[发明专利]一种PSD标定装置及基于该装置的参数标定方法

说明书

本公开提供一种PSD芯片参数标定装置，包括：激光器驱动电路、激光器、二维精密平台、稳固平台、伺服驱动装置、数据处理电路。本公开还提供一种PSD非线性畸变标定方法，包括：设置一定边长的网格，同时，令PSD机体坐标系零点作为二维精密平台移动的原点，网格覆盖PSD芯片；获取PSD坐标真值，包括：通过伺服驱动装置控制二维精密平台以边长为步长进行运动进而带动PSD芯片以边长为步长进行运动，使得激光照射至PSD芯片在网格的各个顶点，基于步长记录PSD在网格的各个顶点的坐标真值；获取PSD坐标读数；基于PSD坐标真值和PSD坐标读数，建立PSD芯片在网格各个顶点坐标误差模型；以及对误差模型通过插值方法进行畸变补偿。本公开还提供了一种PSD机体坐标系标定方法。

技术领域

本公开涉及激光测量领域，尤其涉及一种PSD芯片参数标定装置、PSD机体坐标系的系数标定方法以及PSD非线性畸变标定方法。

背景技术

随着激光技术的发展，激光单色性及方向性等性能的不断提高，以激光为媒介的光电精密测量技术在工业领域得到了愈加广泛的应用。激光测量作为一种非接触式测量技术，通过光电器件将光信号的强度、相位及频率等信息转换为电信号，进而通过对电信号的采集、处理和分析得到光变化量，并通过物理模型建立光变化量和待测对象的数学关系，通过该关系实现对被测对象的位移、距离和角度等几何量的测量。

常见的光电器件包括四象限探测器(F-QD)、电荷耦合器件(CCD)以及位置敏感器件(PSD)。其中PSD因其具有测量连续特性、高分辨率、高灵敏度和对光束外形质量要求低等特点，在激光位置检测系统中具有优势，可以在微位移检测系统中用做光斑位置探测，但在使用时，往往会在标定过程中引入误差，进而影响测量精度。因此，如何通过参数高精度标定来减小PSD系统误差，是本领域技术人员亟待解决的问题。为了便于说明空间坐标系关系，定义PSD机体坐标系与导航坐标系，如图3所示。文献1《光电位置敏感探测器标定装置设计》中提出了一种基于二维数控平台和激光器的标定装置，该装置以二位数控平台位移为基准，通过二维平台的读数解算获得PSD坐标变化和位移平台实际变化量的实际映射关系。该方案未考虑激光光束的位移和角漂现象。文献2《位置敏感探测器定位误差的标定方法》提出了一种基于光楔的标定平台，该平台通过使标定用激光的传播路径产生变化进而对待测PSD进行标定。该方法环境要求高，光学器件装调步骤复杂，对标定操作人员要求较高。文献3《位置敏感传感器的标定装置和标定方法》提出了一种基于单轴转台的标定装置，该装置使用旋转角度作为直接测量量，进而解算参数。该方法通过间接测量进行坐标参数标定，存在转换过程中因数学计算可能引入的误差。同时上述三个方案均没有考虑PSD机体坐标系和PSD导航坐标系的实际空间转换关系，即二维平台的单向运动会在PSD上体现为产生两轴分量，这会对系数标定带来影响，最终影响使用精度。

发明内容

为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供了一种PSD芯片参数标定装置、PSD机体坐标系的系数标定方法及PSD非线性畸变标定方法。

根据本公开的一个方面，提供一种PSD芯片参数标定装置，包括：

激光器，所述激光器与激光器驱动电路连接，生成激光并发射激光至PSD芯片；

二维精密平台，所述二维精密平台设置于稳固平台上，可放置所述PSD芯片，在伺服驱动装置的控制下带动所述PSD芯片运动，并对所述PSD芯片进行定位；

稳固平台，用于放置所述二维精密平台，使所述二维精密平台在平稳固定的环境中工作；

伺服驱动装置，所述伺服驱动装置用于控制所述二维精密平台运动，所述伺服驱动装置与所述稳固平台不接触；

数据处理电路与所述PSD芯片连接，且与所述稳固平台不接触，用于读取所述PSD芯片的原始坐标进行参数标定或读取补偿后的坐标数据进行参数检验；

激光器驱动电路，与所述激光器连接，且与所述稳固平台不接触，用于使所述激光器产生稳定的功率的激光。