基于PSD的非接触式二维动态角度精密测量系统

李 波,董文博,3,肖爱民,于梦溪,葛文奇,何建国

(1.中国科学院空间应用工程与技术中心,北京 100094；2.中国科学院大学,北京 101408；3.中国科学院太空应用重点实验室,北京 100094；中国科学院空天信息研究院,北京 100094)

1 引 言

非接触式角度测量广泛用于机械制造、精密测量[1]、运动控制、航空航天[2]等领域。在一种用于二维高速摆镜的研发和测试系统中,要实现范围±10°、精度0.001°、采样速率大于80 kHz量级的角度动态测量指标。其关键问题在于系统不仅需要能测量大范围的二维角度,而且在大角度范围区间内要满足0.001°的精度要求,同时,系统需要实现高速率的角度测量。目前,尚没有成熟的方案可以满足以上的要求,必须进行创新设计,实现基于光电测量和视觉测量的大范围高精度高速率的动态角度测量。

通过调研,角度的测量技术已经发展的较为完备。角度的测量可分为静态角度测量和动态角度测量两种[3]。传统的角度测量方法主要包括机械式和电磁式,虽然应用于很多场合,但是大部分都是接触式测量,测量精度也受到限制。随着光电技术的发展,传统光学方法与光电接收器件相结合的光电测角方法,由于其精度高、可靠性高、实现简单、体积小、质量轻、可维护性好,在测角领域中得到了广泛的应用[4]。动态光电测量一般有以下几种方式:基于PSD的测量、基于四象限的测量和基于CCD的测量。

2019年,上海科学院[5]采用PSD测量,指标可以达到±2°范围内0.02°左右精度,频率达到200 Hz,其应用也是用于类似场合。……