[發明專利]高分辨力雙軸自準直儀系統

有效

• 申請號: 201210311121.9
• 申請日: 2012-08-28
• 公開（公告）號: CN103630090A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 王震;張俊杰;張忠武;李永剛;孫方金
• 申請（專利權）人: 北京航天計量測試技術研究所;中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01B11/26
• 分類號: G01B11/26
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明屬于幾何量計量測試技術領域，具體涉及一種高分辨力雙軸自準直儀。

背景技術

自準直儀是應用最廣泛的小角度測量儀器，用于測量反光鏡微小的角位移。光學自準直儀在20世紀30年代中期就開始用于角度測量，到了20世紀40年代末期，精度為1秒的儀器被正式采用。當以光電技術取代肉眼之后，其精度有了大幅度的提高。在20世紀60年代美國、英國及德國制造商已生產了多種光電式的商品自準直儀。之后數十年來自準直儀得到了飛速的發展。自準直儀經歷了目視式、光電指零式和數顯式三個發展階段。

數顯式自準直儀的出現使自準直儀的性能有質的飛躍，數顯式把儀器準確度由1″級提高至0.1″級，最小顯示值由0.1″級提高至0.01″級。數顯式自準直儀準確度高，使用方便，操作簡單，能實現自動測量。按光電轉換元件分類，典型的數顯式自準直儀有振子式、、PSD式、和CCD式等。

提高分辨力和示值穩定性（減小跳字量）是通用數顯自準直儀的發展方向。

高分辨力是高準確度的保障與前提，高穩定性（跳字量小）又是高分辨力的保障與前提。跳字量是靜態數顯自準直儀的特點和難點。動態測量每次采樣只有一個數值輸出，反應不出示值的跳動，其難點是動態響應速度和動態準確度，但通用儀器要讀出每個位置的穩定讀數值，跳字大就只能估讀，影響示值的準確度，也影響分辨力。因此國內外對提高光電自準直儀的分辨力和穩定性進行了大量的研究工作，分辨力的提高主要是通過增長自準直儀物鏡的焦距和增加圖像亞像素處理的細分數，當前準確度最高的數顯自準直儀是德國公司的HR型自準直儀，它用CCD作為光電轉換元件，物鏡焦距為1100mm，最小顯示值為0.001，分辨力0.005，示值誤差在10范圍內為±0.01，在40范圍內為±0.02，在300×300全量程內為±0.03。國內尚無同等產品。

但是增長自準直儀物鏡焦距的會引起儀器的體積、長度和重量增大。而增加亞像素處理的細分數會加劇示值跳動，穩定性下降，細分可靠性降低，德國HR自準直儀雖然最小顯示值可達0.001，但其技術文件中的分辨力為0.005，按分辨力公式：

dδ=ρ·dt2·f′·N]]>

式中dδ為測角分辨力，單位為角秒，dt為CCD測量方向的相鄰像元的間距，單位為mm，ρ為弧度到角度的轉換常量，取206265，f'為物鏡焦距，單位mm，N為CCD的軟件細分數。如選擇相鄰像元間距dt＝0.007mm的CCD作為光電傳感器，物鏡焦距f′＝1100mm，要達到0.001分辨力，細分數需達到657細分，其可靠性是很難保證的，因此HR盡管可以顯示至0.001，但其技術文件中的分辨力為0.005，相應的細分數為131.4。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高分辨力雙軸自準直儀系統，在焦距為1000mm、細分數不超過100時，使分辨力達到0.001。

本發明的技術方案如下：一種高分辨力雙軸自準直儀系統，該系統包括儀器外殼以及固定在儀器外殼上的物鏡組套筒，其中，物鏡組套筒由前后依次設置的物鏡前組和物鏡后組組成，儀器外殼內安裝有水平LED光源、垂直LED光源、水平準直分劃板、垂直準直分劃板、分光棱鏡A、分光棱鏡B、分光棱鏡C以及反光鏡，其中，反光鏡對通過物鏡后組的水平光線進行反射，形成垂直光線，射入兩個依次布置的分光棱鏡B以及分光棱鏡A，并在分光棱鏡A的垂直光線通路上依次設有水平準直分劃板、水平聚光鏡以及水平LED光源，分光棱鏡A反射的水平光線通路上依次安裝有顯微物鏡B和垂直安裝的第二線陣CCD；分光棱鏡B反射的水平光線通路上依次安裝有分光棱鏡C、顯微物鏡A以及水平安裝的第一線陣CCD，且在分光棱鏡C垂直水平面的反射光線通路上依次安裝有垂直準直分劃板、垂直聚光鏡以及垂直LED光源。

所述的反光鏡由若干個反光鏡組成，可以對通過物鏡后組的水平光線進行若干次折疊反射后，形成垂直光線。

所述的水平準直分劃板或垂直準直分劃板安裝在物鏡前組和物鏡后組的焦面上。