激光自准直测角系统安装误差分析

分析激光自准直测角系统的安装误差,得出误差主要来源:光学系统和PSD的倾斜安装.针对光学系统的倾斜安装,建立畸变误差模型并仿真分析,得出结论:光学系统光轴平行于转轴时,像点坐标不因平面镜旋转角度的不同而存在误差,变化的仅是折射光线与光轴的夹角;光轴与转轴相交时,像点坐标随光轴与转轴的夹角、焦距和平面镜初始位置法线与转轴夹角的变化而产生较大的畸变误差.建立的误差模型及仿真结果为提高激光自准直测量精度提供了一个有效的理论指导,具有一定的工程实际应用价值.     

光学连续闭环光电编码器误差检测系统

为了解决光电编码器误差检测精度低、光机结构复杂、检测周期长等问题,利用自准直仪与多面棱体的光学小角度测量原理及转角互逆双轴转台的连续误差检测方法,建立了光学连续闭环光电编码器误差检测系统;采用多体系统理论与相对位姿矩阵变换方法,建立了双轴转台全误差模型,分析了固定误差和可变误差对系统的影响;利用标定自准直仪与23面棱体对检测系统进行了校准,并利用高精度光电编码器与系统进行了精度对比验证。结果表明:检测系统的双轴回转精度满足数值仿真计算要求,系统精度可达0.38″,测量不确定度为0.2″（k=2）,系统检测精度与实际编码器出厂时标定的准确度基本一致,验证了光学连续闭环光电编码器误差检测系统实现高精度和全圆周连续误差检测的可行性。     

PSD安装倾斜误差对光斑定位影响的研究

针对入射光能量为高斯分布时,位置敏感探测器(PSD)安装倾斜影响光斑定位的问题,建立了光斑定位畸变误差数学模型,并进行了仿真。仿真结果表明,光斑定位畸变误差随着PSD倾斜角度、高斯光束的束腰半径和与光束束腰之间的距离的增加而增加,其中前两项的变化对PSD光斑定位精度的影响在小范围内可以忽略,最后一项影响较大。所建立的光斑定位畸变误差模型及仿真结果为PSD的实际工程应用提供了有效的理论依据。     

PSD安装倾斜误差对光斑定位的影响

针对入射光能量为高斯分布时,位敏探测器(PSD)安装倾斜影响光斑定位的问题,建立了光斑定位畸变误差数学模型,并进行了仿真.仿真结果表明,光斑定位畸变误差随着PSD倾斜角度、高斯光束的束腰半径和与光束束腰之间的距离的增加而增加,其中前两项的变化对PSD光斑定位精度的影响在小范围内可以忽略,最后一项影响较大.所建立的光斑定位畸变误差模型及仿真结果为PSD的实际工程应用提供了有效的理论依据.     

高精度长焦距测量系统反射镜安装误差分析

大口径长焦距测量系统中,为了缩小测量系统的尺寸,加入两块反射镜形成折返光路。折返光路中两块反射镜的安装误差是影响测量结果的重要因素。将条纹理解成条纹成像面上的点光源阵列,通过这一思路分析了反射镜偏转角度对最终检测结果的影响。研究了反射镜偏转角度与反射镜单位法向量的计算公式,结合反射定律的矩阵形式,求出入射光矢量到出射光矢量的变换矩阵。基于反射镜的单位法向量、出射光的方向向量,利用解析几何得到理想接收屏上条纹所在直线的方程,求出接收屏上测得的条纹的角度。计算了两块反射镜小角度旋转的49种组合情况下,莫尔条纹角度的偏差结果。使用自准直仪分光路的方法调整反射镜,将反射镜安装误差控制在1以内,莫尔条纹角度的偏差在10-4数量级。通过实验验证莫尔条纹的测量精度实际达到0.005,充分说明了反射镜的调整效果。     

转轴径向运动误差干涉测量的信号处理方法

转轴径向运动误差是转轴的重要误差项之一,严重影响数控机床等转轴相关设备的精度和性能。利用激光干涉配合伺服转轴可以实现转轴径向运动误差的测量,但由于待测转轴和伺服转轴的自身转速不匀、伺服响应延迟、跟踪不稳等原因,干涉测量信号存在持续微幅相位抖动,进而造成非线性误差难以有效修正,相位解算精度不高,测量误差大。针对这一问题,提出一种零值截取-阈值判定的干涉信号处理方法,成功消除了相位抖动的影响。设计并搭建了一套转轴径向运动误差的激光干涉测量装置,针对实测信号的处理结果表明,相比于传统修正方法,文中提出的修正方法使得转轴径向运动误差干涉测量信号解算的重复性由4.8 μm减小到0.2 μm,与标准仪器的对比误差由3.5 μm降为2 μm。     

站址偏差对多站雷达定位的影响及校正

对于多基站雷达,站址测量偏差对系统定位误差具有较大影响.以多基站超宽带雷达系统为例,建立了偏差影响与校正模型,通过对定位误差的线性化处理,将系统定位误差表示为站址测量偏差的线性组合;引入误差系数表示线性组合的权值;重点分析了站址偏差校正算法.误差系数表征了站址偏差对定位误差的影响方式,仿真计算表明误差系数同目标与雷达各基站的相对位置有关.同时仿真结果验证了所提模型可以较好地实现对站址偏差的校正.     

傅里叶磁光谱仪中的起偏器和检偏器的自动定位及误差分析

在傅里叶变换型磁光谱仪中，起偏器和检偏器的初始方位通常需要在测量前预先定位。提出了一种不需要专门对起偏器和检偏器定位即可完成磁光谱的测量计算的新方法，该方法可以计算出起偏器和检偏器的初始角度值，从而进行自动校准。推导了检偏器旋转角度偏差导致磁光偏转角测量误差的理论公式，并进行了数值分析，给出了测量误差与旋转步数的关系，数值结果表明检偏器角度偏差引起的误差与步数的平方根成反比关系。还给出了一个钴膜样品的磁光克尔角随外加磁场变化的实测曲线。     

基于激光位移传感器圆径测量的角度安装误差研究

基于激光位移传感器的工件圆径和圆度测量被广泛应用于工业现场的产品质量检测过程中。文中研究了激光位移传感器的角度安装误差对工件圆径测量结果的影响,并提出校准方法。首先,将定量分析位移传感器的角度安装误差与计算得到的圆径结果的误差之间的关系。其次,提出了一种位移传感器角度安装误差校准方法,该方法可在标准圆圆径未知的情况下,根据不同位置下的3个位移传感器的测量值,精确计算出传感器的角度安装误差。详细说明了该校准方法的建模过程,通过仿真确认角度安装误差校准方法的有效性。最后,利用三坐标测量仪对角度安装误差进行校准。实验结果表明,校准后的圆径测量误差从20 μm提高到1.5 μm。     

基于扫描激光差动技术的圆度误差检测

为了提高回转体圆度误差测量精度,基于差动技术,并利用小波变换过滤算法及圆度误差最小二乘法模型,提出一种基于扫描激光差动技术的圆度误差检测系统。采用分光镜分束的方法,形成两束光强调制信号,从原理上消除偏心误差的影响。通过对一标定零件进行圆度误差测量实验,设定不同的实验条件,偏心量分别为2~4 mm,5~7 mm、8~9 mm,所测得圆度误差值相差不超过0.62 μm。表明测量系统可以有效消除偏心误差,完成对回转体零件圆度误差的检测。解决了目前圆度误差检测中回转轴偏心量误差消除难度大、测量效率低等问题,为高精度检测提供了一种新思路。     

红外稳定平台装调误差对视线角速度的影响分析

框架式稳定平台中的装调误差影响视线角速度的测量精度。给出了框架轴系偏差的数学描述,在此基础上研究了轴系偏差和陀螺敏感轴交叉耦合情况下三自由度框架式红外稳定平台对视线角速度的计算方法。并比较了这两类装调误差对视线角速度测量精度影响的大小。仿真结果表明,通过对装调误差补偿,视线角速度的测量精度可显著改善。所得结果对新型框架式稳定平台系统的误差指标分配具有重要的参考价值。     

基于遗传算法的柱面光栅测角技术研究

高精度角度测量装置是保证旋转设备精度和性能的关键, 广泛应用于测量跟踪仪器中, 特别是对于大尺寸坐标测量仪器, 测角相比于测距是制约坐标测量精度的瓶颈。在精密一维轴系平台上, 采用高精度柱面光栅及四个读数头构建测角装置, 对传感器本身、安装及轴系跳动等误差因素对测角精度的影响进行了详细分析。基于角度测量标准器具校准角度测量误差, 对误差数据进行谐波分析。基于遗传算法提出了一种参数优化方法, 建立误差补偿模型, 对测角误差进行了补偿。实验结果显示, 补偿后柱面光栅测角误差减少为0.7, 证明了误差补偿算法的有效性, 显著地提高了角度测量精度。     

Large-scale spatial angle measurement and the pointing error analysis

A large-scale spatial angle measurement method is proposed based on inertial reference. Common measurement reference is established in inertial space, and the spatial vector coordinates of each measured axis in inertial space are measured by using autocollimation tracking and inertial measurement technology. According to the spatial coordinates of each test vector axis, the measurement of large-scale spatial angle is easily realized. The pointing error of tracking device based on the two mirrors in the measurement system is studied, and the influence of different installation errors to the pointing error is analyzed. This research can lay a foundation for error allocation, calibration and compensation for the measurement system.     

光学圆柱几何形状的精确测量和误差消除

为提高圆柱形光学元件形状测量精确度,对采用圆柱度测量仪测量光学圆柱时存在的3种定位误差进行了分析。针对偏置误差,提出一种包含有传感器测头偏移误差和试件偏心误差的双偏置参数圆轮廓测量模型以及基于参数优化的偏置误差分离方法,可避免现有单参数测量模型的原理缺陷,实现对偏置参量的精确估计与直接求解;针对基准间平行定位误差,提出了"倒置法"误差分离方法,以实现对基准间平行定位误差的精确分离和补偿;针对气浮导轨轴向定位误差,提出了基于液体阻尼的气浮导轨轴向定位误差抑制方法。仿真和实验验证了上述方法的有效性。     

Mars-LiDAR系统误差分析及安置角误差飞行检校

机载激光雷达系统是集激光扫描仪、全球定位系统和惯性导航系统等于一体的多传感器集成系统。机载激光雷达的检校和标定是保证激光点云定位精度的关键环节,其中扫描系统安置角误差是影响定位精度的主要因素之一。首先介绍了国产中远程机载激光雷达Mars-LiDAR系统,然后基于误差传播定律对系统误差进行了分析。研究了系统安置角误差的飞行检校方法,采用外场定标的方法将安置角进行动态分离,并通过飞行试验完成了系统安置角误差的动态检校,对Mars-LiDAR系统在3000 m、4000 m飞行高度获取的点云进行了定位精度分析和校正,验证了Mars-LiDAR系统安置角误差检校方法的实用性。     

基于激光跟踪仪的转台系统几何误差检测

转台系统是多轴机床的基本组件,因此转台系统的几何误差检测对于多轴机床的误差补偿有重要意义。提出了一种基于激光跟踪仪的转台系统几何误差检测方法,利用齐次坐标变换建立转台系统的误差模型,并给出几何误差与空间误差之间的关系。利用激光跟踪仪检测转台上不共线的三个点的空间坐标并得到各点的空间误差,再逆用误差模型,建立了包含六项几何误差的方程组。求解方程组,获得了转台系统的六项几何误差的解析表达式。将检测方法应用于某转台系统的几何误差检测,并通过对比实验证明了该方法的有效性。     

激光雷达坐标测量系统的测角误差分析

为了精确地设计激光雷达坐标测量系统仪器,在研究激光雷达坐标测量系统测量原理和结构的基础上,建立了引入两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差这3项主要系统误差的测角误差模型。由理论分析可知,在距离10m处,这3项系统误差各自引入的单点坐标测量误差最大值分别为124.1m,447.9m和242.4m。结果表明,在激光雷达坐标测量系统设计中,为保证在大空间测量中仍有很高测量精度,必须严格控制两轴垂直度误差、反射镜倾斜误差和反射镜入射激光束倾斜误差,并根据建立的误差模型进行参量标定和误差补偿。     

基于蒙特卡罗方法的LED芯片定位系统误差分析

该文根据LED芯片定位系统的特点,构建了从图像坐标系到芯片坐标系的数学模型。检测运动控制、图像处理过程以及标定过程中的误差分布,通过蒙特卡罗分析法估计LED芯片的定位误差,计算了各个测量变量对最终定位误差的敏感度。分析结果表明,绕z轴旋转角度误差为LED芯片定位系统误差的主要来源,图像处理误差以及运动控制误差对系统误差影响较小。因此,通过标定算法补偿绕z轴旋转角度误差是提高LED芯片定位精度的关键。     

机载LIDAR 点云定位误差分析

在机载LIDAR 点云定位方程的基础上建立其定位误差方程,依据定位误差方程,将点云的误差分类为系统误差、任务误差和随机误差3类。详细分析了平地、下坡面、上坡面3种情形下地形坡度和扫描角对测距误差和点云定位误差的影响大小,探讨了扫描角误差、安置角误差、姿态角误差以及扫描角对点云定位误差的影响。除了分析系统误差外,还着重分析了时间偏差、GPS定位误差、偏心分量误差以及随机误差对点云定位误差的影响大小。研究发现:航高和扫描角是点云定位误差的重要误差源,下坡面地形和瞬时扫描角误差对点云定位误差的影响较大,安置角误差可以通过检校来消除,姿态角误差取决于IMU自身的硬件精度。