Оптико-цифровая измерительная система с многоэлементной маркой

Королев А.Н., Лукин А.Я., Филатов Ю.В., Бохман Е.Д., Венедиктов В.Ю.

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Королев А.Н., Лукин А.Я., Филатов Ю.В., Бохман Е.Д., Венедиктов В.Ю. Оптико-цифровая измерительная система с многоэлементной маркой // Оптический журнал. 2022. Т. 89. № 11. С. 32–38. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-32-38

Korolev A.N., Lukin A.Ya., Filatov Yu.V., Bokhman E.D., Venediktov V.Yu. Digital optical measurement system with multielement marks [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2022. V. 89. № 11. P. 32–38. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2022-89-11-32-38

Ссылка на англоязычную версию:

A. N. Korolev, A. Ya. Lukin, Yu. V. Filatov, E. D. Bokhman, and V. Yu. Venediktov, "Digital optical measurement system with multielement marks," Journal of Optical Technology. 89(11), 661-665 (2022). https://doi.org/10.1364/JOT.89.000661

Аннотация:

Предмет исследования. Возможность использования матричных элементов в угловой метрологии. Основное внимание уделено рассмотрению двумерных многоэлементных марок различного типа, использующихся в фотоэлектрическом автоколлиматоре с матричным фотоприемником. Целью работы является поиск формы двумерных многоэлементных марок, которая позволяет минимизировать погрешность определения их центра. Метод. Основной акцент сделан на результатах разработки автоколлиматоров с многоэлементной маркой в виде круга или набора концентрических колец. Предложен и реализован алгоритм определения координаты изображения марки, основанный на вычислении геометрического центра изображения. Алгоритм вычисления координаты изображения марки предусматривает получение полинома интерполяции для всех перепадов яркости края марки. Основные результаты. С использованием моделирования получены погрешности вычисления координаты центра марки по алгоритму геометрического центра при разных диаметрах марки как для марки в виде круга, так и для марки в виде набора колец. Проведена оценка оптимального размера марок обеих конфигураций. С помощью поворотного стола с датчиком угла проведена калибровка автоколлиматора с обоими вариантами выполнения марки. Калибровка автоколлиматора с многоэлементной кольцевой маркой и фотоприемной матрицей с размером пиксела 3,45 мкм показала погрешность в пределах ±0,01″ в диапазоне ±600″. Практическая значимость. Применение предложенных конфигураций многоэлементных марок позволяет существенно сократить размах погрешности фотоэлектрического автоколлиматора.

Ключевые слова:

угловые измерения, автоколлиматор, многоэлементная марка, матричный фотоприемник

Благодарность:

Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 20-19-00412.

Коды OCIS: 120.0120, 230.0230

Список источников:

1. Кривцов Е.П., Чекирда К.В., Янковский А.А. Современное состояние первичных эталонов в областях измерений геометрических, механических и связанных с ними величин // Измерительная техника. 2017. № 12. С. 23–27.
2. Чекирда К.В., Шур В.Л., Косьмина М.А., Лейбенгардт Г.И., Лукин А.Я. Измерение углов многогранных призм на государственном первичном эталоне единицы плоского угла ГЭТ 22-2014 // Измерительная техника. 2017. № 3. С. 19–24.
3. Probst R., Wittekopf R. Angle calibration on precision polygons // Final Report of EUROMET Project #371. PTBF-43 (Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Braunschweig, Germany) 2001. 54 р.
4. Geckeler R.D., Just A., Vasilev V., Prieto E., Dvorácek F., Zelenika S., Przybylska J., Lassila A. Angle comparison using an autocollimator // Metrologia. 2018. V. 55. N1A. 04001. DOI: 10.1088/0026-1394/55/1A/04001
5. Колосов М.П., Федосеев В.И., Гебгарт А.Я. Сравнительная оценка трех современных датчиков угла поворота // Оптический журнал. 2017. Т. 84. № 11. С. 34–38.
6. Ловчий И.Л. Моделирование широкодиапазонного однокоординатного автоколлиматора с протяженной маркой и приемником в виде линейки фоточувствительных элементов // Оптический журнал. 2021. Т. 88. № 11. С. 56–65.
7. Gao Y., Wang X., Hu C., Huang Z., and Zhan D. Highly precise micro torsion angle detection by fringe array // Chin. Opt. Lett. 2014. V. 12. № 8. Р. 080401.
8. Королев А.Н., Гарцуев А.И. Исследование точности позиционирования изображения на ПЗС матрице // Измерительная техника. 2004. № 5. С. 20–22.
9. Королев А.Н., Гарцуев А.И. Цифровой двухкоординатный автоколлиматор с разрешением 0.001 угловых секунды // Измерительная техника. 2004. № 12. С. 29–32.
10. Королев А.Н., Гарцуев А.И., Полищук Г.С., Трегуб В.П. Цифровой двухкоординатный автоколлиматор // Оптический журнал. 2009. Т. 76. № 10. С. 42–47.
11. Андреева Т.А., Бохман Е.Д., Венедиктов В.Ю., Гордеев С.В., Королев А.Н., Лукин А.Я., Косьмина М.А., Шур В.Л. Оценка метрологических характеристик высокоточного цифрового автоколлиматора с помощью углового энкодера // Оптический журнал. 2018. Т. 85. № 7. С. 39–43.
12. Королев А.Н., Гарцуев А.И., Полищук Г.С., Трегуб В.П. Метрологические исследования и выбор формы оптической марки в цифровых измерительных системах // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 6. С. 25–27.
13. ООО «ИНЕРТЕХ» [Электронный ресурс] — http://inertech-ltd.com/
14. Королев А.Н., Лукин А.Я., Полищук Г.С. Использование информационной избыточности в оптических цифровых измерительных системах с 2D-сенсором // Измерительная техника. 2017. № 3. С. 29–33.