位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光學(xué)定位跟蹤測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種位置敏感探測(cè)器定位 誤差的標(biāo)定裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 位置敏感探測(cè)器(Position Sensitive Detector,簡(jiǎn)稱PSD)是一種基于非均勻半 導(dǎo)體橫向光電效應(yīng)的光電位置傳感器，可W準(zhǔn)確迅速地探測(cè)到入射光斑的能量中屯、位置， 具有很高的位置分辨率和良好的響應(yīng)特性，適合用于位置、位移等的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)檢測(cè)。目前開 發(fā)的PSD可分為一維PSD和二維PSD兩類，可分別用于測(cè)量光點(diǎn)在直線和平面上的運(yùn)動(dòng)位置 及位移，其中二維PSD在激光準(zhǔn)直、光學(xué)定位跟蹤等測(cè)量領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)有前景。
[0003] 一般情況下，PSD的定位誤差為±0.05mm，為了適應(yīng)和滿足更高精度的位移探測(cè)， 則需要對(duì)PSD不同位移量下的定位誤差進(jìn)行標(biāo)定并加 W修正。通常的做法是將光源(半導(dǎo)體 激光器LD)通過設(shè)計(jì)的專用夾具固定在萬能工具顯微鏡的立臂上，PSD安裝在萬能工具顯微 鏡的工作臺(tái)上，利用萬能工具顯微鏡X和y兩個(gè)方向上的位移調(diào)節(jié)裝置調(diào)整激光光點(diǎn)入射到 PSD光敏面的一個(gè)位置上，記下此時(shí)PSD的坐標(biāo)數(shù)值，同時(shí)記下萬能工具顯微鏡的坐標(biāo)數(shù)值。 再次調(diào)節(jié)萬能工具顯微鏡X和y兩個(gè)方向上的位移調(diào)節(jié)裝置，使激光光點(diǎn)入射到PSD光敏面 的另一個(gè)位置上，記下此時(shí)PSD的坐標(biāo)數(shù)值，同時(shí)記下萬能工具顯微鏡的坐標(biāo)數(shù)值。利用PSD 兩次的坐標(biāo)數(shù)值，可W計(jì)算出兩個(gè)光點(diǎn)之間的距離，并將其作為測(cè)量值。利用萬能工具顯微 鏡兩次的坐標(biāo)數(shù)值，可W計(jì)算出兩個(gè)光點(diǎn)之間的距離，并將其作為相對(duì)真值。測(cè)量值與相對(duì) 真值之差即為PSD的定位誤差。
[0004] 該方法是建立在PSD光敏面和萬能工具顯微鏡二維測(cè)量平面平行的前提下，因此 PSD光敏面和萬能工具顯微鏡二維測(cè)量平面的平行性是影響PSD定位誤差測(cè)試精度的關(guān)鍵 因素，此方法沒有調(diào)整PSD光敏面和萬能工具顯微鏡二維測(cè)量平面平行性的微調(diào)環(huán)節(jié)。如果 PSD光敏面和萬能工具顯微鏡二維測(cè)量平面不平行，則PSD測(cè)量坐標(biāo)系和萬能工具顯微鏡測(cè) 量坐標(biāo)系不為同一個(gè)坐標(biāo)系，兩個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系之間會(huì)發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，并且此旋轉(zhuǎn)角度在上 述的測(cè)試條件下是無法獲知的，因此也不能對(duì)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)引入的測(cè)試誤差進(jìn)行修正。即在兩 個(gè)測(cè)量坐標(biāo)系發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)的條件下，所獲得PSD的測(cè)量坐標(biāo)和萬能工具顯微鏡的測(cè)量坐 標(biāo)不能進(jìn)行直接運(yùn)算。
[0005 ]由于上述方法的PSD測(cè)量坐標(biāo)系與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備測(cè)量坐標(biāo)系之間均存在坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)的現(xiàn) 象，為此提出一種高精度位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定方法及標(biāo)定裝置具有一定的實(shí)際 意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型所要解決的問題是提供一種位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定裝置，很 容易的調(diào)整PSD光敏面法線與電控位移臺(tái)的移動(dòng)方向垂直，避免了因坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)而引入的 測(cè)試誤差，提高了 PSD定位誤差的測(cè)試精度。
[0007] 解決上述問題的技術(shù)方案:所提供的位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定裝置，包括 電控平移臺(tái)、單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)、用于給PSD發(fā)射光束的半導(dǎo)體激光器和用于夾持半導(dǎo)體激光器 的激光夾持器;所述單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)固定于電控平移臺(tái)上，單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)上放置有PSD。
[0008] 上述單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過螺栓與電控平移臺(tái)固定。
[0009] 所提供的位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定方法，包括W下步驟：
[0010]步驟1:將PSD放置于單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，轉(zhuǎn)動(dòng)PSD，使PSD的光敏面與電控平移臺(tái)成夾 角，然后固定PSD;
[0011] 步驟2:調(diào)整半導(dǎo)體激光器光束方向，使光束和PSD光敏面垂直，記錄PSD的坐標(biāo)測(cè) 量值和電控平移臺(tái)的測(cè)量值;移動(dòng)電控平移臺(tái)到下一位置后，記錄PSD的坐標(biāo)測(cè)量值和電控 平移臺(tái)的測(cè)量值;通過兩次PSD的坐標(biāo)測(cè)量值計(jì)算出兩個(gè)光點(diǎn)之間的距離，作為測(cè)量值;通 過兩次電控平移臺(tái)的測(cè)量值計(jì)算出兩個(gè)光點(diǎn)之間的距離，作為相對(duì)真值;測(cè)量值與相對(duì)真 值之差即為PSD的定位誤差；
[0012] 步驟3:根據(jù)PSD的定位誤差確定單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)步距，W確定后的轉(zhuǎn)動(dòng)步距 轉(zhuǎn)動(dòng)單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)，然后重復(fù)步驟2來測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)后的PSD的定位誤差，經(jīng)過多次轉(zhuǎn)動(dòng)單軸精 密轉(zhuǎn)臺(tái)，從而得到PSD的定位誤差的數(shù)集；
[001引步驟4:
[0014] W單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)的角度位置和相對(duì)應(yīng)的PSD的定位誤差分別為橫軸和縱軸，繪制 曲線;確定曲線所對(duì)應(yīng)函數(shù)的單調(diào)性，若為單調(diào)函數(shù)則重復(fù)步驟1-4,直到曲線所對(duì)應(yīng)的函 數(shù)為非單調(diào)函數(shù)再進(jìn)行下一步;若為非單調(diào)函數(shù)則進(jìn)行下一步；
[0015] 步驟5:確定步驟4中的非單調(diào)曲線極值點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，其中，橫坐標(biāo)為PSD 光敏面與電控平移臺(tái)移動(dòng)方向平行時(shí)的角度位置，縱坐標(biāo)為PSD定位誤差。
[0016] 上述步驟3中轉(zhuǎn)動(dòng)單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)的方向應(yīng)按轉(zhuǎn)動(dòng)單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)到PSD光敏面與電 控平移臺(tái)平行時(shí)轉(zhuǎn)過的角度最小的方向來轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0017] 本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 本實(shí)用新型可W很容易的調(diào)整PSD光敏面法線與電控位移臺(tái)的移動(dòng)方向垂直，避 免了因坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)而引入的測(cè)試誤差，提高了 PSD定位誤差的測(cè)試精度。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020] 圖2是PSD角度一定位誤差曲線圖。
[0021] 附圖標(biāo)記明細(xì)如下：
[0022] 1-電控位移臺(tái)；2-PSD; 3-半導(dǎo)體激光器;4-激光夾持器;5-單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0023] W下通過具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的詳細(xì)闡述：
[0024] 如圖1的位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定裝置，包括電控平移臺(tái)1、單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái) 5、用于給PSD發(fā)射光束的半導(dǎo)體激光器3和用于夾持半導(dǎo)體激光器的激光夾持器4;單軸精 密轉(zhuǎn)臺(tái)5固定于電控平移臺(tái)1上，單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)5上放置有PSD2;單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)5通過螺栓與 電控平移臺(tái)1固定。
[0025]實(shí)施例中，本實(shí)施例中，PSD的標(biāo)稱定位誤差為-0.03mm，因此確定轉(zhuǎn)臺(tái)角度轉(zhuǎn)動(dòng)步 距為1°，在此轉(zhuǎn)動(dòng)步距下可W保證PSD定位誤差的測(cè)試精度。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，采樣點(diǎn)數(shù)為 32個(gè)。電控平移臺(tái)的測(cè)試精度為2um，單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)的測(cè)角精度為0.1°。為了減少實(shí)驗(yàn)中可 變因素的對(duì)定位誤差測(cè)試的影響，規(guī)定PSD單次探測(cè)距離為8mm，也就是說在每一次測(cè)量PSD 定位誤差時(shí)，移動(dòng)電控平移臺(tái)，使PSD的測(cè)量值為8mm。
[00%] 整個(gè)實(shí)施例的具體實(shí)現(xiàn)過程如下：
[0027]步驟1:將PSD放置于單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，調(diào)整PSD光敏面，使其與電控平移臺(tái)移動(dòng)方 向存在一定的夾角。
[00%]將PSD放置于單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)上，目視觀察，調(diào)整PSD光敏面，使其與電控平移臺(tái)移動(dòng) 方向存在一定的夾角，為了減少計(jì)算量，此角度一般小于20°。然后將PSD和單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)固 連，防止在測(cè)試過程中PSD發(fā)生位移而影響測(cè)試精度。
[0029] 步驟2:根據(jù)電控平移臺(tái)移動(dòng)前后PSD的測(cè)量坐標(biāo)值與電控平移臺(tái)的測(cè)量數(shù)值計(jì)算 PSD的單次定位誤差。
[0030] 規(guī)定PSD單次探測(cè)距離為8mm，也就是說在每一次測(cè)量PSD定位誤差時(shí)，移動(dòng)電控平 移臺(tái)，使PSD的測(cè)量值為8mm。調(diào)整半導(dǎo)體激光器光束方向，使其和PSD光敏面垂直，記下此時(shí) 電控平移臺(tái)的測(cè)量值。移動(dòng)電控平移臺(tái)，當(dāng)PSD的測(cè)量距離為8mm時(shí)，停止移動(dòng)，記下此時(shí)電 控平移臺(tái)的測(cè)量值。移動(dòng)前后，利用電控平移臺(tái)兩次的測(cè)量數(shù)值，可W計(jì)算出兩個(gè)光點(diǎn)之間 的距離，并將其作為相對(duì)真值，8mm與相對(duì)真值之差即為單次PSD的定位誤差。定位誤差測(cè)試 裝置示意圖如圖1所示。
[0031] 步驟3:根據(jù)PSD定位誤差的大小，確定轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)步距W及采樣點(diǎn)數(shù)，按步驟2計(jì) 算轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)后PSD的單次定位誤差。
[0032] 本實(shí)施例中PSD定位誤差為-0.03mm，因此確定轉(zhuǎn)臺(tái)角度轉(zhuǎn)動(dòng)步距為1°，在此轉(zhuǎn)動(dòng) 步距下可W保證PSD定位誤差的測(cè)試精度。轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向應(yīng)按轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)到PSD光敏面與電 控平移臺(tái)平行時(shí)轉(zhuǎn)過的角度最小原則來轉(zhuǎn)動(dòng)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，采樣點(diǎn)數(shù)為32個(gè)。按步驟2 計(jì)算32次PSD單次定位誤差W及與之對(duì)應(yīng)的角度位置。定位誤差與角度位置數(shù)據(jù)見表1。
[0033] 表1單次定位誤差及對(duì)應(yīng)角度數(shù)據(jù)
[0034]

'[0039]~~步驟4: W轉(zhuǎn)臺(tái)角度位置和相對(duì)應(yīng)的PSD的定位誤差分別為橫軸和縱軸，繪制曲線。I
[0040] 根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)，W轉(zhuǎn)臺(tái)的角度位置為橫軸，W對(duì)應(yīng)的PSD定位誤差為縱軸繪制 散點(diǎn)圖，鑒于誤差一一角度曲線理論上應(yīng)是對(duì)稱曲線，因此選擇二次多項(xiàng)式為擬合函數(shù)對(duì) 散點(diǎn)圖進(jìn)行擬合，并得到函數(shù)表達(dá)式，如圖2所示。
[0041] 步驟5:求取步驟4中擬合曲線極值點(diǎn)的坐標(biāo)。
[0042] 求取步驟4中擬合的非單調(diào)曲線極值點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，橫坐標(biāo)為PSD光敏面與 電控平移臺(tái)移動(dòng)方向平行時(shí)的角度位置，縱坐標(biāo)為PSD定位誤差。由圖1可知，擬合曲線具有 極大值點(diǎn)，擬合曲線的函數(shù)表達(dá)式為：
[0043] y = -〇. 〇〇13χ2-〇. 0075X-0.0405
[0044] 根據(jù)擬合函數(shù)，求得極值點(diǎn)的坐標(biāo)為:X = -2.8846，y = -0.03mm，貝化SD光敏面與電 控平移臺(tái)移動(dòng)方向平行時(shí)的角度位置為-2.9°，PSD的定位誤差為-0.03mm，此值與PSD的標(biāo) 稱定位誤差為-0.03mm相吻合。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定裝置，其特征在于:包括電控平移臺(tái)、單軸精密 轉(zhuǎn)臺(tái)、用于給PSD發(fā)射光束的半導(dǎo)體激光器和用于夾持半導(dǎo)體激光器的激光夾持器;所述單 軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)固定于電控平移臺(tái)上，單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)上放置有PSD。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定裝置，其特征在于:所述單軸 精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過螺栓與電控平移臺(tái)固定。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種位置敏感探測(cè)器定位誤差的標(biāo)定裝置，包括電控平移臺(tái)、單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)、用于給PSD發(fā)射光束的半導(dǎo)體激光器和用于夾持半導(dǎo)體激光器的激光夾持器；單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)固定于電控平移臺(tái)上，單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)上放置有PSD。單軸精密轉(zhuǎn)臺(tái)通過螺栓與電控平移臺(tái)固定。該裝置可以很容易的調(diào)整PSD光敏面法線與電控位移臺(tái)的移動(dòng)方向垂直，避免了因坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)而引入的測(cè)試誤差，提高了PSD定位誤差的測(cè)試精度。
【IPC分類】G01B11/00
【公開號(hào)】CN205300497
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】王濤, 趙建科, 田留德, 周艷, 潘亮, 陳琛, 段亞軒, 趙懷學(xué)
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院西安光學(xué)精密機(jī)械研究所
【公開日】2016年6月8日
【申請(qǐng)日】2015年12月1日