二维PSD自动对焦非球面测量系统

论文摘要

随着非球面元件的广泛应用和非球面加工技术的发展,现代工业对非球面元件的面形参数检测提出了更高的要求。本文是在线阵光电敏感器件PSD(Position Sensitive Device)的测量平台基础上利用面阵PSD进行三维非球面测量,以PSD做为传感器件,光栅尺做为精密测量工具,设计自动对焦非球面测量系统;进行了自动对焦镜头的设计,PSD信号处理电路及数据采集的设计,光栅尺信号采集的设计,自动对焦控制软件的设计及相关误差分析;实现了对焦镜头在自动对焦过程中的非球面测量;达到非球面元件的非接触精密测量的要求。本文包含以下内容:(1)介绍了当前主要的非球面检测方法,自动对焦技术的发展及应用,非接触测量光电器件的发展。(2)详细说明面阵PSD自动对焦非球面测量系统的原理,自动对焦光路的设计及各器件的选择、自动对焦的方法的优化。(3)设计了PSD信号处理及采集电路,光栅辨向计数电路及各模块与PC的通讯设计。(4)阐述了测量系统中各个模块的组成及特性。(5)设计了自动对焦测量系统的两个下位机程序及上位机PC控制软件。(6)本系统的实验结论及自动对焦精密测量系统的前景。本文重点在于面阵PSD对焦光路的设计和自动对焦方法的选择上。经过实验证明利用PSD做为传感器,采用自动对焦系统进行精密测量是完全可行的。本文所论述的自动对焦非球面测量系统的优点在于:(1) PSD做为光电探测器,提高了非接触测量的采样速度,降低了成本。(2)将自动对焦应用于精密测量,引入光栅尺可达到较高的测量精度,提高了可靠性。(3)数据采集方便,采用串口通讯将PSD采集的数据和光栅尺计数测量结果实时上传至PC显示,便于监控和扩展功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 非球面测量技术
• 1.1.2 自动对焦技术及其应用
• 1.2 课题意义及主要内容
• 第二章 自动对焦光路的原理和方法
• 2.1 自动对焦检测系统组成
• 2.2 自动对焦镜头的设计
• 2.2.1 自动对焦镜头光路原理
• 2.2.2 对焦光路的设计分析
• 2.2.3 光路的优化设计比较
• 2.3 小结
• 第三章 自动对焦系统的硬件设计和选用
• 3.1 对焦镜头的构成
• 3.1.1 枕形二维位敏探测器
• 3.1.2 激光器及透镜的选用
• 3.1.3 对焦镜头的设计
• 3.2 电路设计及芯片选用
• 3.2.1 PSD信号处理及信号采集电路
• 3.2.2 光栅尺信号的处理和采集
• 3.3 执行机构的构成
• 3.3.1 电机的选择与控制
• 3.3.2 对焦镜头机械驱动装置设计
• 3.4 系统误差分析
• 3.5 小结
• 第四章 自动对焦系统软件设计
• 4.1 下位机PIC16F877控制
• 4.1.1 A/D采集控制
• 4.1.2 数据发送接收控制
• 4.2 下位机AT89S52的控制
• 4.3 上位机控制界面编程
• 4.3.1 串口通讯的实现
• 4.3.2 对焦搜索算法的优化设计
• 4.3.3 控制软件功能设计
• 4.4 小结
• 第五章 实验实例与精度分析
• 5.1 PSD线性测试
• 5.2 测量结果及分析
• 5.3 小结
• 第六章 结论与展望
• [参考文献]
• 致谢
• 发表论文