GPT-1型光栅偏心调整检验仪

　　1　引　　言

　　电子经纬仪摆脱了传统光学经纬仪读数时的目视观测,实现了测量读数的自动化,正在逐步替代光学经纬仪而得到广泛应用。目前,我国电子经纬仪生产厂家尚未很好地解决电子经纬仪大批量生产问题,原因之一是电子经纬仪光栅偏心调整技术与手段落后,偏心调整效率低下[1]。

　　目前,电子经纬仪光栅副偏心调整一般采用所谓电调法,即用示波器观测光栅光电读数头光电信号合成的李萨茹圆(Liszo)进行调整;或先用光调法,即采用显微镜观测光栅基圆的方法进行粗调,再用电调法进行精调。直接采用电调法调整,由于光栅副的初始偏心太大,李萨茹圆变化很大很快,难以快速确定李萨茹圆的变化与光栅副偏心大小和方位的关系,致使偏心调整几乎无规律可循,调整时间太长,无法满足批量生产调整检验的需要。采用光调法与电调法相结合,使得电调过程大大加快,效率提高,但由于光调法中人眼长时间观察显微镜,极易疲劳,且光调法和电调法工装无法通用,需要转换,也降低了光栅偏心调整的效率。

　　这里对电子经纬仪生产厂家提出的偏心调整要求,通过反复试验,分析比较了四种调整方法,提出了一套基于CCD图像传感器和虚拟数字示波器的新的调整方案,较好地解决了光调法与电调法工装的一致性问题。实践表明,该方案切实可行,较好地解决了电子经纬仪装配过程中的光栅盘偏心调整与检验问题。根据此方案,研制出了用于电子经纬仪光栅偏心调整与检验的专用仪器—GPT-1型光栅偏心调整检验仪。

　　2　理论基础

　　如果以光栅副圆心连线为x轴,连线中点为原点,节距角为δ,两光栅刻划中心的偏移量为e,利用几何光学和衍射及干涉的原理可知光栅副莫尔条纹具有以下几个特点[2]:

　　(1)它是由一族圆心位于光栅副圆心连线的垂直方向上的圆组成(如图1),条纹方程为:

　　(2)横向或纵向莫尔条纹的方向与偏心方向平行,且横向莫尔条纹的宽度可由下式表示:

　　(3)莫尔条纹的电信号呈正弦波形;

　　(4)电子经纬仪采用电子细分技术来得到更高的测量精度。

　　3　四种偏心调整方法

　　根据光栅副形成莫尔条纹的特性方程,比较国内外对光栅偏心调整的方法[3],初步提出了用于光栅偏心调整的四种方案。

　　3.1　莫尔条纹调整法

　　对取得的斜向(或横向)莫尔条纹图像进行处理,得到斜向莫尔条纹的倾斜角度,拟合出莫尔条纹的灰度曲线,即可得到莫尔条纹的宽度,再通过公式:

　　算出偏心量,其中δ为光栅节距角,e为光栅副偏心,R为光栅副半径,B和θk分别为斜向莫尔条纹的宽度和倾斜角,W横为横向莫尔条纹的宽度。而光栅副的偏心方向与横向莫尔条纹的方向平行,并且偏心连线与指示光栅窗口连线的夹角与莫尔条纹的倾斜角互为补角。