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面阵CCD自准直测量系统研究

【摘要】:自准直仪是一种高精度的小角度测量仪器,可用于多面棱体、多齿分度台的检定,还可用于直线度、平面度、相对角位置偏差的测量,它是精密测量、精密加工、仪器制造及相关科研、计量部门必不可少的检测仪器。 目前国内的高精度自准直仪多为一维测量,且测量范围小,智能化程度低。随着科技的进步与发展,仪器制造行业对精密计测技术有了更高的要求,特别是电子技术、传感技术、计算机技术以及现代信号处理技术在精密仪器中的广泛应用,研制一种新型的高精度双轴自准直仪已成为必要和可能。 本课题是采用新型的图像传感器面阵CCD作为光电转换器,应用自准直测量原理,研制一种新型的、高精度、双轴、大范围、智能化的自准直仪。研制工作包括对仪器的机械结构、光学系统、硬件电路和软件系统的设计、安装、调制及最终的检测验证。 在光学系统中,采用了高性能的LED发光管组成的阵列光源,采用了折反式光路,减小仪器体积。 在硬件电路中,采用DSP嵌入式开发系统,提高数据的处理速度,使用可编程逻辑器件FPGA实现对外围接口电路的逻辑控制。 在软件系统中,研究了CCD亚像元细分原理并建立了数学模型,采用软件细分的办法,使测量的分辨力和精度大大提高,在软件的编制上,采用C语言编程,模块化设计,具有良好的结构、可读性和可移植性的特点,在人机交互方面做了大量的工作,测量界面丰富,使仪器具有良好的操作性。 对样机进行了各项性能和技术指标的检测,并对误差进行了分析。样机测量范围大于±300″,测量精度0.2″,分辨力优于0.01″。

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