CN2316630Y - 高精度角度自动测量仪器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高精度角度自动测量仪器。它由平面反射镜1、自准直平行光管2、CCD摄像机3、图像采集卡4、数据处理计算机5组成,其特征在于:自准直平行光管2的光学输出端6与CCD摄像机3的摄像镜头7同轴相联,CCD摄像机3通过图像采集卡4与数据处理计算机5相连。能够进行二维角度的高精度自动测量,具有测量距离范围宽、环境适应能力强、自动化程度高、实施容易的优点,可广泛用于多种高精度角度测量场合。
Description
本实用新型涉及一种测量仪器，尤其是涉及一种高精度角度自动测量仪器。
目前角度测量仪器主要有三种：激光干涉法、平行光法和光栅测量法角度测量仪。激光干涉法角度测量仪测量精度虽高，但激光相位容易受环境因素如空气扰动的影响，只能用于短距离角度测量并对测量环境有较高的要求；光栅测量法角度测量仪结构复杂，成本高，也只能用于短距离角度测量；中国专利CN2066570U公开了一种光学空间角度标准测量仪，采用平行光法进行角度测量，由平行光发生器、折光棱镜等组成，用于解决光学经纬仪及其它空间角度测量仪器的角值标定问题，但没有自准直、自动测量和高精度数据处理；在Proceedings of SPIE-The International Society for OpticalEngineering(USA),Vol:557,1985中的一篇文章“采用多重反射自准直平行光法进行高精度角度测量的一种新方法”(英文为：Description of a new high accuracy methodof angle measurement by multireflected autocollimation)公开了一种通过对自准直平行光管进行多次反射得到高精度角度测量的方法并对T16经纬仪等进行了实验，但测量过程还是延用自准直平行光管和经纬仪的人工测量方法，不具备自动测量功能和二维角度测量功能，并且调整难度大、稳定性差。
本实用新型的目的是提供一种高精度角度自动测量仪器，它采用自准直平行光法进行角度测量，能够进行二维角度的高精度自动测量，具有测量距离范围宽、环境适应能力强、自动化程度高、实施容易的优点，可广泛用于多种高精度角度测量场合。
本实用新型实现的技术方案是：它由平面反射镜、自准直平行光管、CCD摄像机、图像采集卡、数据处理计算机组成，其特征在于：自准直平行光管的光学输出端与CCD摄像机的摄像镜头同轴相联，CCD摄像机的视频输出端与图像采集卡相连，图像采集卡与数据处理计算机相连，自准直平行光管与平面反射镜同轴相对。
本实用新型使用时，将平面反射镜安装于被测物体的待测工作面上，自准直平行光管在仪器中的作用相当于高精度的角度传感器，由自准直平行光管产生一参考十字叉线平行光，此平行光经反射镜反射后在自准直平行光管的焦平面上成像为测量十字叉线，此测量十字叉线和参考十字叉线之间的位移正比于平行光管和测量反射镜光轴之间的二维夹角，将角度量转换成平行光管焦平面上两个十字叉线之间的距离值，自准直平行光管焦平面上的两个十字叉线图像由CCD摄像机进行光电转换成电子图像并以标准视频信号形式输出，由图像采集卡进行AD转换再将电子图像转换成数据图像后进数据处理计算机进行图像识别和处理，高精度地计算出两个十字叉线之间的二维距离亦即二维角度值。当被测物体角度变化时，位于将被测物体的待测工作面上的平面反射镜的角度相应变化，造成测量十字叉线和参考十字叉线之间的位移线性变化，因此本实用新型可以连续测出待测物体的角度变化。
以下将结合附图对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型中自准直平行光管焦平面上的两个十字叉线图。
图3是本实用新型中数字图像的十字叉线光强分布图。
图4是本实用新型中数据处理计算机的软件流程图。
参见图1，自准直平行光管2的光学输出端6与CCD摄像机3的摄像镜头7同轴相联，CCD摄像机3的视频输出端8与图像采集卡4相连，图像采集卡4与数据处理计算机5相连，自准直平行光管2与平面反射镜1同轴相对。平面反射镜1安装在被测物体的待测工作面上，平面反射镜1可采用φ70mm的K9玻璃，表面光洁度为I级、平面度N≤0.2、表面反射率高于85％的反射镜，自准直平行光管2可采用北京计量仪器厂生产的702型自准直平行光管，CCD摄像机3可采用分辩率高于640TV线的黑白或彩色CCD摄像机，图像采集卡4可采用图像采集分辩率高于640×480、256级灰度的图像采集卡，数据处理计算机5可采用与IBM-PC兼容的486DX2-100以上的微机，图像采集卡4可***数据处理计算机5。
参见图2、图1，在自准直平行光管2焦平面上形成的参考十字叉线9和测量十字叉线10图像，其中参考十字叉线9在测量过程中是固定不动的，测量十字叉线10的二维位置随平面反射镜1与自准直平行光管2的光轴之间的二维夹角而线性改变。
参见图3、图2、图1，参考十字叉线9和测量十字叉线10的图像经图像采集卡4进行模数转换后参考十字叉线和测量十字叉线上每一点附近在垂直于该线方向上的光强分布为光强分布曲线11，这种分布用现有技术中的人工方法利用自准直平行光管2的读数鼓轮直接读数时只能获得相当于几个像素或更差的识别精度，本实用新型为了减小这种误差，提高测量精度，首先对光强分布曲线11可采用高斯函数以最小二乘法进行拟合得到拟合曲线12，通过拟合曲线12可得到该点最大光强的准确位置，然后根据各点最大光强的准确位置通过直线拟合可得到两个十字叉线9、10中心点的二维精确位置，通过测量十字叉线10中心点与参考十字叉线9中心点的位移和待测角度的线性关系可计算出高精度的二维角度值。通过这种两次最小二乘法进行拟合所得到的测量结果比现有技术中平行光法的最佳测量结果高10～100倍。
参见图4，数据处理计算机5的软件流程为首先加电初始化，然后进行数据采集，再进行两个十字叉线的点、线两次拟合以得到两个十字叉线的精确中心位置，并计算出二维角度值，最后对测量结果进行显示和保存。
Claims (1)
1、一种高精度角度自动测量仪器，由平面反射镜1、自准直平行光管2、CCD摄像机3、图像采集卡4、数据处理计算机5组成，其特征在于：自准直平行光管2的光学输出端6与CCD摄像机3的摄像镜头7同轴相联，CCD摄像机3的视频输出端8与图像采集卡4相连，图像采集卡4与数据处理计算机5相连，自准直平行光管2与平面反射镜1同轴相对。
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- 1997-12-29 CN CN 97251378 patent/CN2316630Y/zh not_active Expired - Fee Related
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