光电编码器与棱体轴线平行度对转角误差的影响

光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行会降低转角误差测试结果的置信度,为了减小光电轴角编码器转角测试误差,将由光电轴角编码器轴线与棱体轴线不平行引入的转角测试误差控制在光电轴角编码器转角误差的1/3~1/5以内,建立了由光电轴角编码器轴线和棱体轴线平行度引入的转角测试误差数学模型及Y向偏置数学模型。由仿真结果可知,光电轴角编码器转角测试误差和Y向偏置随转角的增大呈现周期性变化,周期分别为和2,棱体轴线倾斜方向相同时,两轴线夹角越大,转角测试误差峰值和Y向偏置峰值越大,两轴线夹角相同时,棱体轴线倾斜方向大小只会改变转角测试误差曲线和Y向偏置曲线相位,不会改变曲线形状。根据多面棱体-自准直仪法对建立的数学模型进行了实验验证。实验结果表明:测试结果与数学模型具很好的自洽性。在实际测试中,对转角误差进行预先测试,绘制偏置曲线并对曲线进行最小二乘法拟合,求取平行度与倾斜方向,根据倾斜方向调整两轴线平行度大小,直到误差峰值满足测试要求。     

面阵CCD在双轴自准直仪中的应用

介绍了一种高精度双轴自准直仪,它采用面阵CCD器件作为光电传感器,利用自准直原理实现二维角度的测量。对图像处理系统进行了重点阐述,采用直线拟合求十字线交点的方法保证了测量精度。     

大口径细光束自准直测量系统误差的实验研究

目前的商用自准直仪并不满足纳米光学测量仪(NOM)利用细光束进行测量的要求,大口径细光束模式下的自准直测量系统存在各种误差。为了满足自准直测量系统的高精度要求,根据自准直测量原理,对大口径细光束自准直测量系统中CCD阵面与f-theta透镜焦平面不重合引入的误差进行了归纳分析,并通过相关实验对误差的线性关系进行了验证,结果证明理论计算与实验结果具有良好的一致性。     

光栅角编码器偏心误差修正方法研究

为了减小光栅角编码器偏心误差的影响,提高光栅角编码器角度测量的精度,对偏心误差的修正方法进行了研究。通过对光栅角编码器测角原理和偏心误差产生原因的分析,建立了偏心误差模型。并根据偏心误差模型的特点,对其进行简化,得到易于数学计算的偏心误差修正模型。以平行光管和23面棱体为基准,得到存在偏心误差的一组光栅角编码器测量数据。使用线性最小二乘参数选择准则,对偏心误差修正模型中的参数进行优化计算,得到修正模型中的参数,完成对光栅角编码器误差偏心的修正。通过误差修正试验和精度验证试验,表明经过偏心误差修正,系统测量精度优于±13″。修正方法达到了补偿误差的目的,提高了光栅角编码器的测量精度,满足了高精度角度测量的要求。     

六面折射转鼓角度误差测量的新方法

介绍了一种利用光电自准直仪测量六面折射转鼓角度误差的新方法及测量原理及测量步骤。该方法一次测量可同时获得中心角和倾角误差数据,可用于六面折射转鼓角度误差的高精度测量。针对精度为0.5?的标准角度块进行测量,实验表明该方法测量精度优于0.5?,可应用到其他多面体类零件角度误差的高精度测量。     

高精度激光寻北仪误差补偿技术研究

基于激光陀螺的寻北仪,具有寻北精度高及稳定性好等优点,在军事和民用领域都得到了一定的应用。为了实现激光寻北仪的高精度指标,传感器参数标定的准确性至关重要,但由于转台精度的限制,影响传感器参数的标定,造成激光寻北仪寻北精度的下降。该文对基于转台的标定进行了研究,采用系统级标定方法,通过建立标定参数误差补偿模型,利用卡尔曼滤波收敛参数,得到更准确的标定参数。最后,对激光寻北仪进行了系统级的标定,通过静态寻北实验表明了标定误差补偿法的有效性,保证了高精度激光寻北仪的寻北精度。     

基于多体理论的两轴光电转台结构误差分析

基于多体系统运动学理论,以两轴立式光电转台为研究对象,对转台的各项结构误差进行分析,得到了转台拓扑结构图,建立了转台结构误差模型,推导出包含各项结构误差的转台综合误差公式,并借助Mathematica软件进行了转台误差数值仿真,分析了不同结构误差项对转台指向精度的影响,为转台的误差分配、误差设计、误差分离与误差测量奠定了基础。     

光电经纬仪动态误差修正方法

针对光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度低的问题,提出了一种通过修正各分系统之间延时时间从而提高动态测量精度的方法。首先介绍了光电经纬仪红外相机测量系统的组成和测量原理,分析了大地坐标系下物像空间的对应关系,指出了影响光电经纬仪红外相机测量系统的原因是相机内方位元素的准确性和光学畸变校正效果。分析了影响光电经纬仪红外相机测量系统动态测量精度的原因,提出了采用各分系统根据工作参数采用不同延时时间的误差修正方法。实验结果验证了该方法的正确性和准确性,标定结果与精度比对实验结果表明,经过动态测角修正的方位角与高低角测角误差均方根值分别由27.89与17.67提高到10.07与8.56,该方法有效地提高了动态测量精度,并且对其他光电测量设备具有参考价值。     

五棱镜扫描技术检测大口径平面镜的误差分析

五棱镜扫描检测具有结构简单、检测周期短等优点,可以实现大口径平面镜低阶像差的高精度检测,是指导大口径平面镜光学加工过程的一种有效途径。为使大口径平面镜检测系统中的五棱镜扫描技术更加完善,通过理论分析和计算模拟,对五棱镜检测系统中的主要误差源,包括五棱镜制造误差、温度梯度的影响、元件位置误差、光束定位误差、自准直仪测量误差等进行研究,形成了比较完善的误差分析的数理结果。计算结果表明,在当前实验室技术条件下,五棱镜扫描检测系统在单个测量点处的测量不确定度达到230 nrad,其中影响五棱镜检测系统测量精度的主要因素为自准直仪的测量精度与温度的影响。研究结果给出了工程实际中提高五棱镜扫描系统检测精度与减小测量误差的注意事项,并可用于指导系统设计时的误差分析及精度分配。     

光电编码器动态误差评估系统

在批量生产小型光电编码器的过程中,出厂检验不仅要对光电编码器动态误差进行检测,也要对不达标编码器进行误差溯源及修正。在实现对光电编码器高、低转速下的动态误差检测的同时,需要快速的定位光电编码器动态误差超标的原因,使生产者能够根据误差超标原因对编码器进行调校。为此,提出了光电编码器检测方法及评估方法,设计了小型光电编码器动态误差检测及评估系统。首先,从低、中、高频率方面对光电编码器误差组成分析,明确了各频率误差的产生原因;然后,提出了采用AR模型谱估计法对动态误差进行评估的方法,并根据误差评估结果给出误差产生因素判定;最后,设计了小型光电编码器动态误差评估系统,实现了对光电编码器的动态误差检测,并给出误差评估结果。所设计的检测系统工作转速范围为0.5~8 r/s,检测精度优于2;误差评估系统能够清晰的显示出动态误差在各频率下的均方值,使生产者能够轻易地找到不达标编码器的调校方法。该系统准确可靠、显示直观,为批量生产光电编码器提供了简单有效的检测评估手段     

大气成分临边探测光谱仪摆镜控制系统设计

星载大气成分临边探测光谱仪在采集高度方向上光信息时需要借助反射镜的反射, 为满足光谱仪扫描需求, 设计了一款扫描摆镜驱动控制系统, 并在地面模拟验证了扫描方向上的光谱数据采集。设计的驱动控制系统基于 STM32 微控制器, 采用 DRV8833C 电机驱动电路和闭环数字 PID 调节器, 利用有限转角直流无刷力矩电机作为光谱 仪摆镜控制系统的执行机构, 并使用 18 位单圈绝对值光电编码器作为位置传感器。进而搭建了摆镜控制系统和试验 平台, 利用光电自准直仪对摆镜系统性能进行试验验证, 测试了系统的指向精度。结果显示平均指向精度小于 12.15′′ , 最大偏差小于 19.6′′ , 最小偏差小于 7.46′′ , 满足工程预研阶段的主要指标要求。     

高分辨率光栅精密定位系统研究

为了使光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer, OSA)能精确测量窄谱宽光信号,要求光栅转动一圈分辨200万个点。设计了一种基于衍射光栅、直流无刷电机(Brushless Direct Current Motor, BLDCM)和光电编码器的高分辨率光栅定位系统。实现了基于比例-积分-微分(Proportion Integration Differentiation, PID)的高精度闭环调速控制技术,以驱动BLDCM带动光栅的转动。同时,高精度光电编码器快速检测并反馈光栅的角位置,细分电路对编码器的输出信号作进一步细分。将输出信号的分辨率从16000点/圈提升至2048000点/圈,极大地提升了光栅定位系统的整体分辨率。通过实验测试了光栅扫描速度、波长重复性和波长准确度等性能指标,验证了光栅定位的精度和分辨率。     

高精度光电编码器莫尔条纹信号质量分析方法

针对莫尔条纹信号质量对高精度编码器细分误差的影响,提出了基于离散傅里叶变换分析莫尔条纹信号质量的方法。该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实地反应了莫尔条纹信号质量,提高了细分误差测量的准确性。编码器转动时,采集相位差为/2 的两路精码正弦光电信号,通过对采样信号的重构得到信号波形,利用离散傅里叶变换算法分析重构波形,求解信号的直流分量、幅值、相位和谐波分量等各项参数。最后,根据信号参数与细分误差的关系得到光电编码器的细分误差值,并进行了实验验证。实验结果表明,对某24 位绝对式光电轴角编码器细分误差进行测量,细分误差的峰值为+0.48和-0.21。相对于传统的细分误差测量方法,此方法测量速度快,测量精度高,适用于工作现场。     

光电编码器的动态误码检测系统

为了实现对光电编码器在动态状态下的误码检测，提高批量生产时对光电编码器的误码检测速度，设计了光电编码器动态误码检测系统。首先，对光电编码器误码产生原因进行了分析，并对光电编码器误码进行特征识别。其次，针对光电编码器误码的特征，采用微分方法对光电编码器进行动态误码检测。然后，搭建了光电编码器动态误码检测系统，设计了软硬件电路。最后，对所设计光电编码器动态误码检测系统进行实验验证。实验表明:所设计的动态误码检测系统能够实现对0~8 r/s转速下光电编码器的误码检测，检测结果直观、准确。检测系统极大的提高了批量生产光电编码器时的检验速度。     

绝对式光电编码器动态误差采集系统

在绝对式小型光电编码器动态特性检测中,为了对匀速变速转动下编码器的高速误差进行数据采集,提出了编码器误差数据准确采集方法,并设计了绝对式光电编码器动态误差采集系统。首先,通过对被测编码器输出角度数据所表达真实角度准确时刻的分析,提出了编码器误差数据的准确采集时刻是在编码器输出数据变化的边沿时刻。然后,通过对误差采集时采集数据量、采集速度及传输速度的分析,确定了以FPGA+USB设计制作硬件电路,实现编码器误差数据的全分辨率采集。最后,通过计算机软件实现对误差数据的计算、显示和打印。经过实验,系统可以高速、准确地采集到快速转动下编码器所有角度的误差数据,能够满足小型绝对式光电编码器动态特性检测的要求。系统具有采集数据高速、准确等优点。可以实现对90 r/min以下转速的16位编码器的数据采集。     

非均匀采样光电编码器莫尔条纹信号分析方法

为实现高精度光电编码器非匀速转动时动态细分误差的检测,提出了一种基于非均匀采样的莫尔条纹光电信号分析方法.首先,利用曲线拟合的最小二乘法将采集到的编码器非均匀信号数据重构出真实的信号波形.然后,根据离散傅里叶变换算法分析重构信号,同时推导出信号的频率、幅值和相位的计算表达式,运用软件仿真评估算法可行性.最后,采用该方法对某21位绝对式光电轴角编码器精码信号进行分析,根据信号参数与细分误差的关系获得动态细分误差,其细分极值误差为+2.41"和-3.08".实验结果表明,该方法利用信号重构和傅里叶变换算法得到信号参数,真实的反应了莫尔条纹信号质量,在编码器非匀速转动时,可有效地测量动态细分误差,为实际工作现场编码器精度误差的实时检测奠定了基础.     

基于FPGA 的双通道旋转变压器测角系统设计

设计了用于星载设备的双通道多对极旋转变压器的角度测量系统。以获取高精度的电机旋转角度值为目的, 在旋转变压器测角工作原理、误差分析以及双通道数据组合算法和测角系统软硬件设计等方面进行了研究, 并选用 FPGA 对步进电机的角位移量进行探测与解算。为验证所设计的双通道旋变角度测量系统的精度, 采用了分辨率更高 的海德汉光电编码器进行同时采集, 并将两者数据进行对比, 结果表明新设计的测角系统误差小于30′′, 满足设计精度 指标。     

光电轴角编码器莫尔条纹误差信号补偿

为保证光电轴角编码器在恶劣工作环境下的细分精度,提出一种基于Hilbert-Huang变换的误差补偿方法。针对编码器系统受正弦振动引起的测角故障,提出一种莫尔条纹误差信号的数学模型;采用经验模态分解算法,获取误差信号的本征模态函数,分别对本征模态函数进行希尔伯特变换解调分析,提取包含干扰特征的莫尔条纹信号;同时,基于光电轴角编码器的精码信号方波信息,获取精码信号的基波时域频率;提取与基波时域频率匹配的本征模态函数包络分量。以24位光电轴角编码器为实验对象,实验结果表明:编码器莫尔条纹信号动态细分误差峰值由约200降低到1.54左右,细分精度明显提高。