[發明專利]一種PSD標定裝置及基于該裝置的參數標定方法

有效

• 申請號: 202210399587.2
• 申請日: 2022-04-15
• 公開（公告）號: CN114739292B
• 公開（公告）日: 2023-02-24
• 發明（設計）人: 邱啟帆;董登峰;周維虎;程智;張佳;張劉港
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學;海寧集成電路與先進制造研究院
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00
• 代理公司: 北京庚致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11807
• 代理人: 李曉輝

本公開提供一種PSD芯片參數標定裝置，包括：激光器驅動電路、激光器、二維精密平臺、穩固平臺、伺服驅動裝置、數據處理電路。本公開還提供一種PSD非線性畸變標定方法，包括：設置一定邊長的網格，同時，令PSD機體坐標系零點作為二維精密平臺移動的原點，網格覆蓋PSD芯片；獲取PSD坐標真值，包括：通過伺服驅動裝置控制二維精密平臺以邊長為步長進行運動進而帶動PSD芯片以邊長為步長進行運動，使得激光照射至PSD芯片在網格的各個頂點，基于步長記錄PSD在網格的各個頂點的坐標真值；獲取PSD坐標讀數；基于PSD坐標真值和PSD坐標讀數，建立PSD芯片在網格各個頂點坐標誤差模型；以及對誤差模型通過插值方法進行畸變補償。本公開還提供了一種PSD機體坐標系標定方法。

技術領域

本公開涉及激光測量領域，尤其涉及一種PSD芯片參數標定裝置、PSD機體坐標系的系數標定方法以及PSD非線性畸變標定方法。

背景技術

隨著激光技術的發展，激光單色性及方向性等性能的不斷提高，以激光為媒介的光電精密測量技術在工業領域得到了愈加廣泛的應用。激光測量作為一種非接觸式測量技術，通過光電器件將光信號的強度、相位及頻率等信息轉換為電信號，進而通過對電信號的采集、處理和分析得到光變化量，并通過物理模型建立光變化量和待測對象的數學關系，通過該關系實現對被測對象的位移、距離和角度等幾何量的測量。

常見的光電器件包括四象限探測器(F-QD)、電荷耦合器件(CCD)以及位置敏感器件(PSD)。其中PSD因其具有測量連續特性、高分辨率、高靈敏度和對光束外形質量要求低等特點，在激光位置檢測系統中具有優勢，可以在微位移檢測系統中用做光斑位置探測，但在使用時，往往會在標定過程中引入誤差，進而影響測量精度。因此，如何通過參數高精度標定來減小PSD系統誤差，是本領域技術人員亟待解決的問題。為了便于說明空間坐標系關系，定義PSD機體坐標系與導航坐標系，如圖3所示。文獻1《光電位置敏感探測器標定裝置設計》中提出了一種基于二維數控平臺和激光器的標定裝置，該裝置以二位數控平臺位移為基準，通過二維平臺的讀數解算獲得PSD坐標變化和位移平臺實際變化量的實際映射關系。該方案未考慮激光光束的位移和角漂現象。文獻2《位置敏感探測器定位誤差的標定方法》提出了一種基于光楔的標定平臺，該平臺通過使標定用激光的傳播路徑產生變化進而對待測PSD進行標定。該方法環境要求高，光學器件裝調步驟復雜，對標定操作人員要求較高。文獻3《位置敏感傳感器的標定裝置和標定方法》提出了一種基于單軸轉臺的標定裝置，該裝置使用旋轉角度作為直接測量量，進而解算參數。該方法通過間接測量進行坐標參數標定，存在轉換過程中因數學計算可能引入的誤差。同時上述三個方案均沒有考慮PSD機體坐標系和PSD導航坐標系的實際空間轉換關系，即二維平臺的單向運動會在PSD上體現為產生兩軸分量，這會對系數標定帶來影響，最終影響使用精度。

發明內容

為了解決上述技術問題中的至少一個，本公開提供了一種PSD芯片參數標定裝置、PSD機體坐標系的系數標定方法及PSD非線性畸變標定方法。

根據本公開的一個方面，提供一種PSD芯片參數標定裝置，包括：

激光器，所述激光器與激光器驅動電路連接，生成激光并發射激光至PSD芯片；

二維精密平臺，所述二維精密平臺設置于穩固平臺上，可放置所述PSD芯片，在伺服驅動裝置的控制下帶動所述PSD芯片運動，并對所述PSD芯片進行定位；

穩固平臺，用于放置所述二維精密平臺，使所述二維精密平臺在平穩固定的環境中工作；

伺服驅動裝置，所述伺服驅動裝置用于控制所述二維精密平臺運動，所述伺服驅動裝置與所述穩固平臺不接觸；

數據處理電路與所述PSD芯片連接，且與所述穩固平臺不接觸，用于讀取所述PSD芯片的原始坐標進行參數標定或讀取補償后的坐標數據進行參數檢驗；

激光器驅動電路，與所述激光器連接，且與所述穩固平臺不接觸，用于使所述激光器產生穩定的功率的激光。