論機(jī)械精度對(duì)中心偏測量精度的影響分析

許登文

摘要：隨著光學(xué)系統(tǒng)的不斷研發(fā)和使用，當(dāng)前光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備對(duì)于各項(xiàng)制作指標(biāo)的要求也在不斷的提高，因此運(yùn)用光學(xué)設(shè)備進(jìn)行制造的過程中，保證其產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)是極為重要的。在質(zhì)量影響方面，其中對(duì)整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備影響最大的就是中心偏測量精度，而在進(jìn)行中心偏測量精度的時(shí)候，其影響最深的就是機(jī)械精度，因此分析和研究機(jī)械精度對(duì)中心偏測量精度的影響對(duì)于光學(xué)系統(tǒng)設(shè)備的作用來說是極為重要的。在實(shí)際的測量過程中，機(jī)械精度測量包括機(jī)械制作精度和機(jī)械安裝精度兩大類。本文在對(duì)機(jī)械精度對(duì)中心偏測量精度的影響了中主要可以分為三個(gè)部分，第一部分主要主要介紹了光學(xué)系統(tǒng)中中心偏測量儀的測量原理；第二部分主要分析和探討了測量精度的關(guān)鍵影響因素；第三部分主要分析和介紹了光學(xué)系統(tǒng)中中心偏測量其關(guān)鍵技術(shù)操作方案。

關(guān)鍵詞：光學(xué)系統(tǒng)；中心偏測量儀；影響因素；操作方案

一、中心偏測量儀的測量原理

1、中心偏。

中心偏是指，透鏡的光軸和幾何軸的不重合度。對(duì)于通過多鏡片構(gòu)成的成像系統(tǒng)來說，由于其各個(gè)鏡片光軸和系統(tǒng)光軸存在著一定的偏差，因此在一定程度上會(huì)造成慧差、像散等一系列現(xiàn)象，從而造成的像差。而對(duì)于其他一些對(duì)精度要求比較高的系統(tǒng)來說，例如投影光刻物鏡以及衛(wèi)星攝影測量等，因?yàn)樵跍y量過程中需要高水平和高穩(wěn)定的測量環(huán)境，因此中心偏測量是其不可避免的一個(gè)環(huán)節(jié)。

2、中心偏測量儀的測量原理。

在光學(xué)系統(tǒng)中，中心偏測量儀的測量原理是采用反射式自準(zhǔn)直法來進(jìn)行測量的。其具體的測量原理是，當(dāng)十字板上的是十字線經(jīng)過透鏡后會(huì)被照射在需要測量的產(chǎn)品上，當(dāng)被測件經(jīng)過光學(xué)球面反射回的光線照射在分劃板上時(shí)會(huì)使其進(jìn)行成像，然后再對(duì)分劃板上的像點(diǎn)的位置進(jìn)行探測，然后通過計(jì)算機(jī)將測量采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并計(jì)算，這就是中心偏測量儀在進(jìn)行測量時(shí)的具體操作。

二、影響測量精度的關(guān)鍵因素

由于在對(duì)精度要求比較高的系統(tǒng)進(jìn)行測量時(shí)需要較高的水平和穩(wěn)定的環(huán)境，而在實(shí)際的操作中又有很多不可避免的人為因素或自然因素，因此影響測量精度的因素還是很多，其主要的影響因素主要有：

1、軸的晃動(dòng)。

軸的晃動(dòng)是影響測量精度的關(guān)鍵因素之一。由于旋轉(zhuǎn)軸線的誤差精密機(jī)械中的軸系在旋轉(zhuǎn)的過程中需要較高要求的回轉(zhuǎn)精度，因此其精度一般都是通過軸系中軸線的位置的變動(dòng)量來進(jìn)行表征的。一般來說，在理想情況下，軸身旋轉(zhuǎn)的中心線應(yīng)該是與套筒的中心線重合的，但是在實(shí)際的操作中，由于軸心吻合度存在一定程度上的誤差，因此會(huì)導(dǎo)致軸線誤差的產(chǎn)生，而旋轉(zhuǎn)軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的變動(dòng)又可分為軸向竄動(dòng)、徑向移動(dòng)和軸線角度擺動(dòng)。其中軸線的誤差又可以分為徑向間隙誤差和軸的晃動(dòng)誤差兩種。

徑向間隙誤差是指，旋轉(zhuǎn)軸在任一軸向的位置時(shí)，旋轉(zhuǎn)軸實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的單一徑向偏移與旋轉(zhuǎn)軸軸線之間的角度擺弄所引起的軸心徑向偏移之和在一定程度上是固定的，而當(dāng)Δc 0為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)到任一軸向位置時(shí)，實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線的徑向發(fā)生偏移。

軸的晃動(dòng)誤差是指，旋轉(zhuǎn)軸的實(shí)際回轉(zhuǎn)軸線對(duì)轉(zhuǎn)軸理論軸線的純角度的擺動(dòng)量稱之為晃動(dòng)誤差，即定向誤差，其表示在實(shí)際操作中回轉(zhuǎn)軸線對(duì)于給定的方向而發(fā)生的偏移量，但是軸線誤差一般來說是比較小的。

2、測量頭光軸的傾斜和平移。

測量頭光軸的傾斜和平移是影響測量精度的又一關(guān)鍵因素之一。一般來說，在測量的過程中會(huì)要求測量頭的光軸和轉(zhuǎn)臺(tái)的光軸進(jìn)行重合，但是由于外部原因，在進(jìn)行制造和安裝時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定程度上的誤差。除了測量頭和轉(zhuǎn)臺(tái)之間光軸的重合度差之外，導(dǎo)軌的直線度不好也會(huì)一定程度上導(dǎo)致光軸的傾斜或者平移。

3、讀數(shù)精度。

讀數(shù)精度也會(huì)一定程度上影響測量精度。在進(jìn)行測量的過程中，一旦瞄準(zhǔn)讀數(shù)精度不準(zhǔn)確，那么就很容易造成測量精度產(chǎn)生誤差，因此在實(shí)際操作中需要不斷提高其瞄準(zhǔn)讀數(shù)精度。瞄準(zhǔn)讀數(shù)精度一般可以通過以下幾個(gè)方法來進(jìn)行提高：第一，放大倍數(shù)。在實(shí)際測量的過程中，放大倍數(shù)能夠一定程度上提高瞄準(zhǔn)讀數(shù)精度。因?yàn)榉糯蟮谋稊?shù)越大，其所產(chǎn)生的圖像也想對(duì)就越大，因此也就越能夠精確的進(jìn)行圖像定位，從而其測量精度也就會(huì)相對(duì)越高；第二，縮小攝像頭的參數(shù)。在進(jìn)行實(shí)際操作中，攝像頭的參數(shù)的像元越小，其單位面積上收到的信號(hào)也就相對(duì)越多，從而其精度也就越高；第三，透鏡成像質(zhì)量。透鏡成像質(zhì)量也直接影響這測量的精度，當(dāng)光學(xué)透鏡的成像質(zhì)量越好的時(shí)候，其投出的影像也就越清晰，從而其讀書的精度也就將提高，一般情況下，成像質(zhì)量好的透鏡其瞄準(zhǔn)讀數(shù)的誤差一般縮小在幾秒之內(nèi)。

4、安裝誤差。

安裝誤差在一定程度上也會(huì)對(duì)測量精度產(chǎn)生影響。在實(shí)際的測量過程中，由于存在一些安裝操作的隨機(jī)性或者其夾具調(diào)整的不到位等因素都有可能會(huì)是測量的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一些誤差。此外，在對(duì)光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行測量安裝時(shí)，由于夾具和透鏡之間存在一定的間隙從而導(dǎo)致光軸產(chǎn)生平移，光軸產(chǎn)生平移的情況下，其測量到的數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)情況下測量的數(shù)據(jù)存在一定的偏差。因此其安裝過程也是影響其測量精度的主要原因之一。

5、光角平移。

在對(duì)安裝的光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行測量時(shí)，因?yàn)槠鋳A角和透鏡之間存在一定的縫隙，從而導(dǎo)致光軸平移的情況產(chǎn)生，因此光角平移也是影響其測量精度的關(guān)鍵因素之一。

三、中心偏測量的關(guān)鍵技術(shù)方案

由于在進(jìn)行光學(xué)系統(tǒng)的測量時(shí)會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的影響因素，因此研究和分析中心偏測量的關(guān)鍵技術(shù)方案也是極為重要的。其主要包括兩個(gè)方面：

1、自動(dòng)調(diào)焦。

自動(dòng)調(diào)焦是為了能夠讓被測圖像實(shí)現(xiàn)最佳的清晰模式。在實(shí)際的測量過程中可以發(fā)現(xiàn)，如果圖像存在模糊的話，那么圖像中的低頻分量就會(huì)變多，相反，如果其圖像比較清晰的情況下，圖像中的高頻分量就會(huì)變多。通過自動(dòng)調(diào)焦可以在圖像微分值進(jìn)行疊加的過程中使圖像的清晰度更加的表象，從而能夠提高測量精度。

2、指標(biāo)自準(zhǔn)像的提取。

一般為了在圖像的處理過程中能夠更好的進(jìn)行識(shí)別標(biāo)識(shí)，通常情況下會(huì)把指標(biāo)像設(shè)計(jì)為比較明顯得十字架。因?yàn)閿z像的接收面和光學(xué)系統(tǒng)的施力范圍存在一定的局限性，因此當(dāng)被測的透鏡中心偏移情況突出，或者是安裝過程中透鏡光軸和基準(zhǔn)直線存在偏移的話，那么指標(biāo)的自準(zhǔn)像的半徑就會(huì)變大，從而造成成像位置不準(zhǔn)確等情況。因此指標(biāo)自準(zhǔn)像的提取在這里程度上可以避免這一情況。

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