基于PSD的激光跟踪坐标测量系统.pdf

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1、116传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第7期基于PSD的激光跟踪坐标测量系统张亚娟，裘祖荣，李杏华，陈新华(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072)摘要：建立了基于位置敏感探测器(PSD)的激光跟踪坐标测量系统，分析了单路球坐标激光跟踪测量系统的结构与跟踪系统对PSD信号处理电路的要求，搭建了快速、准确的PSD信号处理电路；找出了PSD上的位置反馈信息与被跟踪目标位移的对应关系。针对光路调节方法和光路误差对测量误差的影响，分析了光路对跟踪控制的影响。实验证明：所建立的跟踪控制系统可实现对目标的快速、

2、准确跟踪。对建立单路激光跟踪坐标测量系统并实现快速跟踪功能具有很大的参考价值。关键词：激光跟踪；控制模型；位置敏感探测器；信号处理；光路调节中图分类号：TH741文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)O7-0116--04TLasert·raclki‘ngCOOrc1Il●natJemeaSUrement·syst-embased0nPSDZHANGYa-juan，QIUZu—rong，LIXing—hua，CHENXin-hua(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments，TianjinUniv

3、ersity，Tianjin300072，China)Abstract：Acontrolsystemwhichhasrapidresponseandlargeangelmeasuringrangeissetup，Thestructureofstandalonelasertrackingsystemisanalyzed．Afastpositionsensitivedetector(PSD)signalprocessingcircuitbasedonDSPisprovided．ThematrixfortheconversionbetweenthecoordinateofPSDlightpointa

4、ndcateyedisplacementisderivedandthemethodforcomputingmotorvelocityisgiven．Theim1)a(’Iofopticalpathonsystemcontrollingandmeasurementprecisionisstudied．Atlast，experimentprovesthatthecontrolmethodiseffectiveandcanprovidearapidandexacttrackingtothetargetlens．Keywords：lasertracking；controlmodel；positions

5、ensitivedetector(PSD)；signalprocessing；opticalpathtcIBe0引言激光跟踪坐标测量系统是一个高精度的随动系统，要求激光跟踪空间坐标测量系统近年来得到了广泛的应PSD的信号处理电路具有快速、准确的特性。由于目标靶用，它以其测量范围大、柔性、动态、高精度等特点在大尺寸镜的位移在PSD上的反应经过了复杂的光路，要求准确地物体的高精度测量中发挥了重要作用。解析PSD上光点坐标的变化与靶镜位移之间的一一对应激光跟踪测量系统的工作原理是在被测量点处设立一关系。只有解决了以上问题，系统才有望实现对目标靶镜个目标镜，激光干涉仪发出的测量光束射到目标镜上，然后准

6、确、快速的跟踪。被目标镜按原光路返回。当目标镜移动时，控制系统自动1系统结构地调整测量光束的方向，始终对准目标镜。同时，返回的测图l是基于PSD的球坐标激光跟踪干涉坐标测量系量光束与参考光束发生干涉，得出目标镜到干涉仪的长度统的结构示意图。系统主要由目标靶镜、激光跟踪头和控变动量。将目标镜的长度变化量与跟踪头给出的光束角度制电路这三大部分组成。目标靶镜通常为猫眼或角锥棱变化量相综合，就可计算出目标镜的位置坐标j。镜。这2种反射镜具有当光线沿其光学中心入射时，反射由于位置敏感探测器(positionsensitivedetector，PSD)光线与入射光线重合，沿原光路返回；当入射光线偏离其光具

7、有位置分辨率高、响应速度快的特点，逐步取代了四学中心一定距离时，反射光线与人射光线平行，但相距一定象限光电池而成为跟踪系统中主要的位置反馈元件。由于的距离。由于猫眼具有比角锥棱镜更大的入射锥角J，本收稿日期：2010—10-08第7期张亚娟，等：基于PSD的激光跟踪坐标测量系统ll7系统中采用猫眼作为目标靶镜。激光跟踪头由激光器、偏3PSD光点坐标与目标靶镜位移的对应振分光镜、角锥棱镜、反射镜、分