航空透明件光学角偏差测试仪的光学系统设计赵成强，徐文东(中国科学院强激光材料科学与技术重点实验室（上海光学精密机械研究所）上海201800)摘要：光学角偏差为航空透明件的一个最重要光学性能指标。介绍了一种航空透明件光学角偏差测试仪，其光学系统采用LED光源、双光路、千兆网面阵相机等技术，实现了光学角偏差自动检测，并增加了分辨率检测功能。光斑位置检测为角偏差测试中的关键技术，其判断精度直接决定了仪器的精度。在模板匹配算法的基础上提出了一种新的检测光斑位置的亚像素算法，提高了仪器的测量精度。仪器的角偏差测量范围为±42.6′，测量的绝对误差≤±7″。关键词：航空透明件；角偏差；分辨率；光斑位置中图分类号：TH741.2文献标识码：A国家标准学科分类代码：460.4035OpticalsystemdesignofopticalangulardeviationtesterfortransparentpartsinaviationZhaoChengqiang,XuWendong(KeyLaboratoryofMaterialScienceandTechnologyforHighPowerLasers,ShanghaiInstituteofOpticsandFineMechanics，ChineseAcademyofSciences,Shanghai201800,China)Abstract：Angulardeviationisthemostimportantopticalperformanceparameterfortransparentpartsinaviation.Theangulardeviationtesterfortransparentpartsinaviationintroducedinthispaperrealizesautomaticangulardeviationdetectionandresolutiontest,whichappliesanLEDlightsource,doublelightbeams,agigabitnetworkcameraandetc.Detectionofthelightspotpositionisthekeytechnologyinthemeasurementofangulardeviation,whoseprecisiondirectlydeterminestheaccuracyoftheinstrument.Thispaperpresentsanewsubdivisionmethodforthedetectionofthelightspotpositiononthebasisoftemplatematchingalgorithm，whichimprovesthemeasurementaccuracyoftheinstrument.Theangulardeviationmeasurementrangeofthistesteris±42.6′,andtheabsolutemeasurementerrorreaches±7″.Keywords：transparentpartinaviation;angulardeviation;resolution;lightspotposition透明件的折射率不均、内外表面的楔角、曲率等因素的影响，光线通光透明件时其光轴会发生偏折，所偏折的角度即为光学角偏差。透明件的分辨率可理解为透过透明件成像的清晰程度。影响分辨率的因素有很多，透明件的光学角偏差、弯曲、瑕疵、畸变等众多因素都会导致成像模糊。到目前为止，透明件的分辨率还没有客观的衡量标准，只能通过人眼进行主观评测。航空透明件一般为大型的透明体，要求检测仪器具有检测速度快、工作距离长的特点，而普通测量光楔角的方法则无法达到上述要求[4-6]。测量航空透明件光线偏折角的基本原理有2种：1)投影测量法，用投影仪将一1引言航空透明件包括飞机夹层风挡玻璃、飞机防弹玻璃、航测玻璃及其同类产品。在许多应用中，为符合空气动力学要求，曲面透明件已经逐步替代了平面透明件。由于曲面透明件的形状比较复杂，导致其光学性能有所下降，尤其对于战斗机飞行员来说，此情况将产生很大的问题[1-2]，因此对曲面透明件的光学性能进行检测就成为非常重要的工作。表征曲面航空透明件光学性能的参数主要有光学角偏差、光学畸变、双目视察、分辨率、雾度及透光度等，其中光学角偏差为最重要的参数[3]。由于438仪器仪表学报第31卷组刻线投射到屏幕上，通过对比安装透明件前后刻线的位置得到偏折角，此方法只能达到分级的精度；2)准直望远镜测量法，由准直镜出射一束平行光，经透明件后进入一个望远镜系统，通过读取望远镜分划板的刻度值得到光束的偏折角，此方法可以达到秒级的精度。本检测装置采用准直望远镜测量法的原理，分化板替换为面阵CCD，从而实现了高精度、高速度、全自动的航空透明件角偏差测试仪器。2装置原理2.1角偏差测量原理图1为本装置角偏差测量的原理图：当一束平行光入射到透明件时将产生偏折，偏折角度大小为δ，此偏折光束经聚焦镜会聚在其后焦面的CCD上。根据几何光学成像原理得到如下关系式：图2模板匹配原理图Fig.2Schematicdiagramoftemplatematchingalgorithm模板匹配的公式[10]为：∑∑Si,j(m,n)⋅T(m,n)R(...