[發明專利]基于激光位移傳感器的多探測器系統光軸平行性校正方法

有效

• 申請號: 202010942615.1
• 申請日: 2020-09-09
• 公開（公告）號: CN112068322B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 孫浩;周曉斌;文江華;劉召慶;原琦;張衡;吳妍;金明鑫;吳奉澤
• 申請（專利權）人: 西安應用光學研究所
• 主分類號: G02B27/30
• 分類號: G02B27/30;G01B11/26
• 代理公司: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011
• 代理人: 劉二格

1.一種基于激光位移傳感器的多探測器系統光軸平行性校正系統，其特征在于，包括：

光軸校正平臺(7)；

光具座(4)，安裝在光軸校正平臺(7)上，其上安裝待校正光電探測器(3)和基準光電探測器(10)；

縱向傳感器支架(8)，可移動地安裝在光軸校正平臺(7)上，其可移動方向為靠近或遠離光具座(4)的方向；

橫向傳感器支架(9)，安裝在縱向傳感器支架(8)上，其長度方向與縱向傳感器支架(8)的可移動方向垂直；

第一激光位移傳感器(1)及第二激光位移傳感器(2)，并排安裝在橫向傳感器支架(9)上，其發射口朝向待校正光電探測器(3)側面。

2.如權利要求1所述的基于激光位移傳感器的多探測器系統光軸平行性校正系統，其特征在于，所述光軸校正平臺(7)上并排布置光具座固定支架一(5)和光具座固定支架二(6)，光具座(4)安裝在光具座固定支架一(5)和光具座固定支架二(6)上；待校正光電探測器(3)安裝在光具座(4)上方，基準光電探測器(10)安裝在光具座(4)下方。

3.如權利要求2所述的基于激光位移傳感器的多探測器系統光軸平行性校正系統，其特征在于，所述光具座(4)上開設有長圓孔，待校正光電探測器(3)安裝在長圓孔內，通過長圓孔調整待校正光電探測器(3)側面的傾斜度，該傾斜度為待校正光電探測器(3)側面相對基準光電探測器(10)光軸的傾斜程度。

4.如權利要求3所述的基于激光位移傳感器的多探測器系統光軸平行性校正系統，其特征在于，所述第一激光位移傳感器(1)和第二激光位移傳感器(2)通過串口連接工控機，向工控機傳輸所采集的數據流。

5.一種基于激光位移傳感器的多探測器系統光軸平行性校正方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：搭建光軸平行性校正裝置，并將其置于平行光管有效通光孔徑中

校正裝置包括安裝工裝，在安裝結構工裝上安裝待校正光電探測器3、基準光電探測器(10)和并排布置的第一激光位移傳感器(1)、第二激光位移傳感器(2)，第一激光位移傳感器(1)、第二激光位移傳感器(2)發射口朝向待校正光電探測器(3)側面且三者間的位置關系可調節；通過串口完成第一激光位移傳感器(1)與第二激光位移傳感器(2)的數據流傳輸；

基于安裝工裝，建立O-XYZ坐標系中，OZ向為第一激光位移傳感器(1)與第二激光位移傳感器(2)連線方向，OX向為第一激光位移傳感器(1)激光發射窗口光軸方向，OY向為垂直于OXZ平面方向；

第二步：調整校正裝置位置，使基準光電探測器(10)輸出圖像中心十字對準平行光管靶標中心

第三步：雙激光位移傳感器偏差量計算

待校正光電探測器(3)處于初始位置時，設第一激光位移傳感器(1)及第二激光位移傳感器(2)輸出位移值為X1、X2，待校正光電探測器(3)移動使其側面傾斜度變化后，第一激光位移傳感器(1)及第二激光位移傳感器(2)輸出位移值為Y1、Y2，可得：

其中，R為第一激光位移傳感器(1)及第二激光位移傳感器(2)在OZ軸向上的距離，待校正光電探測器(3)偏移角度量為γ，設γ0、γ1為待校正光電探測器(3)移動前及第一次移動后其側面與OX軸之間夾角，以量化待校正光電探測器(3)光軸通過長圓孔調節的調節量；

第四步：待校正光電探測器(3)調節量與圖像十字中心偏移量數學模型的建立

多次通過長圓孔調整待校正光電探測器(3)與OX軸向夾角，記錄探測器偏移角度量γ0、γ1、γ2……γn，由γ1-γ0、γ2-γ1、γ3-γ2……γn-γ(n-1)后得到每次調整后調整量的變化量值，記為ω1、ω2、ω3……ωn；設定圖像灰度閾值提取待校正光電探測器(3)輸出圖像中亮點坐標值，以亮點灰度為加權條件計算出圖像光能中心點與探測器輸出圖像中心OX軸向偏移值，視為每次調整后探測器輸出圖像靶標中心點與探測器中心十字OX軸向的偏移量，該量相減后得到每次調整后探測器十字移動量，記為P1、P2、P3……Pn，使用最小二乘法對探測器十字移動量記錄值進行擬合，得到待校正光電探測器3調節量ω與圖像中探測器十字移動量P之間的系統狀態方程：P＝M(ω)；

第五步：待校正光電探測器(3)光軸平行性校正

通過圖像灰度閾值加權光能中心提取，得出探測器十字到靶標中心移動量S＝P帶入待校正光電探測器(3)調節量與圖像探測器十字移動量系統狀態方程P＝M(ω)中，求得待校正光電探測器(3)調節量ω，以此值調整待校正光電探測器(3)光軸，實現與基準光電探測器(10)光軸的平行性校正。