基于PSD的非接触式二维动态角度精密测量系统

摘要

非接触式角度测量广泛用于机械制造、精密测量、航空航天等领域.在一种高速振镜的二维角度测试装置中,需要大范围(±10°)、高速率(80 kHz)、高精度的非接触式二维角度测量方式,传统的动态角度测量方式都不能满足要求.基于PSD的高速响应特性,设计了光电反射式二维动态角度高精度测量系统,可以取得更好的技术指标.首先,采用高精度的PSD检测器和激光器等光学器件,可以实现高精度、大范围的非接触式角度测量;此外,利用坐标系变换得到二维机械角度与PSD输出二维位移的关系,并通过FPGA和高速AD采集板实现了高速数据采样,利用数字滤波的方法,大程度的降低了系统的噪声;通过数据插值的方法,对测量数据进行矫正,极大的降低了系统的误差,实现了大范围二维角度的系统误差都在较低水平.通过实验测试,系统可以实现±10°摆角范围的测量,采样频率可达到125 kHz,噪声达到0.001°,系统误差最大0.007°.满足了大范围、高速率、高精度的角度测量要求.