高精度激光准直仪研究 1.高精度激光准直仪研究方案 2.激光准直光学部件设计 3.信号处理电路设计 4.数据采集处理系统研究 5.激光准直光学系统设计
高精度激光准直仪研究 1. 高精度激光准直仪研究方案 2. 激光准直光学部件设计 3. 信号处理电路设计 4. 数据采集处理系统研究 5. 激光准直光学系统设计
1.高精度激光准直仪系统研究方案 PSD光靶 激光器 光学 双光束 光电信号 数据采集 系统 消漂移 调理电路 处理系统 计算机 电源 激光 准直的平面 系统设计方案
1. 高精度激光准直仪系统研究方案 准直的平面 激光器 光学 双光束 光电信号 数据采集 系统 消漂移 调理电路 处理系统 电源 激光 PSD光靶 系统设计方案 计算机
激光准直系统工作过程 ■激光准直仪系统的工作过程是：以He-Ne激光 器发出的激光光线作为直线度的基准直线，随 着PSD光靶在被测件上的移动，PSD就将入射 光点的位置信号转变为电流信号，经调理电路 后送入数据采集系统，利用直线度测评软件快 速评判出直线度误差并提供图形文件、文本文 件、EXCEL文件等输出形式
激光准直系统工作过程 ◼ 激光准直仪系统的工作过程是：以He-Ne激光 器发出的激光光线作为直线度的基准直线，随 着PSD光靶在被测件上的移动，PSD就将入射 光点的位置信号转变为电流信号，经调理电路 后送入数据采集系统，利用直线度测评软件快 速评判出直线度误差并提供图形文件、文本文 件、EXCEL文件等输出形式
2.激光准直光学系统设计 (1)光源激光发射系统设计 激光作为基准直线使用时由于安装误差使激光线存在 轻微的左右、上下移动和两个方向的旋转，因此安放激光 器的支架必须要有四个自由度的微调机构。如图所示，螺 钉组1用来调节激光上下、左右移动(3mm),螺钉组2用 来调节激光线的倾角与偏航
2. 激光准直光学系统设计 （1）光源-激光发射系统设计 激光作为基准直线使用时由于安装误差使激光线存在 轻微的左右、上下移动和两个方向的旋转，因此安放激光 器的支架必须要有四个自由度的微调机构。如图所示，螺 钉组1用来调节激光上下、左右移动（3mm），螺钉组2用 来调节激光线的倾角与偏航
(2)光靶-光电接收器件选取 由于光电位置敏感器件(PSD)适应位置、位移等精确实时测量的一 种新型半导体光电位置敏感器件，它有响应速度快、位置分辨率高、可 同时检测位置和光强、位置输出信号与光强无关，只对光的能量中心敏 感、频谱响应宽、响应范围从300到1100nm、外围电路简单、信号检测方 便等。 由于二维PSD传感器有表面分流型、两面分流型和改进表面分流型三 种类型，而改进表面分流型传感器既克服了表面分流型传感器非线性误 差大的缺点又保留了暗电流小，加反偏容易的优点，因此，在本综合设 计中选择21×21mm改进表面分流型二维PSD(型号：W203)作为接收 光学微调架激光器 PSD光靶 图光学微调架
图 光学微调架 的改进表面分流型二维PSD（型号：W203）作为接收探测器。 （2）光靶-光电接收器件选取 由于光电位置敏感器件（PSD）适应位置、位移等精确实时测量的一 种新型半导体光电位置敏感器件，它有响应速度快、位置分辨率高、可 同时检测位置和光强、位置输出信号与光强无关，只对光的能量中心敏 感、频谱响应宽、响应范围从300到1100nm、外围电路简单、信号检测方 便等。 由于二维PSD传感器有表面分流型、两面分流型和改进表面分流型三 种类型，而改进表面分流型传感器既克服了表面分流型传感器非线性误 差大的缺点又保留了暗电流小，加反偏容易的优点，因此，在本综合设 计中选择21×21mm改进表面分流型二维PSD（型号：W203）作为接收 探测器
3.信号调理电路设计 处理电路由前置放大器OP400、高精度电阻(10k)和高 精度除法器AD538组成，前置放大器OP400是低漂移高 输入阻抗型运算放大器既降低了暗电流的影响又提高了 信噪比，其功能是将PSD(W203-PSD)传感器输出的小 电流信号转变为电压信号并进行加减运算后送入除法器 进行除法运算以得到与光点位置成线性关系的电压信号。 信号调理电路如图所示
3. 信号调理电路设计 处理电路由前置放大器OP400、高精度电阻（10k）和高 精度除法器AD538组成，前置放大器OP400是低漂移高 输入阻抗型运算放大器既降低了暗电流的影响又提高了 信噪比，其功能是将PSD（W203-PSD）传感器输出的小 电流信号转变为电压信号并进行加减运算后送入除法器 进行除法运算以得到与光点位置成线性关系的电压信号。 信号调理电路如图所示
Y AYI R10 -Py IC12 R20 RI凹 R22 AX AX∑I IC13 图：改进的表面分流型二维PSD的信号处理电路
图：改进的表面分流型二维PSD的信号处理电路
4.数据采集系统设计 采用研华PCL-818数据采集卡，提供 所和子 倍家佳具 最常用的五种测量和控制功能(12位 0进维国 健 AD转换、D/A转换、数字量输入、数 字量输出及计数器/定时器功能)，选 用PCL-818LS数据采集卡在其提供的数 据采集控制的Activex控件基础上进行 二次开发。 (1)数据采集软件的调试 采用实验室条件研究开发为系统提供 标准电压输入的信号，对研华公司提供 的数据采集软件进行调试。 (2)数据采集软件的二次开发 触M美红三 根据直线运动机构的直线度测量要求 平柳想新过拆健 二次开发了动态测量、静态测量、平均 值、标定等多个控件，以实现直线度的 图15-5数据采集控件 静态和动态测量与控制等。数据采集控 件如图15-5所示
4. 数据采集系统设计 采用研华PCL-818数据采集卡，提供 最常用的五种测量和控制功能（12位 A/D转换、D/A转换、数字量输入、数 字量输出及计数器/定时器功能），选 用PCL-818LS数据采集卡在其提供的数 据采集控制的Activex控件基础上进行 二次开发。 （1）数据采集软件的调试 采用实验室条件研究开发为系统提供 标准电压输入的信号，对研华公司提供 的数据采集软件进行调试。 （2）数据采集软件的二次开发 根据直线运动机构的直线度测量要求， 二次开发了动态测量、静态测量、平均 值、标定等多个控件，以实现直线度的 静态和动态测量与控制等。数据采集控 件如图15-5所示
·5.激光准直光学系统设计 Lt La 光阑滤光器 无效光束 激光 到PSD 电源 光源部分 透镜组 滤光器 双光束消漂移光学部分 ◆激光电源（直流稳压电源供电） ◆反射镜（镀有半反半透膜）将光束分上下两束光 ◆半导体激光器 ◆五角棱镜 ◆透镜组 ◆直角屋脊棱镜 ◆光阑、滤光片组成的滤光器 ◆直角棱镜
◼ 5. 激光准直光学系统设计 ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ L1 L2 光阑 滤光器 无效光束 ◼ 激光 ◼ ◼ 电源 ◼ ◼ ◼ ◼ ◼ 光源部分 透镜组 滤光器 双光束消漂移光学部分 ◼ ◼ ◆激光电源（直流稳压电源供电） ◆反射镜（镀有半反半透膜）将光束分上下两束光 ◼ ◆半导体激光器 ◆五角棱镜 ◼ ◆透镜组 ◆直角屋脊棱镜 ◼ ◆光阑、滤光片组成的滤光器 ◆直角棱镜 ◼ 到PSD