CN109520446A - 一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法 - Google Patents

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栗勇军
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BEIJING RUISAI GREAT WALL AVIATION MEASUREMENT CONTROL TECHNOLOGY CO LTD
AVIC Intelligent Measurement Co Ltd
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • 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

Abstract

本发明涉及几何量测量技术领域，尤其涉及一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法。测量系统由自准直相机、平面反射镜、回转轴系、计算机、调整平台和光路折转镜组成，自准直相机由激光光源、准直光学系统和高速相机组成，自准直相机置于调整平台上，平面反射镜安装在回转轴系一端，调整平台调整自准直相机与平面反射镜的角度，实现光路自准直；光路折转镜置于平面反射镜与自准直相机中间，计算机与高速相机相连，回转轴系的回转运动由计算机控制，通过安装在回转轴系上的反射镜将回转轴系回转运动中产生的倾角误差以光轴倾斜的方式反馈给高速相机采集系统，计算机收集测量数据，经过计算得到回转轴系的动态倾角误差。

Description

一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法
技术领域
本发明涉及几何量测量技术领域，尤其涉及一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法。
背景技术
高速自准直仪是一款采用高精度面阵探测器，没有测试盲区和伪分辨率问题的高精度角度测量完备系统。并能够在计算机显示器上直观显示光学目标(optical target)的真像。在光学及电子技术方面采用特有技术，并引入光纤及激光工艺技术，具有更高的稳定性和重复性。可实现简便、快捷的找准，同时测量“水平方向”和“垂直方向”，并且测量无需物理接触。基于计算机的测试软件能够采集完整的测试数据，为对测量结果进行更复杂的评估提供良好的平台。
高速自准直仪在此原理基础上，通过将数字光电技术和光学设计、机械设计工艺等相结合，配以专门开发的软件能够方便快速的实现亚秒级精度的角度测试。
回转平台的轴系倾角误差直接影响到经棱镜反射后成像中的靶标点像素坐标。尤其是对高精度测量仪来说，轴系的微小倾角引起的像方像素坐标的微小变化，经过距离放大后，会引起对应物方靶标位置的极大误差。常规对轴系倾角测量都是采用静态情况下使用棱镜与光管测量，对反映动态情况下轴系倾角误差情况仍有不足，所以需要一种检测手段能实现动态倾角误差测量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是基于轴系动态倾角误差测量手段及测量精度不足的情况下，提出一种基于高速相机的高速回转轴系动态倾角误差测量方法，解决常规测量时使用的棱镜与光管测量方法无法用于动态轴系测量的难题。使运动轴在动态情况下，测量精度可达到0.5″。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
测量系统由自准直相机、平面反射镜、回转轴系、计算机、调整平台和光路折转镜组成，自准直相机由激光光源、准直光学系统和高速相机组成，自准直相机置于调整平台上，平面反射镜安装在回转轴系一端，调整平台调整自准直相机与平面反射镜的角度，实现光路自准直；光路折转镜置于平面反射镜与自准直相机中间，计算机与高速相机相连，回转轴系的回转运动由计算机控制，通过安装在回转轴系上的反射镜将回转轴系回转运动中产生的倾角误差以光轴倾斜的方式反馈给高速相机采集系统，计算机收集测量数据，在数据分析及处理系统的软件界面上实时读出当前采集数据的光轴偏差数据，经过计算得到回转轴系的动态倾角误差。
准直光学系统通过激光光源提供基准光线。
高速相机采集经过回转轴系后的平面反射镜反射回来的带有高速回转轴动态倾角的误差信息。
通过调整平台调整自准直相机与平面反射镜的角度，实现光路自准直。
计算机采用亚像素法寻找光斑质心位置，将单个像素点进行分裂。
计算机通过下式来计算成像系统位置偏差像素值：
式中，x，y—目标像素坐标；B—目标像素点灰度，
两光斑位置偏差对应的成像角度偏差由下式计算：
式中，(X1,Y1)和(X2,Y2)分别为两光斑的坐标位置，f为标定装置焦距，由此计算出任意两个光斑之间的角度偏差。
对高速回转轴系动态倾角误差测量系统进行溯源，采用标准光学角规作为传递标准，实现高速回转轴系动态倾角误差测量系统到平面角国家标准的量值溯源。
选用标准光学角规，将自准直相机量值溯源至实验室中的高精度标准角度装置，然后再溯源至国防光学一级站或国家计量院的平面角单位国家基准上，标准光学角规在2″-10″范围内的定标精度为0.03″。
本发明具有的优点和有益效果：
1.解决常规测量时使用的棱镜与光管测量方法无法用于动态轴系测量的难题。
2.使运动轴在动态情况下，测量精度可达到0.5″。
附图说明
图1是本发明所述的回转倾角误差测量系统组成及工作原理图，其中1为自准直相机，2为平面反射镜，3为回转轴系，4为计算机，1-1为激光光源，1-2为光学系统，1-3为高速相机；
图2是本发明所述的回转倾角误差测量系统总体设计图，其中5为调整平台，6为光路折转镜；
图3是本发明所述的小角度量值溯源图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，以令本领域技术人员参照说明文字能够据以实施：
一种基于自准直相机完成高速回转轴系动态倾角误差测量的方法，测量系统由自准直相机1、平面反射镜2、回转轴系3、计算机4组成。自准直相机1是测量设备的核心部件，由激光光源1-1、准直光学系统1-2、高速相机1-3组成。此外，还需要调整平台5和光路折转镜6。
进一步地，所述回转轴系3，提供回转运动激励
进一步地，所述平面反射镜2，通过安装在回转轴系上的反射镜将回转轴系回转运动中产生的倾角误差以光轴倾斜的方式反馈给高速相机1-3采集系统。
进一步地，所述自准直相机1，由激光光源1-1、准直光学系统1-2、高速相机1-3组成。
进一步地，所述激光光源1-1，提供出射信号激励。
进一步地，所述准直光学系统1-2，提供基准光线。
进一步地，所述高速相机1-3，采集经过回转轴系后平面反射镜2反射回来的带有高速回转轴动态倾角的误差信息。
进一步地，所述计算机综合控制和数据分析系统4，在数据分析及处理系统的软件界面上可以实时读出当前采集数据的光轴偏差数据，经过计算可以得到回转轴系的动态倾角误差。
进一步地，所述调整平台5，通过调整平台调整自准直相机1与平面反射镜2的角度，实现光路自准直。
进一步地，所述光路折转镜6，折转光线，缩减光学系统尺寸。
进一步地，所述综合控制和数据分析系统4，采用亚像素法寻找质心位置可以将单个像素点进行分裂，定位精度可以达到0.1～0.2像素精度。可以通过下式来计算成像系统位置偏差像数值：
式中，x，y—目标像素坐标；B—目标像素点灰度。
两光斑位置偏差对应的成像角度偏差可以由下式计算：
式中，(X1,Y1)和(X2,Y2)分别为两光斑的坐标位置，f为标定装置焦距，由此可以计算出任意两个光斑之间的角距离。
进一步地，所述高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，在于为了保证小角度测量精度，对高速回转轴系动态倾角误差测量系统进行溯源，采用标准光学角规作为传递标准，实现高速回转轴系动态倾角误差测量系统到平面角国家标准的量值溯源。
为将用于自准直相机量值溯源至实验室中的高精度标准角度装置，初步选用标准光学角规，然后再溯源至国防光学一级站或国家计量院的平面角单位国家基准上。标准光学角规的定标精度为0.03″(2″-10″范围内)，满足项目技术指标要求。具体实现方式为：使用角规对自准直相机单个像素对应角度进行标定，该标准角规可以溯源至上一级角度标准标准。
进一步地，高度回转轴系动态倾角误差测量技术，使运动轴在动态情况下，依然可以测得其回转误差，测量精度可达到0.5″。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征是，测量系统由自准直相机(1)、平面反射镜(2)、回转轴系(3)、计算机(4)、调整平台(5)和光路折转镜(6)组成，自准直相机由激光光源(1-1)、准直光学系统(1-2)和高速相机(1-3)组成，自准直相机(1)置于调整平台(5)上，平面反射镜(2)安装在回转轴系(3)一端，调整平台(5)调整自准直相机(1-3)与平面反射镜(2)的角度，实现光路自准直；光路折转镜(6)置于平面反射镜(2)与自准直相机(1)中间，计算机(4)与高速相机(1-3)相连，回转轴系(3)的回转运动由计算机(4)控制，通过安装在回转轴系上的反射镜将回转轴系回转运动中产生的倾角误差以光轴倾斜的方式反馈给高速相机(1-3)采集系统，计算机(4)收集测量数据，在数据分析及处理系统的软件界面上实时读出当前采集数据的光轴偏差数据，经过计算得到回转轴系的动态倾角误差。
2.根据权利要求1所述的一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征在于，准直光学系统(1-2)通过激光光源(1-1)提供基准光线。
3.根据权利要求1所述的一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征在于，高速相机(1-3)采集经过回转轴系(3)后的平面反射镜(2)反射回来的带有高速回转轴动态倾角的误差信息。
4.根据权利要求1所述的一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征在于，通过调整平台(5)调整自准直相机(1-3)与平面反射镜(2)的角度，实现光路自准直。
5.如权利要求1所述的一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征在于，计算机(4)采用亚像素法寻找光斑质心位置，将单个像素点进行分裂。
6.根据权利要求1所述的一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征在于，计算机(4)通过下式来计算成像系统位置偏差像素值：
式中，x，y—目标像素坐标；B—目标像素点灰度，
两光斑位置偏差对应的成像角度偏差由下式计算：
式中，(X1,Y1)和(X2,Y2)分别为两光斑的坐标位置，f为标定装置焦距，由此计算出任意两个光斑之间的角度偏差。
7.根据权利要求1所述的一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征在于，对高速回转轴系动态倾角误差测量系统进行溯源，采用标准光学角规作为传递标准，实现高速回转轴系动态倾角误差测量系统到平面角国家标准的量值溯源。
8.根据权利要求7所述的一种高速回转轴系动态倾角误差的测量方法，其特征在于，选用标准光学角规，将自准直相机量值溯源至实验室中的高精度标准角度装置，然后再溯源至国防光学一级站或国家计量院的平面角单位国家基准上，标准光学角规在2″-10″范围内的定标精度为0.03″。
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