数字图像技术在中心偏测试仪中的应用

　　引　言

　　光学组件中心偏自动测试仪是光学系统、特别是精密光学系统(投影光刻机物镜、航测镜头等)在装配、调试过程中不可缺少的光学测量仪器。自动测试仪应用数字图像处理技术,计算聚焦参数,完成自动聚焦,检测图像十字丝中心坐标之间的距离,确定中心偏。该测试仪能提高光学系统的检测精度和效率,常用于光学组件装配的在线检测。

　　随着CCD、CMOS图像传感器、计算机技术的迅速发展[1],数字图像技术在工业测量[2],尤其在光学精密测量方面得到了迅速发展,应用前景十分广阔。数字图像技术已广泛应用于高精度的自动测试仪器中,一方面可降低测试人员的劳动强度;另一方面可以提高测试速度和精度。

　　1·红外导引头中心偏测试系统

　　红外导引头[3]中心偏测试系统如图1-1,被测透镜在电转台1上,该系统可控制被测透镜在电转台1上旋转。由计算机实时控制光学测量头5电动导轨的向前或向后移动。

         计算机系统依据图像聚焦程度,发出平台向前或后移动指令,调整焦距,可以记录重要参数,计算中心偏,打印报表;同时可以实施控制和分析,确定中心偏量和优化轴数据。

　　2·中心偏测试图像采集系统

　　该系统采用反射式自准直法的测量光学系统的光路图如图2-1。

　　光学测量头由图2-1中1、2、3、4、5、8、9、10共同组成。其中光源1为普通仪器灯泡,光源1发出光波,照明十字分划板2,分划板位于内调焦镜组的焦面上。位于准直仪准直物镜4焦面上的十字线,通过准直物镜4成像在会聚物镜5的焦面上。光波从对准的球面上返回,经分光镜3到标尺分划板8上。此时通过耦合成像透镜9,反射的十字像在CCD接收屏10上成像。控制电转台带动被测透镜7进行旋转,被测透镜置于C点处,其各个面的球心(球心像)分布在C点下100mm到C点上700mm处,改变测量头位置,使某一球面镜的球心位置正好处于分划板像重合位置时,反射像将按相反方向返回,经内调焦物镜系统后成像于十字分划板表面上。此像再经耦合成像透镜成像于CCD上。CCD光电器件接受耦合成像透镜的会聚像,采集卡将探测的数据进　　行采集并传输到计算机,计算机对采集到的图像进行十字丝中心定位。转动180度后停下采集第二个图像,测量计算软件取得2个点,计算两个十字丝中心的距离,得到圆的直径,从而计算出指标自准像的划圆圆心和半径。根据划圆半径计算出该透镜面的实际偏心量。

　　反射镜6用于转折光路,使结构紧凑,适用于卧式测量系统。

　　设在转台示值为0°时十字线位置为(X0, Y0), 180°时十字线位置为(X180, Y180),则球心C的位置(Nx, Ny)为: