高精度二维自准直仪的研制
面阵CCD在双轴自准直仪中的应用
第37卷，增刊红外与激光工程2008年4月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringApr.2008收稿日期：2008-03-09作者简介：甘俊红（5），女，江西丰城人,高级工程师，主要从事精密测量技术方面的研究。
j @63面阵CCD 在双轴自准直仪中的应用甘俊红，邹九贵，季国定（中国船舶工业集团公司第6354研究所，江西九江332000）摘要：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。
关键词：自准直仪；CCD ；图像处理中图分类号：TH741.14文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(几何量)-0060-03Application of sur face array CCD in twoaxis autocollimatorGAN Jun-hong,ZOU Jiu-gui,JI Guo-ding(The 6354Ins t itute of CSSC,Jiujiang 332000,China)Abstr act:A high accuracy two_axis autocollimator is introduced in this paper,which uses the surface array CCD com ponents as photoelectricy sensor,and two-axis angle by the theory of autocollimate are measured.In this paper,the system of image processing is explained in detail,and the method of matching straight line to get the point of cross line prom ise m easure accuracy.Key wor ds:Autocollimator;CCD;Image processing0引言自准直仪(又称自准直测微平行光管)是应用自准直原理测量小角度的检测仪器。
基于二维PSD的激光准直系统研究
端、 近端 Ｐ Ｄ上 的位 置 坐标 分 别 为 （ ｙｆ Ｌ） Ｓ ｘｆ， ， ， （ Ｘ ， ，） 同式 （ ）（ ）（ ）可计 算 旋转 后 激 ｙ ０， ２ 、３ 、４ ， 光光 束在 近端 Ｐ Ｄ 坐标 系 ０ Ｓ ｚ 的方 向 矢量 中
为（ ， Ｄ ， Ｄ ） 。
＝
（） ２
ｙ ＋Ｌ ・ａ０一ｇ ｆ ｔ ｎ ｎ
（） ３ （） ４
（ ｆ Ｘ ）＋（ ｆ Ｘ— ｎ ｙ ＋Ｌ・ ｎ 一ｙ）＋Ｌ ｔ０ ａ ｎ ２
Ｌ
＝
２ 准 直控 制 数 学模 型
根 据检 测 的实 际需求 ， 检测设 备 放置 位置 如 各 图 ５所示 ， 安装 有激 光管 的 四维平 台放 置 于被测 工 件 的一 侧 ， 安装 有 Ｐ Ｄ 的相 关 装 置 依 次先 后 放 将 Ｓ 置 在被测 工 件上 ， 之与激 光 器 的距 离 达到 最大 和 使
安 装调 试过 程 中快速 建立 光 学基 准 。 关键 词 ： 光 ； 置探 测 器 ； 直 激 位 准
中图分 类号 ： Ｎ ４ Ｔ ２７
文献 标识码 ： Ａ
文章 编号 ：６ ２—１ １ （０ ２ １ —０ ７ —０ １７ ６ ６２ １ ）１ ０ ９ ４ 直 的方 向定 义为 ｙ轴 的方 向 ， 四维平 台可 以实 现 则
● 近 端 自准 赢 ： （ ） 计锋 四维 平 台 各轴 电机 步 数 ： １ （ ）控 制 电机 凋 整 Ｆ￣ 、 ； ２ ｑｆ Ｆ台 ． ｔ （ ）采 集 、 计算 并 显示 光 点 标 。 ３
ｔ
， ｌ ０］ ， １ ＿ 『 ＿１ ０ ］
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＿。ｎ－０ Ｊ０ＳｃＪ ｏ× ＬＯ ｓ ｓ ｉ Ｃ ｓ ｉ ｎ ０Ｏ
ｌ０
高精度二维自准直仪的研制
当光源 ４发 出 的光 线 照 明物镜 ２ 平 面上分划 板 ３ 焦 的 目标 ０ 时 ， 如果 ０ 点 在 物镜 ２ 轴 上 ， 么 由它发 出 光 那
的 光线 通 过 物镜 后 ， 一 束 与 光 轴 平行 的平 行 光 束 射 成
向反 射镜 １ 。当反射 镜 面 垂直 于光 轴 时 ， 线 仍按 原路 光
电探测 器 用 于 自准直 仪 的探 索 性 研 究工 作 ， 取 得 了 并 很多成 果 。仪 器 的分辨 力 、 角精 度 以及在动态 测 量方 测 面都有 了不 同程度 的进 展 。 随着 Ｃ Ｄ 技 术 的成熟 运用 ， Ｃ Ｄ技 术引 入 自准 Ｃ 将 Ｃ 直仪 已成为 可能 。据所 能 查阅 到的资 料 ， 向市场 的光 推 电 自准直仪 中 ， 国Ｍ０Ｌ Ｅ 德 Ｌ Ｒ公 司生 产的 Ｅ Ｃ Ｌ ＯＭＡＴ Ｈ 和Ｅ Ｃ Ｒ Ｌ ＯＭＡＴ ３ ０ ０ ０均 采 用 高 分 辨 力 的线 阵 Ｃ Ｄ Ｃ
Ｒ ｅ ｅ ｒ ｈ ｏ Ｈ ｉ ｃ ａ ｙ Ｔｗ ｏ ａ ｉ ｔ ｃ ｌｉ ａ ｏ ｓ ａ ｃ ｆＡ ｇｈ Ａｃ ｕｒ ｃ — ｘ ｓ Ａｕ ｏ ｏ ｌｍ ｔ ｒ
ＺＯ Ｕ ｉ － Ｊ ｕ ｇｕｉ ，Ｇ Ａ Ｎ ｕ ｈ ｇ，Ｊ ｕ — ｎｇ Ｊ ｎ— ｏｎ Ｉ Ｇ ｏ ｄｉ
器 件 的稳定性 打下 了基 础 。
等） 的检测 ； 可用 于 平直 度 （ 也 如平 板平 面度 、 轨 直线 导 度 、 件平 行 度 和 垂 直 度 等 ） 工 的检 测 ， 可用 于精 密转 还 台等惯 导测试 设 备 的检测 。 传统 自准 直 仪测 量 准确 度 和测 量范 围受许 多 因 素
（ ３ ４Ｉ ｓｉ ｔ ｆ Ｓ Ｊ ｉ ｎ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ ６ ５ ｎ ｔ ｕ ｅｏ ｔ ＣＳ Ｃ， ｉ ｉ ｇ ３ ２ ０ ， ｈ ｎ ） ｕａ Ａｂ ｔ ａ ｔ： ｓ ｒ ｃ Ａ ｈ ｇｈ ｃ ｕ ａ ｙ ｗ ｏ ａ ｓ ｕｔ ｃ ｌ ｉ ａ ｏ ｉ ｉ ｔ ｏ ｃ ｄ ｎ ｈｉ ｐ ｐ ｒ， ｗ ｈｉ ｈ ｓ ｓ ｈｅ ｉ ａ ｃ ｒ ｃ ｔ — ｘｉ ａ ｏ ｏ ｌ ｍ ｔ ｒ ｓ ｎ ｒ ｄｕ ｅ ｉ ｔ ｓ ａ ｅ ｃ ｕ ｅ ｔ ｓ ｒ ａ ｅ ａ ｒ ｙ ＣＣＤ ｃ ｍ ｐ ｅ ｔ ａ ｐ ｔ ｅ ｅ ｔ ｉ ｙ ｓ ｎｓ ， ａ ｄ ｔ ｕ ｆｃ ｒａ ｏ ｏｎ ｎ ｓ ｓ ｈｏ ｏ ｌ ｃ ｒ ｃ ｅ ｏｒ ｎ ｗｏ— ｘｉ ａ ｌ ｂｙ ｔ ｔ ｅ ｒ ｏ ａ ｓ ｎｇ ｅ ｈｅ ｈ ｏ ｙ ｆ ａ ｏ ｏ ｌｍ ａ ｅ ａ ｅ ｍ ｅ ｓ ｒ ｄ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｃ ｐ ｓ ± ３ ０ ，ａ ｄ ｔ ｃ ｕ ａ ｙ ｉ ± ０ ” ｕｔ ｃ ｌｉ ｔ ｒ ａ ｕ ｅ ｅ ｍ ａ ｕｒ ｎｇ ｓ ｏ ｅ ｉ ０ ｎ ｈｅ ａ ｃ ｒ ｃ ｓ ．２ ．
双向精密自准直仪
双向精密自准直仪
简介
双向精密自准直仪是一种用于测量相对高度的仪器。
它可以自动调整水平线，使其垂直于地面，同时提供垂直于水平线的相对高度的测量。
原理
该仪器基于弹簧和气压传感器的原理构建。
它通过将一条光线反射到一个悬挂在弹簧上的镜子上，从而生成水平线。
该仪器还使用气压传感器来测量相对高度。
它可以检测到大气压力的变化，并通过测量来推断仪器的位置。
特点
•高精度：该仪器提供高准确度的测量和自动校准。
•双向测量：该仪器可以同时提供水平线和相对高度的测量。
•简单易用：它具有直观的用户界面和易于操作的控件，使其非常适合现场使用。
•轻巧便携：由于其小巧轻便的设计，该仪器可以轻松携带到现场进行测量。
应用
双向精密自准直仪广泛应用于各种测量领域，包括建筑工程、铁路工程、公路工程和军事测量等。
它可以用于测量建筑物、桥梁、隧道、铁路、道路和其他构造物的高度和水平度。
它也可以用于军事应用，例如调查战场上的障碍物和其他地形特征，以及测量武器的精度和仪器的位置。
总结
双向精密自准直仪是一种高度精密的测量仪器。
它可以实现高准确度的测量和自动校准，同时提供水平线和相对高度的测量。
该仪器适用于各种测量场景，因为它具有直观的用户界面和易于操作的控件，同时拥有便携轻巧的设计，使其成为现场工作的理想选择。
全自动自准直经纬仪轴系精密伺服驱动系统
第１ ２期
启动 自动测量程序
张 志利 等 ： 自动 自准 直经纬仪轴系精密伺服驱动 系统 全
１３ ０
Ｍ２、 Ｍ 然后经三极 管放 大 ， 生控制 Ｈ桥 的 ４个 信号 Ｍ３ 、 ４ ， 产
机。
【 Ｄ控制 ，ｅ ） ＞ｓ Ｐ Ｉ（ ｌ
主程 序 流程 图如 图 ５所示 。主要 完成 ｄＰＣ ０ ６ １Ａ 芯 ｓ Ｉ３ Ｆ ０ ２ 片的端 口配置 、 初始化控制 寄存器 、 配置 Ａ Ｄ转 换 和 Ｐ ／ ＷＭ波 、 初 始化 软件 中所 需控 制 变量 、 置 中断 服务优 先级 及 中断 源 设
后控制 电机转 动。位 置控制算法选用积分分 离式 Ｐ Ｉ Ｄ算法。 实验结果表 明： 加装 电机后 的电子 经纬仪在 实现 了轴 系 自 动
转动 的同时能保持 其原有测量精度 。
关 键 词 ： 置 伺 服 ；ｓＩ３ Ｆ ０ ２ 直 流 力 矩 电机 ； 子 经 纬 仪 位 ｄＰＣ ０ ６ １ Ａ； 电 中 图 分 类 号 ：Ｐ ６ Ｔ７１ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０２—１４ （０ １ １ ００ ０ １０ ８ １ ２ １ ）２— １２— ３
ＭＩ Ｍ 、 ３ Ｍ 。其 电路 如图 ４所示 。其 中 是 经电荷泵 、２ Ｍ 、 ４
Ｉ
ｌ 一 一
控制计算 机采集 Ｉ
’
提 升 的 电压 ， 为 电机 电源 电压 。
图像预处理 Ｉ
图像分 割 ， 目标识别
ｌ经纬仪螺旋扫捂
Ｂ ＲＡＫ Ｅ
—垂碹 — — 、 — ／
０ 引 言
自准直仪原理
自准直仪原理自准直仪是一种用于测量和调整光学系统的仪器，它能够精确地确定光学系统的光轴位置和方向。
在现代光学领域，自准直仪被广泛应用于望远镜、显微镜、激光器等光学系统的制造和校准过程中。
本文将介绍自准直仪的原理及其工作原理。
自准直仪的原理是基于光学干涉原理的。
光学干涉是指两束或多束光波相互叠加，形成明暗条纹的现象。
自准直仪利用这一原理，通过光波的干涉来测量光学系统的光轴位置和方向。
当光线与光学系统的光轴重合时，干涉条纹将保持稳定，而当光线偏离光轴时，干涉条纹将产生移动。
通过测量干涉条纹的移动情况，就可以确定光学系统的光轴位置和方向。
自准直仪通常由光源、分束器、透镜、干涉仪和检测器等部件组成。
光源发出的光线经过分束器分成两束，一束直射到光学系统上，另一束经过透镜成为平行光，然后通过干涉仪和检测器进行干涉条纹的测量。
当光学系统的光轴与平行光的方向重合时，干涉条纹将保持稳定，检测器将输出零信号；而当光学系统的光轴偏离平行光的方向时，干涉条纹将产生移动，检测器将输出相应的信号。
通过测量检测器的输出信号，就可以确定光学系统的光轴位置和方向。
自准直仪的工作原理是基于干涉测量技术的，它能够实现对光学系统光轴位置和方向的精确测量和调整。
在光学系统的制造和校准过程中，自准直仪起着至关重要的作用，它能够帮助工程师们快速准确地调整光学系统，确保光学系统的性能达到设计要求。
同时，自准直仪还具有测量精度高、操作简便等优点，因此在光学制造和校准领域得到了广泛的应用。
总之，自准直仪是一种基于光学干涉原理的测量仪器，它能够实现对光学系统光轴位置和方向的精确测量和调整。
在现代光学制造和校准领域，自准直仪发挥着重要作用，为光学系统的制造和校准提供了有力的技术支持。
希望本文能够帮助读者更好地理解自准直仪的原理及其工作原理，进一步推动光学技术的发展和应用。
自准直仪及误差校准方法的研究
无 光 电 池 Байду номын сангаас
光 电池
１ 秒 ０１ ．秒
ＯＯ 秒 ．１
光 机 电 算 一 体 式
自动 跟 踪 瞄 准
自动 数 字 显 示
Ｐ Ｄ或 Ｃ Ｄ Ｓ Ｃ
０．０ ０ ５秒
传 统 光 电 自准 直 仪 中大 多 采 用 振 动狭 缝 对 准 目标 刻 线 ， 后 通 过 光 电 检 波 ， 后 读 取 细 分 鼓 轮 而 最 刻 度 的方 法 来 实 现 对 反 射 像 位 移 量 的测 量 ， 的 局 限 在 于 每 次 测 量 都 需 要 人 工 的 参 与 。 当 采 用 目 它 前 应 用 较 成 熟 的 Ｐ Ｄ（ ｏ ｉｏ ｅ ｓ ｒ ｅｅｔｒ 或 Ｃ Ｄ（ ｈ ｒｅＣ ｕ ｉｄＤ ｖｃ ） 电接 收器 件 时 ， Ｓ Ｐ ｓｔ ｎ Ｓ ｎ ｏ ｔ ｏ ） ｉ Ｄ ｃ Ｃ Ｃ ａｇ ｏ ｐｅ ｅ ｉｅ 光 由
发 射 至 接 收 器 上 。 当反 射 镜 产 生 角 摆 时 ， 射 回接 收 器 上 的 光 点 位 置 也 将 发 生 变 化 ， 自准 直 原 反 依 理 ， 射 镜 的角 位 移 ａ与 准 直 物镜 的 焦 距 厂及 反 射 像 在一 收 器 上 的位 移 量 ． 数 学 关 系 为 ： 反 接 ｓ的 ◆ 煺
１ １ 光 学 自准 直 原 理 ． 图 １所 示 为 自准 直 仪 的工 作 原 理 ， 源 发 出 的 发 散 光 首 先 通 过 光 阑 ， 经 过 半 透 半 反 的 分 光 光 再
镜 ， 过 准 直 物 镜 后 称 为 平 行 光 直 接 入 射 在 反 射 镜 上 ， 后 沿 原 光 路 返 回 ， 分 光 镜 半 透 半 反 面 被 通 然 在
光准二维光电自准直仪操作手册说明书
二维光电自准直仪操作手册鞍山光准科技有限公司鞍山光准科技有限公司二维光电自准直仪操作手册目录1保修及有限责任 (1)维护 (1)功能和损坏的责任 (1)附件 (1)安全说明 (1)2设计用途 (2)3功能描述 (3)3.1二维光电自准直仪简介 (3)3.1.1自准直原理 (3)3.1.2主要技术指标 (4)3.1.3自准直仪主要功能 (5)3.1.4自准直仪主要特点 (5)3.2部件描述 (6)3.2.1自准直测头 (6)3.2.2网络连接线和电源箱 (6)3.2.3电脑 (7)3.2.4二维摆角调整底座 (7)3.2.5反射镜 (7)3.2.6激光找像器 (7)4软件介绍 (8)4.1整体界面 (8)4.1.1控制区 (8)4.1.2 显示区 (9)4.2菜单栏 (10)5操作 (13)5.1单位 (13)5.2标定 (13)5.3绝对测量与相对测量 (14)5.4有效位数设置 (14)5.5实时采集和单帧采集 (15)5.6自动测量和手动测量 (16)5.7动态测量和单次测量 (16)5.8数据的保存和查看 (17)5.9量程扩展 (17)5.10刻度显示 (18)5.11公差显示 (18)6测量 (20)6.1直线度测量 (20)6.1.1准备 (20)6.1.2输入 (20)6.1.3采样 (21)6.1.4查看结果 (22)6.1.5生成word (24)6.2平面度测量 (25)6.2.1网格布点法平面度测量 (25)6.2.2对角线布点法平面度测量 (30)6.3平行度测量介绍 (34)6.4垂直度测量介绍 (34)7附录： (35)1保修及有限责任维护该光电自准直仪在更改或维护时只能使用鞍山光准科技有限公司提供的原装部件，并且只能由鞍山光准科技有限公司明确授权的人员进行。
功能和损坏的责任该光电自准直仪如因维护不当或者由非鞍山光准科技有限公司明确授权的人员进行更改导致的仪器不能正常运行，或得不到精确结果，鞍山光准科技有限公司不承担任何责任。
自准直仪的工作原理
自准直仪的工作原理
自准直仪是一种在测量工程中经常使用的高精度测量仪器，其主要用
途是在进行测量时对仪器的方向和姿态进行修正，从而保证测量结果
的准确性。
下面我们来分步骤介绍自准直仪的工作原理。
第一步，光路原理
自准直仪的原理基于光路原理，其本质就是使用光束探测测量仪器的
姿态角。
在自准直仪中，主要使用激光光束照射到一个旋转的反射镜
或者棱镜上，然后通过像差透镜和准直透镜进行光路的整理，在透镜
后面的位置安装一个导轨（通过固体角度的反射来达到精细定位），
通过该导轨可以精细调节透镜的位置，从而实现光路的精细调节。
第二步，姿态测量
在自准直仪的光路准备好之后，接下来就是通过光束测量仪器的姿态。
在自准直仪中，主要采用两种不同的测量方法：一种是水平仪的形式，通过调节光路达到水平状态；另一种是在仪器旋转的平面上采用静电
力进行测量，进行姿态波动捕捉。
第三步，姿态校正
在完成姿态测量之后，可以通过自准直仪进行姿态校正。
在自准直仪中，主要采用动态校正和静态校正两种方法，其中动态校正是在仪器
运动时对仪器进行测量和校正，静态校正是在仪器静止时对仪器进行
测量和校正。
第四步，数据处理和输出
在完成姿态校正之后，可以将校正后的数据进行处理和输出。
在自准
直仪中，主要通过计算机进行数据处理和输出，使得测量结果更加准确。
总结一下，自准直仪的工作原理主要基于光路原理，并且采用激光光
束进行姿态测量和校正，其中动态校正和静态校正是非常重要的环节。
通过自准直仪的工作，可以大大提高测量结果的准确性和稳定性，从
而适用于各种高精度测量工程中。
CCD-A、B系列双轴自准直仪
一、简介二、主要技术指标 ＣＣＤ－Ａ、Ｂ系列双轴自准直仪是采用ＣＣＤ进行数据采集的双轴光电类自准直仪。
仪器由自准直光管，计算机、电源箱及反射镜组成，它可对任意空间位置同时进行双轴数显测量。
适用于角度值（如转台、棱体、角度器件等）的精密测量，及相关直线度、平面度、平行度、垂直度等形位检测。
也可用于相关的在线、动态检测。
该产品经过多年使用验证，性能稳定可靠，技术指标达到国际先进水平。
我们还可以为传统的目视准直光管进行改造，为满足该类仪器升级和更新要求，只要准直仪物镜光管及光源系统完好、光学像质清晰，用户均可按本系列相近仪器的主要技术指标进行技术升级改造。
为了满足特殊用户的需求，也可为其设计专用ＣＣＤ类光电自准直仪或测量工装。
型 号测量范围测量精度仪器分辨力管长／管径（㎜）最大工作距离ＣＣＤ－ＡＩＸ向 ＞ ６００″ｙ向 ＞ ４４０″≤０．２″或≤０．３″／±３００″内≤０．２″或≤０．３″／±２２０″内参考：≤０．１″／±１００″内０．０１″３２０／Φ５７＞６ｍＣＣＤ－ＡＩＩＸ向 ＞ ２７００″ｙ向 ＞ ２０００″≤０．８″～１″／±１３５０″内≤０．８″～１″／±１０００″内０．１″１８０／Φ５７ＣＣＤ－ＡＩＩＩＸ向 ＞ ４２００″≤１．５″／全量程０．１″１１０／Φ５７ｙ向 ＞ ３２００″≤１．５″／全量程ＣＣＤ－ＢＩＸ向 ＞ ６００″ｙ向 ＞ ４４０″≤０．２″或≤０．３″／±３００″内≤０．２″或≤０．３″／±２２０″内参考：≤０．１″／±１００″内０．０１″３２０／Φ５７＞６ｍＣＣＤ－ＢＩＩＸ向 ＞ ２４００″ｙ向 ＞ ２０００″≤１″／全量程≤１″／全量程０．１″１８０／Φ４５ＣＣＤ－ＢＩＩＩＸ向 ＞ ４０００″ｙ向 ＞ ３０００″≤１．５″／全量程≤１．５″／全量程０．１″１１０／Φ４５１、以图形和数字化形式同时显示工作位置和测量结果。
自准直仪原理
自准直仪原理自准直仪是一种用于测量和校准光学仪器的精密仪器，它采用了先进的技术和原理，能够实现高精度的测量和校准。
在现代科学研究和工程技术中，自准直仪扮演着非常重要的角色。
本文将介绍自准直仪的原理及其应用。
自准直仪的原理主要基于光学的干涉和衍射现象。
当一束光线通过自准直仪的光学系统时，会发生干涉和衍射现象，这些现象会受到被测量物体的表面形貌和光学特性的影响。
通过测量干涉和衍射现象的变化，可以确定被测量物体的形貌和光学特性，从而实现测量和校准的目的。
自准直仪通常由光源、光学系统、探测器和数据处理系统等部分组成。
光源产生一束光线，经过光学系统聚焦成一束平行光，照射到被测量物体表面上。
被测量物体表面的形貌和光学特性会改变光线的传播，产生干涉和衍射现象。
探测器接收到经过被测量物体表面反射或透射的光线，将其转换成电信号，经过数据处理系统处理后得到测量结果。
自准直仪可以应用于各种光学仪器的测量和校准，例如望远镜、显微镜、激光器等。
在望远镜的制造过程中，需要对镜片的形貌和光学特性进行精密测量和校准，以确保望远镜具有良好的成像质量。
自准直仪可以实现对镜片的形貌和光学特性的精密测量，为望远镜的制造提供重要的技术支持。
除了在光学仪器制造中的应用，自准直仪还可以用于科学研究和工程技术中的各种领域。
例如，在航天器的制造过程中，需要对航天器的光学系统进行精密校准，以确保航天器能够准确地进行观测和测量。
自准直仪可以实现对航天器光学系统的精密校准，为航天器的研制和使用提供重要的技术支持。
总之，自准直仪是一种应用广泛、功能强大的光学测量和校准仪器，它基于光学的干涉和衍射原理，能够实现对光学仪器的精密测量和校准。
在现代科学研究和工程技术中，自准直仪发挥着重要的作用，为各种光学仪器的制造和使用提供重要的技术支持。
相信随着科学技术的不断发展，自准直仪将会在更多的领域发挥重要作用，为人类的发展进步做出更大的贡献。
《自准直仪》课件
光电部分
自准直仪利用光电部分来检测和测量光线的方向和 强度，从而确定测量目标的位置。
遥感测量
通过遥感技术，自准直仪可以远距离测量地表特征， 如道路、桥梁和建筑物的位置和变形情况。
数字摄影测量
惯性定位模块
操作流程
使用自准直仪进行测量操作时，需要进行前准备、现场操作和数据处理。这些步骤确保测量结果的准确性和可 靠性。
相关技术
除了自准直仪，还有其他一些相关技术和设备可以用于测量和定位，如GPS、摄影测量、卫星遥感和传感器等。
GPS
全球定位系统（GPS） 是一种通过卫星信号 确定位置的技术，可 以与自准直仪结合使 用，提高定位的精度。
摄影测量
摄影测量是一种使用 航空或地面摄影图像 进行测量和定位的技 术，可以与自准直仪 相互补充，提供更全 面的测量数据。
道路与桥梁
自准直仪可以用于测量道路和桥梁的位置、高度 和变形，为工程建设提供基准数据和监测信息。
水电工程
在水电工程中，自准直仪可以用于定位建设位置 和监测水坝、水库等结构的变形情况。
坝体变形监测
通过自准直仪的定位和测量功能，可以对水坝、 大坝等坝体的变形进行持续监测和分析。
建筑物变形监测
自准直仪可用于建筑物的变形监测，提供实时的 变形数据和分析，帮助保障建筑准、
现场操作
2
设置测量参数和准备其他必要的工具和 材料。
在现场操作中，运行自准直仪并进行测
量，确保仪器稳定且准确地获取测量数
据。
3
数据处理
将测量数据导入计算机，并使用相应的 软件进行处理和分析，得出最终结果和 报告。
应用领域
自准直仪在多个领域具有广泛的应用。例如，它可以用于道路与桥梁的测量和监测、水电工程的定位和建筑物 变形的监测。
自准直仪光学系统设计
自准直仪光学系统设计周丹;向阳;高健【摘要】An novel high-precision intellectualized electronic digital display autocollimator for two-dimensional photometry was designed ,which could be used to measure small angles .The wavelength of the system was 670 nm .The foldback system was adopted in order to reach 1 m focal length and reduce the volume of the system .The position sensitive detector (PSD) was used as the optical receiver so that the accuracy of the instrument was increased and could meet the requirements that the measurement range was ± 6′and the accuracy was 0 .1″.The optical path system of the autocollimator was designed and optimized by Zemax .The emergent rays were parallel and the rays received by the determinand were homogeneous as shown in footprint diagram .These results can meet the needs of practical manufacture well .%设计一种能同时进行两维测量的、智能化的数显式自准直仪，该光学仪器可用来进行小角度测量。
HC1401A型 双向精密自准直仪(6m)
HC1401A型双向精密自准直仪（6m）设备概述：HC1401A型双向精密自准直仪（6m）是一种高精度测角用的精密光学仪器。
它广泛用于测量导轨的直线性、精密平板的平面度、基面之间的垂直度和平行度、精密轴系的晃动误差等；同时还可以来测量各种棱镜的角度差和平镜的平行差以及测量检验各种棱镜、平镜与装配基准面之间的角度误差。
该仪器主要用于小角度的精密测量，如多面棱体的检定。
也可测量高精度导轨等精密零件的直线性、平行性、垂直性及相对位置。
在精密测量和仪器检定中还可作非接触式定位，又可作自动测量。
该仪器具有安装、使用方便等特点，是精密机械、仪器制造及有关科研、计量部门必不可少的检测仪器。
设备用途：该仪器是一种应用光学自准直成象测微原理的高精度测角仪器，它利用光学自准直法，把角度量变成线值量，由微型线位移光栅传感器测出线值变化量，间接地把角度变化量测出来。
它广泛用于小角度的精密测量。
如：配合多面棱体用来检验各种分度圆（多点分度台、光学分度台、转台、测角仪等）的分度误差；测量导轨的直线度、精密平板的平面度、基面之间的垂直度和平行度、精密轴系的晃动误差等；同时还可以用来测量各种棱镜的角度差和平镜的平行差以及测量检验各种棱镜、平镜与装配基准面之间的角度误差。
因此该仪器可以在机械制造业、精密仪器制造业、计量室、光学实验室、光学冷加工车间及光学仪器的装配、调整、检验等多方面广泛得到应用。
可广泛应用于各级计量单位、研究所、大学试验室、及大厂计量室和车间加工现场，对机床、仪器的精密导轨和精密平板作运动直线轴和平直度测量，以角度仪器和器具的角值精度测定。
使用环境：1．环境要求：本仪器为精密计量仪器，测量精度直接与环境条件有关，为此使用本仪器应在环境整洁、离震源较远、恒温达20℃±1℃的工作环境内进行，当加工现场测量时，也适当注意上述要求。
2．操作注意事项：仪器使用前应用软性纱布和航空汽油将基面的防绣油脂清擦干净。
仪器的二维测微器，供用户在观察时使用。
高精度多功能激光准直仪的研制
第36卷，增刊红外与激光工程2007年9月V bl．36Su ppl e m e n t I nf}a r ed a nd Las er Engi nee曲g Sep．2()07高精度多功能激光准直仪的研制李田泽1，谭博学1，马立修1，卢恒炜1，袁江2(1．山东理工大学电气与电子工程学院，山东淄博255049；2．南通大学机械工程学院，江苏南通226007)摘要：阐述了光电位置敏感器件(Ps D)的结构、特点、工作原理及其非线性，提出采用电桥理论分析P SD非线性误差的新方法。
在此基础上，采用高精度低温漂高输入阻抗前置放大器、加法器、减法器、除法器等电子元器件，对改进型的2D．PsD的信号调理电路进行了设计与调试；使用连续发射的激光光源、分光器，滤光器等光学元器件，设计了一种消除光束漂移的光学系统。
通过对数据采集系统的研究、设计，研制开发出直线度的测评软件与研制的高精度多功能激光准直仪相结合，对直线度进行了实时测试与分析，并给出了实验测试结果及其仪器进一步改进的方法，最后对仪器的应用前景作了展望。
关键词：激光准直仪；横向光电效应；非线性分析；电桥理论中圈分类号：TN l5文献标识码：A文章编号：1007—2276(2007)增(探测与制导)一0508．05M锄uf act ur e of hi咖一pr eci si on m ul t i-f unct i on I as er coI H m at orU面a11．zel，7r A N B o．xue l，M A Li—xi ul，L，U H en g—w ei l，Y U A NJ i a n92(1．S c ho ol o f E1ec啦e al l dEl ect rc戚cEngi neeri ng，ShandongU ni versi t yof嗽hnol ogy’zi bo255049，C t面霹2．Sch∞I o f M cch姐i caI Engin∞f i n g，N柚t∞g U ni ve巧i吼N锄t ong226007，(=ll i衄)A bs t r戢t：Expound也e s t r uct ur e，ch ar act er'w or k pri nci pl e aI l d non-l i ne ad哆0f PSD(Pos i t i onse nsi t i V e det ect or)．A new ki nd of m et t l od w t l i ch i s bri dge吐l e ory i s put f or w ar d t o aI l al y ze tl l e nonl i neari t)rer r o r of P SD．B ase d on m at，use s o I n e el ect r i c com ponen t s，f or exam pl e t he t I i gh—pr eci si on l ow—t em per at ure 硒ft hi g h i nput i m pe dance pre posi t i V e am phf i er'sum m at of'sub跳c钯r’出V i der et c，t o des i gn and deb ug t he s i gna l pr o ces s i ng ci rcu“of i m pm V ed P SD；ut m ze s om e opt i ca l com ponen t s，f or exa玎叩l e t he con t i nuo us er nj ss i on l a se r sour ce，be锄spl it t er，f il t er et c，t o desi gn a hnd of opt i ca I s ys t em t o aV o i d be锄越f t．T hr ough r esea r cm ng aI l d desi gni ng t he dat a a cqui si t i on s ys t em，a st r a i ght nes s t：est s o f t w are is deV el oped t0 com bi ne w i t h t he hi gh—pr ec i s i on m ul石一f unct i on l a se r col l i m a幻r．In m i s soR w ar e t11est r a i ght nes s i s t e st e dand aI l a l yze d on r eal—t i m e，m en nl e exper i m ent r e sul t s and s om e a dva Il ce f net hod of m e P SD are舀ven，i nm e eI l dⅡ1i s i nst nl m ent’s a ppl i ca t i on pr o s pect s i s f or ecast．K ey w or凼：L aser col l i m at or；Tet ra l ater al；N ol l l i neaIi哆龃al yzi ng；B dd ge m e or y收奠日期l2007—0r7-3l薹盒疆目：山东省教育厅资助项日(J05c5I)，山东理工大学基金资助项目(2004日M13)作t■介I李田泽(1963一)，男，山东潍坊人，教授，从事光电检测、激光技术研究。
【CN209181736U】一种自准直仪系统【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)实用新型专利(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201920184921.6(22)申请日 2019.02.01(73)专利权人 陕西国防工业职业技术学院地址 710300 陕西省西安市鄠邑区人民路8号(72)发明人 吴呼玲 (74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙) 11350代理人 汤东凤(51)Int.Cl.G01B 11/26(2006.01)(54)实用新型名称一种自准直仪系统(57)摘要本实用新型公开了一种自准直仪系统，包括环境箱和控制箱，环境箱内设置有激光光源的仪器主体、体外反射镜、三维可调底座、支撑座和执行箱，控制箱内设置有控制器和真空泵，控制箱上设置有与控制器电连接的参数输入模块和开关模块，执行箱内设置有温度传感器、湿度传感器、压强计、加湿器、加热模块和风机，控制器接有用于驱动加湿器的第一驱动模块、用于驱动加热模块的第二驱动模块、用于驱动风机的第三驱动模块和用于驱动真空泵的第四驱动模块。
本实用新型结构简单、设计合理，三维可调底座可实现工作台面在X、Y和Z方向上的三维调节功能，并具有调节环境箱内测量环境的功能，从而提高激光自准直仪的测量精度。
权利要求书1页 说明书6页 附图3页CN 209181736 U 2019.07.30C N 209181736U权 利 要 求 书1/1页CN 209181736 U1.一种自准直仪系统，其特征在于：包括环境箱(1)和控制箱(2)，所述环境箱(1)内设置有激光光源的仪器主体(6)、体外反射镜(4)、用于放置仪器主体(6)的三维可调底座(5)、用于放置被测物件的支撑座(3)以及执行箱(7)，所述三维可调底座(5)包括第一底盘(55)、设置在第一底盘(55)下方的行走轮(57)、与第一底盘(55)滑动连接的第二底盘(53)、设置在第二底盘(53)上的升降机构(52)以及设置在升降机构(52)上的工作台面(51)，所述第一底盘(55)的下方设置有用于调节第一底盘(55)高度的调高调平机构(56)，所述第二底盘(53)上设置有水平仪(54)；所述控制箱(2)内设置有控制器(9)和真空泵(98)，所述控制箱(2)上设置有与控制器(9)电连接的参数输入模块(912)和开关模块(913)，所述执行箱(7)内设置有温度传感器(99)、湿度传感器(910)、压强计(911)、加湿器(95)、加热模块(96)和风机(97)，所述控制器(9)接有用于驱动所述加湿器(95)的第一驱动模块(91)、用于驱动所述加热模块(96)的第二驱动模块(92)、用于驱动所述风机(97)的第三驱动模块(93)和用于驱动所述真空泵(98)的第四驱动模块(94)。
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对 力标准机进行控制, 往往要对多达 30 路以上的 开关量信息进行监测, 并对 10 个以上的执行机构进行 开关控制。采用ST D 工业总线结构, 使得该静重式测力
( 上接第 20 页) 表 1 与穆勒 ELCOM AT 3000 比较结果 ( ″)
ELCO M A T 3000 显 示 本样机显示
( 6354 Inst it ut e of CS SC, Jiuj iang 332000, China)
Abstract: A hig h accur acy t wo -ax is aut ocollimat or is int roduced in this paper , w hich uses t he surf ace array CCD co mpo nents as phot oelect ricy sensor , and t w o-ax is angle by t he t heory of aut ocollimat e are m easur ed. T he measuring scope is ±300″, and the accuracy is ±0. 2″.
1 自准直原理
自准直仪是基于自准直原理, 通过光电瞄准对被 测件的角位移进行精密测量的仪器, 其测量原理如图 1 所示。
图 1 自准直测量原理图
当光源 4 发出的光线照明物镜 2 焦平面上分划板 3 的目标 O 时, 如果 O 点在物镜 2 光轴上, 那么由它发出 的光线通过物镜后, 成一束与光轴平行的平行光束射 向反射镜 1。当反射镜面垂直于光轴时, 光线仍按原路 返回, 经物镜后仍成像在分划板上O 处, 与原目标重合。 如果反射镜与光轴不垂直, 而是偏过一个小角度 , 当
位置
X轴
Y轴 X轴 Y轴
比 较结果 X轴 Y轴
0 0. 00 1 1. 03 2 2. 00 3 3. 01 4 4. 02 5 5. 00 6 6. 01 7 6. 98 8 7. 97 9 8. 97 10 9. 95 20 19. 95 30 29. 94 40 39. 96 50 49. 95 60 59. 90 70 69. 92 80 79. 93 90 89. 92 100 99. 90 200 199. 88 300 299. 85
上两个方向的线值量变化, 通过对 CCD 器件输出信号
的采集, 经过数据处理计算出线值量变化量, 利用自准
直原理公式计算角度变化, 从而实现了对高精度二维
角度变化的测量, 系统结构框图如图 2 所示。
图 2 CCD 自准直系统结构框图
仪器的测量原理是: 光源发出的光束照亮十字线 分划板经光学透镜组后形成平行光射向反射镜( 反射 镜位于被测物体上) , 经反射并成像在 CCD 器件上, 在 驱动电路的作用下, 计算机将 CCD 器件输出的信号进 行采集, 并进行相关计算和处理。
通过相应软件的编制, 该系统可广泛用于全系列 力标准机的自动控制系统, 也可用于其它更为复杂的 开关量工业过程控制。
参 考文 献
[ 1] 何立民. M CS-51 系列单片 机应用系统设计系 统配置与接口 技 术[ M ] . 北京: 北京航空航天大学出版社, 2001.
[ 2] 蔡正平. 力值与硬度计量手册[M ] . 北京: 科学出版社, 1980. [ 3] 雷霖. 微机自动检测与系统设计[ M ] . 北 京: 电子工业出版 社, 2003. [ 4] 马忠梅, 等. 单片机的 C 语言应用程序设计[M ] . 2003. [ 5] A t mel Corporati on . A T 89C52 D ata Sheet [ Z] . 1999. [ 6] 郑建翔, 等. 杠杆式力标准机自动控制系统[ J] . 航空计测技术, 2001, 21( 6) : 38-41.
5 与 Moller 光管进行比对实验
德国穆勒公司的 EL COMAT 3000 型自准直仪在 全量程( ±1000″) 范围内示值误差不超过 0. 25″, 在任意 20″内示值误差不超过0. 10″。我们将研制样机与其进行 了比对, 结果非常接近。特别是在小范围内几乎一致。 比对结果如表1 所示。
在光路设计中, 采用了折返式光路, 光线经两个反 射镜反 射, 有效地 减小了仪 器的长度, 使仪器 便于携 带, 并且通过实验证明是可行的。
4 仪器主要技术指标
1) 分辨力: 0. 01″; 2) 测量范围: ±300″; 3) 示值误差: 在±300″内不超过±0. 2″, 在±10″范 围内不超过±0. 1″。
图 6 自动方式检定流程图
4 试验结果
我们将该方法设计的控制系统应用在北京长城计
量测试技术研究所的 1 kN 静重式测力机上( 该机器的
测量范围为10 N～1 kN) , 对T S100 型标准测力仪进行 检定, 检定数据分析如表 1 所示。
表1
负荷/ N
压向读数 平均值/ N
重复性/ % 示值误差/ %
图 3 光学系统图
光学系统的原理是: 光源经聚光镜聚焦后汇聚在 十字线分划板上, 由于分划板位于物镜的焦面上, 通过 十字线的光通过分光棱镜、两块反射镜的折射、再通过 物镜后成平行光射出; 出射的平行光被反射镜反射后 仍为平行光, 反射回的平行光经原路返回后, 在分光棱 镜处分成两路相互垂直的光路, 一路光线经折射后汇 聚在位于物镜另一焦平面的CCD 器件上, 并成像。当反 射镜垂直主光轴时, 十字线成像在 CCD 器件的中心位 置; 当反射镜有一 个空间偏 转时, 十 字线成像 将偏离 CCD 器件的中心位置, 测量十字线交点偏离中心位置 的距离, 利用等式 1 即可求出两个偏转角的角度值。
20
19. 99
0
0. 1
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由表1 可知, 该系统能实现对力传感器各项检定的 自动化功能。且测量重复性小于 0. 1% , 长期稳定度不 大于 0. 1% / 年, 力标准机的测量不确定度可维持在 2× 10- 4 。
关键词: 高精度; 自准直仪; 二维 中图分类号: T H741. 14 文献标识码: B 文章编号: 1002-6061( 2006) 05-0019-02
Research of A High Accuracy Two-axis Autocollimator Z OU Jiu-gui, GAN Jun-ho ng , JI Guo -ding
3 光学系统
光学系统的设计主要有以下几个部分: 第一, 光电 转换器的选择。作为图像传感器的光电转换器的选择 直接影响测量系统的测量精度、分辨力等技术指标, 因 此它的选择非常关键。本课题中, 选择了面阵CCD 器件 作为图像传感器。第二, 光源设计。光源是光电自准直 系统的重要组成部分, 光源的发光强度、光强稳定性及 光源的发热量等特性对于仪器的测量距离和测量精度
传统自准直仪测量准确度和测量范围受许多因素 的限制, 尤其是由于人眼瞄准和读数产生的瞄准误差 及估读误差难以改善。近年来, 人们开始进行将各种光 电探测器用于自准直仪的探索性研究工作, 并取得了 很多成果。仪器的分辨力、测角精度以及在动态测量方 面都有了不同程度的进展。
随着CCD 技术的成熟运用, 将 CCD 技术引入自准 直仪已成为可能。据所能查阅到的资料, 推向市场的光 电自准直仪中, 德国M OLL ER 公司生产的 ELCOM AT HR 和 ELCOM AT 3000 均采用高分辨 力的线阵 CCD 作为光电探测器。由于其性能较高, 许多用户开始引进 该型号的产品, 但因价格昂贵, 且受国际政治的影响, 引进遇到许多困难。
都有很大的影响, 因此选择合适的光源是很重要的。本 系统采用高亮度L ED 作为光源。第三, 分划板设计。分 划板形 式的研究是近 来自准直仪研究 较为活 跃的领
2006 年第 26 卷第 5 期
域, 分划板往往与光电探测器件配合使用, 设计优良的 分划板形式可以使系统容易实现二维角度测量, 还可 避免测量的盲区。本系统采用十字狭缝分划板。第四, 系统主光路设计。系统主光路由光源、毛玻璃、聚光镜、 分划板、分光棱镜、物镜等组成, 主光路用来实现光源 光束转折、准直焦距的缩减和回射光束分离等作用。光 学系统如图 3 所示。
·20· 新技术与新仪器 平行光轴的光线射向反射镜时, 光线按反射定律与原
光线成 2 角返回, 通过物镜后成像在分划板的O′处, 与
原目标 O 不重合而有 OO′位移量。
根据几何光学原理, 位移量 x = OO′可按下式计算:
x = f ′t g2
式中: f ′为物镜焦距, m m。
由于 角很小, 所以上式可近似为
0. 00 1. 00 2. 02 3. 05 3. 95 5. 01 5. 99 6. 94 7. 98 9. 00 10. 05 20. 02 30. 02 40. 10 50. 05 60. 08 70. 04 80. 03 90. 03 100. 04 200. 05 300. 06
0. 00 0. 00 0. 00 1. 02 1. 02 - 0. 01 2. 01 2. 02 + 0. 01 3. 00 3. 05 - 0. 01 3. 98 3. 98 - 0. 04 4. 95 4. 99 - 0. 05 5. 97 5. 94 - 0. 04 6. 95 6. 95 - 0. 03 7. 93 8. 00 - 0. 04 8. 92 9. 05 - 0. 05 9. 90 10. 09 - 0. 05 19. 84 20. 10 - 0. 01 29. 80 30. 12 - 0. 14 39. 88 40. 17 - 0. 08 49. 80 50. 16 - 0. 15 59. 75 60. 18 - 0. 15 69. 78 70. 20 - 0. 14 79. 76 80. 19 - 0. 17 89. 75 90. 20 - 0. 17 99. 75 100. 22 - 0. 15 199. 68 200. 23 - 0. 20 299. 64 300. 20 - 0. 18