灯具配光性能测试系统自动转台转角的校准方法

摘要

本发明提供一种灯具配光性能测试系统自动转台转角的校准方法，包括以下步骤：步骤一，水平转角校准：采用电子经纬仪校准灯具配光性能测试系统自动转台的水平转角；步骤二，垂直转角校准：采用光学倾斜仪校准灯具配光性能测试系统自动转台的垂直转角。通过常规仪器—电子经纬仪和光学倾斜仪作为标准器，取代昂贵的激光跟踪仪，对灯具配光性能测试系统自动转台转角进行校准，不但大大降低了校准成本，而且校准方法可行；本发明校准方法简单方便并具有可操作性，校准结果准确可靠，有一定的推广应用价值和意义，是本领域的技术革新。

说明书

技术领域

本发明涉及一种校准方法，具体地，涉及一种灯具配光性能测试 系统自动转台转角的校准方法。

背景技术

配光性能是机动车灯具产品和摩托车灯具产品性能中一项最重 要的技术参数，直接影响到车辆和人身的安全。因此产品生产厂家以 及用户都非常重视灯具配光性能的检测。

灯具旋转法的工作原理：将被测灯具固定在配光性能测试系统的 自动转台上，转动工作台使灯具在水平和垂直面转动规定的角度，在 规定距离R处的探测器的法线与灯具的光度中心法线同轴，用探测器 测量距离灯具光度中心R处的照度E，再乘以距离R的平方，得到灯 具在指定方向上的发光强度I。要完成灯具配光性能测试，该测试系 统必须提供准确的水平转角和垂直转角。这对系统的自动转台转角提 出很高的要求。

自动转台是灯具配光性能测试系统的重要组成部分,该转台能实 现灯具在水平和垂直方向转动角度并准确定位，所以对配光测试系统 自动转台转角误差有严格要求。一般灯具配光性能测试系统水平转动 范围为：-180°～+180°，垂直转动范围为：-90°～+90°，自动 转台转角误差一般为±0.10°到±0.25°，但目前对灯具配光性能测 试系统中自动转台转角误差的校准还没有国家校准规范。

由于灯具配光性能测试系统体积较大，不可能将自动转台送到计 量检定部门进行检测，都是现场检测。最好的测量方法就是用激光跟 踪测量系统校准转台转角，用该方法的主要优点：第一是既能实现 水平转角测量又能实现垂直转角的测量；第二是操作方便。但该设备 较昂贵，95％以上的计量检定部门暂不具备该设备。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种 灯具配光性能测试系统自动转台转角的校准方法，该方法采用常规仪 器，取代昂贵仪器，大大降低了校准成本，而且操作简单方便。

为解决上述技术问题，本发明提供一种灯具配光性能测试系统自 动转台转角的校准方法，包括以下步骤：

步骤一，水平转角校准：采用电子经纬仪校准灯具配光性能测试 系统自动转台的水平转角；

步骤二，垂直转角校准：采用光学倾斜仪校准灯具配光性能测 试系统自动转台的垂直转角。

其中，所述步骤一包括以下步骤：

1.1)调整灯具配光性能测试系统自动转台的水平回转工作面，使 其处于水平状态；

1.2)对电子经纬仪进行调平；

1.3)调整电子经纬仪的竖轴与自动转台的水平回转轴重合；

1.4)通过设定靶标，确定测量时的瞄准对线；

1.5)测量。

步骤1.1)包括：

1.1.1)将电子经纬仪放置在自动转台上，旋转电子经纬仪的脚旋 钮，使电子经纬仪水准器的圆水泡居中，再将自动转台旋转+90°、 +180°、-90°-180°，查看圆水泡是否居中，若不居中，调节自动 转台的安装螺丝，直至圆水泡居中。

步骤1.2)包括：

1.2.1)旋转电子经纬仪的脚旋钮，使长水准器水泡居中；

1.2.2)将电子经纬仪转动360°，观察电子经纬仪旋转过程中长水 准器水泡是否居中，若不居中，调节电子经纬仪的脚旋钮，直至电子 经纬仪在旋转360°的范围内，长水准器水泡均居中。

步骤1.3)包括：

1.3.1)打开灯具配光性能测试系统自带的激光校准器，所述激光 校准器发出的激光束垂直于自动转台的水平回转轴，调节自动转台的 水平回转工作面，使激光束打在电子经纬仪一侧横轴中心标志“+” 上；

1.3.2)旋转电子经纬仪180°，观察激光束是否打在电子经纬仪另 一侧横轴中心标志“+”上，若不在，调整自动转台在水平方向和垂 直方向的位移量，直至激光束打到电子经纬仪两侧的横轴中心标志 “+”上。

步骤1.4)包括：

1.4.1)将带有目标十字线的靶标贴在自动转台的正前方，水平转 动电子经纬仪，使电子经纬仪上的望远镜对准靶标上的目标十字线， 并在目镜视场内显示目标十字线；

1.4.2)调整望远镜焦距，使望远镜分划板上的十字丝和目标十字 线清晰；

1.4.3)调节自动转台的水平回转工作面的水平微动手轮，使目标 十字线夹在目镜双根竖丝中央。

步骤1.5)为：

1.5.1)固定电子经纬仪水平转动旋钮，将电子经纬仪的水平角置 零，使电子经纬仪随自动转台从起始点转至受校点i的校准角度x_i处；

1.5.2)回转转动电子经纬仪，至靶标贴上的目标十字线夹在电子 经纬仪上的望远镜的目镜中双根竖丝的中央，读取电子经纬仪上显示 的测量角度x_i正；

1.5.3)转动自动转台至x_m角度处，其中，x_m＞x_i，电子经纬仪则 随自动转台转动了(x_m-x_i)角度，回转转动自动转台至x_i处，电子经 纬仪随自动转台一起回转，直至靶标贴上的目标十字线夹在目镜中双 根竖丝的中央，读取电子经纬仪上显示的测量角度x_i反；

1.5.4)计算受校点i的示值误差Δ_i，计算公式如下：

${\Delta }_i=x_i-\overline{x_i}$

其中，为受校点i两次测量的平均值。

所述步骤二包括：

2.1)将光学倾斜仪固定在灯具配光性能测试系统自动转台上，将 自动转台的水平角和垂直角置零，转动光学倾斜仪的纵向水准器，使 纵向水准器的水泡居中，并在光学倾斜仪上读取起始点的起始值x₀；

2.2)将自动转台在垂直方向上转动至受校点j的校准角度x_j角 度，再转动光学倾斜仪纵向水准器使纵向水准器的水泡居中，在光学 光学倾斜仪上读取角度x_j正，则受校点j在此方向的校准值b_j正：

b_j正＝x_j正-x_o

2.3)转动自动转台至x_n角度处，其中x_n＞x_j，然后回转自动转 台至x_j角度处，转动光学倾斜仪的纵向水准器使纵向水准器水泡居 中，在光学倾斜仪上读取测量角度x_j反，继续转动自动转台至起始点， 读取起始点光学倾斜仪显示的角度x'₀，则受校点j在与步骤2.2)校准 方向的相反方向的校准值b_j反：

b_j反＝x_j反-x'_o

2.4)计算受校点j的示值误差Δ_j，计算公式如下：

${\Delta }_j=x_j-{\bar{x}}_j$

其中，为受校点j两次测量的平均值。

优选地，所述电子经纬仪的分辨力为2″或5″。

优选地，所述光学倾斜仪的分度值为1′。

本发明所达到的有益技术效果：

本发明通过常规仪器—电子经纬仪和光学倾斜仪作为标准器，取 代昂贵的激光跟踪仪，对灯具配光性能测试系统的总的转台转角进行 校准，不但大大降低了校准成本，而且校准效果好；本发明操作简单 方便，有一定的推广应用价值和意义，是本领域的技术革新。

具体实施方式

为了审查员能更好的了解本发明的技术特征、技术内容及其达到 的技术效果，现结合实施例进行更详细的说明。请审查员不要就具体 实施例限制本发明的保护范围。

本发明提供一种灯具配光性能测试系统自动转台转角的校准方 法，包括以下步骤：

步骤一，水平转角校准，采用电子经纬仪校准灯具配光性能测试 系统自动转台的水平转角，所述电子经纬仪的分辨力为2″或5″：

1.1)调整灯具配光性能测试系统自动转台的水平回转工作面，使 其处于水平状态

将电子经纬仪放置在自动转台上，旋转电子经纬仪的脚旋钮，使 电子经纬仪水准器的圆水泡居中，再将自动转台旋转+90°、+180°、 -90°-180°，查看圆水泡是否居中，若不居中，调节自动转台的安 装螺丝，直至圆水泡居中。

1.2)对电子经纬仪进行调平

旋转电子经纬仪的脚旋钮，使长水准器水泡居中，然后将电子经 纬仪转动360°，观察电子经纬仪旋转过程中长水准器水泡是否居中， 若不居中，调节电子经纬仪的脚旋钮，直至电子经纬仪在旋转360° 的范围内，长水准器水泡均居中。

1.3)调整电子经纬仪的竖轴与自动转台的水平回转轴重合

首先，打开灯具配光性能测试系统自带的激光校准器，所述激光 校准器发出的激光束垂直于自动转台的水平回转轴；然后，调节自动 转台的水平回转工作面，使激光束打在电子经纬仪一侧横轴中心标志 “+”上；最后，旋转电子经纬仪180°，观察激光束是否打在电子 经纬仪另一侧横轴中心标志“+”上，若不在，调整自动转台在水平 方向和垂直方向的位移量，直至激光束打到电子经纬仪两侧的横轴中 心标志“+”上。

1.4)通过设定靶标，确定测量时的瞄准对线

首先，将带有目标十字线的靶标贴在自动转台的正前方，水平转 动电子经纬仪，使电子经纬仪上的望远镜对准靶标上的目标十字线， 并在目镜视场内显示目标十字线；

其次，通过转动目镜的调焦手轮，调整望远镜焦距，使望远镜分 划板上的十字丝和目标十字线清晰；

最后，调节自动转台的水平回转工作面的水平微动手轮，使目标 十字线夹在目镜双根竖丝中央。

1.5)测量

首先，固定电子经纬仪水平转动旋钮，将电子经纬仪的水平角置 零，使电子经纬仪随自动转台从起始点转至受校点i的校准角度x_i处；

然后，回转转动电子经纬仪，至靶标贴上的目标十字线夹在电子 经纬仪上的望远镜的目镜中双根竖丝的中央，读取电子经纬仪上显示 的测量角度x_i正；

再转动自动转台至x_m角度处，其中，x_m＞x_i，电子经纬仪则随 自动转台转动了(x_m-x_i)角度，回转转动自动转台至x_i处，电子经纬 仪随自动转台一起回转，直至靶标贴上的目标十字线夹在目镜中双根 竖丝的中央，读取电子经纬仪上显示的测量角度x_i反；

计算受校点i的误差Δ_i，计算公式如下：

${\Delta }_i=x_i-\overline{x_i}---\left(1\right)$

其中，为受校点i两次测量的平均值。

本发明在具体校准受校点i时，校准角度的测量值取两个方向的 平均值，两个方向分别为：远离起始点方向和靠近起始点方向，其远 离起始点方向为起始点→受校点i，靠近起始点方向为受校点i→起 始点。一般在校准范围取5个校准点，或根据客户要求设定校准点。 下面以校准10°、20°、30°、40°、50°的1-5个校准点为例具体 说明具体测量过程：

首先，将电子经纬仪与自动转台固定，然后将电子经纬仪的水平 角置零，转动自动转台带动电子经纬仪转动至10°处，使电子经纬 仪向起始点方向转动，至靶标贴上的目标十字线夹在电子经纬仪上的 望远镜的目镜中双根竖丝的中央，读取电子经纬仪上显示的测量角度 x_1正。

保持电子经纬仪在起始点处，然后再转动自动转台至20°，此 时电子经纬仪在10°处，使电子经纬仪向起始点方向转动，至靶标 贴上的目标十字线夹在电子经纬仪上的望远镜的目镜中双根竖丝的 中央，读取电子经纬仪上显示的测量角度x_2正。

重复上述步骤，得到x_3正、x_4正、x_5正。

上述为各个校准点再远离起始点方向上的测量角度，靠近起始点 方向上的测量角度测量方法如下：

读取x_5正后，自动转台在50°处，电子经纬仪在起始点处，转动 自动转台至x_m，x_m>50°，电子经纬仪在(x_m-50°)处，回转转动自动 转台至50°处，电子经纬仪随自动转台一起回转，直至靶标贴上的目 标十字线夹在目镜中双根竖丝的中央，读取电子经纬仪上显示的测量 角度x_5反，继续转动自动转台至50°处，回转电子经纬仪，直至靶标 贴上的目标十字线夹在目镜中双根竖丝的中央，读取电子经纬仪上显 示的测量角度x_4反，同样的，可以得到x_3反、x_2反、x_1反。

在根据公式(1)计算出各个受校点的测量误差。

步骤二，垂直转角校准，采用光学倾斜仪校准灯具配光性能测 试系统自动转台的垂直转角，所述光学倾斜仪的分度值为1′：

将光学倾斜仪固定在灯具配光性能测试系统自动转台上，将自动 转台的水平角和垂直角置零，转动光学倾斜仪的纵向水准器，使纵向 水准器的水泡居中，并在光学倾斜仪上读取起始点的起始值x₀；

将自动转台在垂直方向上转动至受校点j的校准角度x_j角度，再 转动光学倾斜仪纵向水准器使纵向水准器的水泡居中，在光学光学倾 斜仪上读取角度x_j正，则受校点j在此方向的校准值b_j正：

b_j正＝x_j正-x_o

转动自动转台至x_n角度处，其中x_n＞x_j，然后回转自动转台至 x_j角度处，转动光学倾斜仪的纵向水准器使纵向水准器水泡居中， 在光学倾斜仪上读取测量角度x_j反，继续转动自动转台至起始点，读 取起始点光学倾斜仪显示的角度x'₀，则受校点j在与步骤2.2)校准方 向的相反方向的校准值b_j反：

b_j反＝x_j反-x'_o

计算受校点j的示值误差Δ_j，计算公式如下：

${\Delta }_j=x_j-{\bar{x}}_j---\left(2\right)$

其中，为受校点j两次测量的平均值。

本发明在具体校准受校点j时，校准角度的测量值与水平转角校 准时的取值方法相同，取两个方向的平均值。两个方向分别为：远离 起始点方向和靠近起始点方向，其中远离起始点方向为起始点→受校 点j，靠近起始点方向为受校点j→起始点。

为了证明本发明的校准方法可行，申请人分别对水平转角和垂直 转角的示值误差进行了不确定度评定。根据量传系统要求：当水平转 角和垂直转角的示值误差的扩展不确定度均小于1/3时，说明此方法 可行。

1.测量方法

水平转角校准方法见步骤一，垂直转角校准方法见步骤二。

2.测量对象

型号为sms 10h，制造厂家为OPtronik的全自动配光测试系统中 水平转角+50°和垂直转角+30°为例进行不确定度评定

3.水平转角的不确定度评定

3.1.测量模型：公式(1)。

3.2测量值的标准不确定度包含以下不确定度分量

(1)测量重复性引入的不确定度分量u₁；

(2)标准器电子经纬仪引入不确定度分量u₂；

(3)自动转台工作面不水平引入的不确定度分量u₃；

(4)自动转台的回转轴与电子经纬仪的竖轴不重合引入的不确定 度分量u₄。

3.3.1测量重复性带来的不确定度分量u₁

对受校点+50°重复测量三次，测量数据见表1。

表1 受校点+50°重复测量数据表

采用极差法计算u₁

其中，c为极差系数，c＝1.69。

3.3.2标准器电子经纬仪引入不确定度分量u₂

$u_2=\frac{\alpha }{k}$

利用分辨力为5″电子经纬仪进行测量时，一般情况下测角误差 α＝±6″，按均匀分布计算，取则：

$u_2=\frac{\alpha }{k}=\frac{6}{\sqrt{3}}={3.5}^{\prime \prime }={0.058}^{\prime }$

3.3.3自动转台工作面不水平引入的不确定度分量u₃

$u_3=\frac{{\delta }_1}{2\times k}$

通过实验得知，自动转台倾斜0.1°时，对同一个角度进行测量， 测量值相差δ₁＝1′左右。测量时若自动转台倾斜0.1°时，按均匀分 布计算，取则

$u_3=\frac{{\delta }_1}{2\times k}=\frac{1^{\prime }}{2\sqrt{3}}={0.58}^{\prime }$

3.3.4自动转台的回转轴与电子经纬仪的竖轴不重合引入的不确定度 分量u₄。

$u_4=\frac{{\delta }_2}{2\times k}$

通过实验得知，自动转台的回转轴与电子经纬仪的竖轴不重合为 2mm，对同一个角度进行测量测量值相差δ₂＝20″左右。按均匀分布 计算，取则

$u_4=\frac{{\delta }_2}{2\times k}=\frac{{20}^{\prime \prime }}{2\sqrt{3}}={5.8}^{\prime \prime }={0.097}^{\prime }$

3.4合成标准不确定度u_c

由于以上各不确定度分量不相关，且灵敏系数均为1，则

$u_c=\sqrt{u_1^2+u_2^2+u_3^2+u_4^2}=\sqrt{{0.51}^2+{0.58}^2+{0.58}^2+{0.097}^2}={0.78}^{\prime }$

3.5扩展不确定度U

U＝k×u_c＝2×0.78＝1.6'≈0.03°

其中，系数k＝2。

4.垂直转角示值误差不确定度分析

4.1.测量模型：公式(2)。

4.3测量值标准不确定度包含以下不确定度分量

(1)测量重复性引入的不确定度分量u₁；

(2)标准器光学倾斜仪引入不确定度分量u₂。

4.3.1测量重复性引入的不确定度分量u₁

对受校点+30°重复测量三次，测量数据见表2。

表2 受校点+30°重复测量数据表

采用极差法计算u₁：

其中，c为极差系数，c＝1.69。

4.3.2标准器光学倾斜仪引入不确定度分量u₂

$u_2=\frac{\Delta }{k}$

根据JJF1083-2002《光学倾斜仪校准规范》，对于分度值为1′

光学倾斜仪，其最大允许误差Δ＝±40″，按均匀分布计算，取则：

$u_2=\frac{\Delta }{k}=\frac{{40}^{\prime \prime }}{\sqrt{3}}={23}^{\prime \prime }={0.38}^{\prime }$

4.4合成标准不确定度u_c

由于以上各不确定度分量不相关，且灵敏系数均为1，则

$u_c=\sqrt{u_1^2+u_2^2}=\sqrt{{0.5}^2+{0.4}^2}={0.64}^{\prime }$

4.5扩展不确定度U

U＝k×u_c＝2×0.64＝1.3'≈0.03°

其中，系数k＝2。

由于水平转角与垂直转角示值误差测量结果的扩展不确定度均 小于转角技术要求的1/3，所以方法可行。

下面以具体实施例说明本发明的校准效果：

本发明通过校准型号为sms 10h，制造厂家为OPtronik的全自动 配光测试系统，产品的自动转角要求误差为±0.10°，采用本发明的 校准方法，水平转角校准，其测量数据见表3；垂直转角校准，其测 量数据见表4。

表3：用电子经纬仪测量水平转角的测量数据

表4：用光学倾斜仪测量垂直转角的测量数据

采用激光跟踪仪对该自动转台的水平转角和垂直转角校准，测量 数据分布如表5和表6。

表5：用激光跟踪测量系统测量水平转角的测量数据

表6：用激光跟踪测量系统测量垂直转角的测量数据

采用归一化误差E_n对两种校准方法进行比较分析，

$E_n=\frac{{\Delta }_{\max }}{\sqrt{U_1^2+U_2^2}}$

当|E_n|≤1，测量结果满意；当|E_n|＞1测量结果不满意，其中Δ_max为两种校准方法示值误差之差的最大值。

水平转角：

采用本发明的校准方法，测量结果的示值误差与激光跟踪仪的侧 量示值误差之差的最大值为0.023°，

由于$\left|E_n\right|=\frac{{\Delta }_{\max }}{\sqrt{U_1^2+U_2^2}}=\frac{0.023}{\sqrt{{0.03}^2+{0.037}^2}}=0.5<1,$测量结果满意，其中 U₁为采用本发明的方法获得的扩张不确定度，U₂为采用激光跟踪仪 获得的扩展不确定度。上述结果说明电子经纬仪的校准效果和激光跟 踪仪的校准效果一样好。

垂直转角：

采用本发明的方法，测量结果的示值误差与激光跟踪仪的侧量示 值误差之差的最大值为0.025°，

$\left|E_n\right|=\frac{{\Delta }_{\max }}{\sqrt{U_1^2+U_2^2}}=\frac{0.025}{\sqrt{{0.03}^2+{0.031}^2}}=0.6<1,$测量结果满意。上述结果 说明光学倾斜仪校准效果和激光跟踪仪的校准效果一样好。

以上已以较佳地实施例公布了本发明，然其并非用以限制本发 明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在本 发明的保护范围内。