斑成像数据，先进行滤波，然后选取合适阈值，采用一阶矩质心方法计算光斑的中心。
因采集到的原始图像数据，存在噪声和杂光干扰，所以在FPGA内，需先对图像数据进行中值滤波后，使用合适的灰度作为阈值，计算图像的光斑中心坐标，计算公式如下：
上式中的是光斑内像素的灰度值与x坐标乘积的累加值，是像素灰度值的累加值。本发明的一个具体实施例中，选取1000作为阈值，计算测得的光斑中心位置误差在0.05个像素。
电机带动摆镜摆动时，CCD通过光电码盘读出摆镜的摆动的角度，通过FPGA查表，将每个转动角度与CCD测量的光斑中心相对应。
在本发明的一种具体实施例中，采用的电机减速箱为36:1，光电码盘器是1000线的，由此可知，光电码盘的分辨率是360°/(36*1000)＝36″。使用四倍频细分的方法进一步提高光电码盘的分辨率，分辨率可提高到9"。电机最小可控转动的角度为50个细分码，即最小转动角度为9"×50＝0.125°，摆镜摆动的角度为7°，所以实际一共可以标定56个光斑中心点对应的角度。
CCD将通过以上的计算和标定得到的角度信息，通过串口上传给PC机，将该角度信息与完全理想线性的理论计算角度相比较得到一个差值的绝对值，用该差值的绝对值除以理想角度值再乘以100％，最后得到摆镜的线性度。

Claims (3)

1.一种基于CCD的摆镜线性度测试系统，其特征在于：包括摆镜、电机、光电编码器激光器、CCD、PC机；摆镜与电机的输出轴一端连接，电机的输出轴另一端连接光电编码器；激光器的激光入射方向与摆镜转轴垂直，摆镜的反射光线与CCD的光敏元线列平行，CCD的输出电路通过串口与PC机通信；
所述电机带动摆镜转动，激光器发射光源照射摆镜，CCD接收摆镜的反射光，得到一系列光斑信号，CCD将采集得到光斑信号转换为模拟电信号，通过AD转换后，输出给CCD驱动电路进行运算，计算出每一个光斑的坐标信息；同时CCD通过光电编码器读取摆镜转动的角度信息，CCD通过FPGA查表标定每个光斑中心所对应的实测角度值，然后将实测角度值通过串口角度信号输出到PC机；
PC机将实测角度值与完全线性的理想角度值进行比较，得到实测角度值与理想角度值的差值，然后用该差值的绝对值除以理想角度值再乘以100％，从而得到摆镜的线性度。
2.根据权利要求1所述的基于CCD的摆镜线性度测试系统，其特征在于：所述CCD采用一维CCD，光学尺寸为10mm×10um，有效区域最小尺寸为10μm×10μm；最小分辨率大于81.6μm；像元数1024；像元输出频率50MHz；
所述激光器采用半导体激光器，尺寸10mm×30mm，功率1～2mW，激光波长650nm，光斑大小0.5mm；激光入射方向与摆镜转轴垂直。
3.根据权利要求1所述的基于CCD的摆镜线性度测试系统，其特征在于：所述光电编码器的分辨率为9″，电机最小转动角度为9"×50＝0.125°，摆镜摆动的角度为7°。
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