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基于干涉条纹成像的测角系统设计及其离轴测量精度

宋莹 刘玉娟

宋莹, 刘玉娟. 基于干涉条纹成像的测角系统设计及其离轴测量精度[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(6): 1397-1407. doi: 10.37188/CO.2024-0049
引用本文: 宋莹, 刘玉娟. 基于干涉条纹成像的测角系统设计及其离轴测量精度[J]. 中国光学(中英文), 2024, 17(6): 1397-1407. doi: 10.37188/CO.2024-0049
SONG Ying, LIU Yu-juan. Design of an angle measurement system based on interferometric fringe imaging and its off-axis measurement accuracy[J]. Chinese Optics, 2024, 17(6): 1397-1407. doi: 10.37188/CO.2024-0049
Citation: SONG Ying, LIU Yu-juan. Design of an angle measurement system based on interferometric fringe imaging and its off-axis measurement accuracy[J]. Chinese Optics, 2024, 17(6): 1397-1407. doi: 10.37188/CO.2024-0049

基于干涉条纹成像的测角系统设计及其离轴测量精度

cstr: 32171.14.CO.2024-0049
基金项目: 国家自然科学基金(No. 62175236,No. 61905243);吉林省博士后科研人员择优资助项目(No. 2022)
详细信息
    作者简介:

    宋 莹(1985—),女,黑龙江齐齐哈尔人,博士,副教授,2015年于中国科学院大学光学工程专业获得工学博士学位,主要从事光电系统控制方面的研究。E-mail:songyingtec@126.com

    刘玉娟(1984—),女,山东泰安人,副教授,2012年于中国科学院大学光学工程专业获得工学博士学位,主要从事精密光学与光谱测量技术的研究。E-mail:liuyujuan@jlu.edu.cn

  • 中图分类号: TH741

Design of an angle measurement system based on interferometric fringe imaging and its off-axis measurement accuracy

Funds: Supported by National Natural Science Foundation of China (No. 62175236, No. 61905243); Postdoctoral Merit-Based Support Program of Jilin Province (No. 2022)
More Information
  • 摘要:

    基于干涉条纹成像的测角系统测量精度随着测量范围的增大而下降,单纯提高精定位的细分倍数并不能提高测量精度。针对这一问题,本文围绕非成像系统的参数设计方法及大测量范围下的精度变化情况展开研究。建立了双光栅干涉系统及光楔阵列波前分割的数学模型,给出了近轴条件下非成像光学系统的参数设计方法。设计了一台一维高精度光学测角系统,并对该系统在整个测角范围内的测量误差进行了分析和计算。结果显示:利用本文提出的数学模型和方法,所设计的测角系统在[−5°,5°]的测量范围内,近轴区的测角分辨率为0.02″。随着测量范围的增大,干涉条纹相位非线性变化引起的精定位误差成为系统测角误差的主要来源,最大测量角度下精密轴的测量误差为0.42″。上述结果表明采用本文提出的模型和参数设计方法,可以设计出具有较高测角精度的光学测角系统。

     

  • 图 1  基于干涉条纹成像的光学测角系统(a)结构示意图及(b)拓扑图

    Figure 1.  (a) Structural diagram and (b) topology of optical angle measurement system based on interferometric fringe imaging

    图 2  单光楔对光束角度作用示意图

    Figure 2.  Schematic diagram of the effect of a single optical wedge on the beam angle

    图 3  双光栅剪切干涉示意图

    Figure 3.  Schematic diagram of double grating shear interference

    图 4  子像点与目标像点分布

    Figure 4.  Distribution of the sub-image spots and the target image spot

    图 5  像点坐标偏移量误差

    Figure 5.  Coordinate offsets errors of the image spots

    图 6  目标像点坐标误差

    Figure 6.  Coordinate error of the target image spot

    图 7  不同坐标变化下的相位偏差

    Figure 7.  Phase deviation under different coordinate changes

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出版历程
  • 收稿日期:  2024-03-13
  • 修回日期:  2024-05-22
  • 录用日期:  2024-06-25
  • 网络出版日期:  2024-08-21

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