排列互比法用于超精测角时产生系统误差的研究

从理论上阐明了用排列互比法测量分度误差时，其测量结果中含有测量系统误差的原因，这主要是自准直仪十字丝倾斜与棱体（或仪器）倾斜和角晃动的综合影响所造成，并用实验加以验证。文章还介绍了消除和减少这种系统误差的方法。     

多面棱体角分度误差分离技术--多次转位法

介绍了多面棱体角分度误差分离技术－－多次转位法。采用该技术可以分离多面棱体角分度误差和测量仪器的系统误差，满足多面棱体角分度误差的测量要求。     

排列互比法用于超精测角时产生系统误差的研究

从理论上阐明了用排列互比法测量分度误差时,其测量结果中含有测量系统误差的原因,这主要是自准直仪十字丝倾斜与棱体(或仪器)倾斜和角晃动的综合影响所造成,并用实验加以验证。文章还介绍了消除和减少这种系统误差的方法。     

排列常角法测量的计算机处理方法

一、概述在多面棱体的检定方法中,排列常角法是一种较好的方法,其测量方法如图1所示。测量时,不需高精度的角度基准或测角仪器,仅用两台自准直仪Z_1、Z_2按被检棱体的工作角φ_(12)、φ_(13)、……φ_(1n)。组成相应的常值角度β_2、β_3、……β_n,每个常角依次与被检棱体各相邻工作面的各个中心角相比较。利用圆分度闭     

分度误差测量研究

采用多面体和光电自准直仪对圆刻机进行分度误差检定，用光电圆分度检验仪进行反盘的格线误差检定，最后介绍用多面体和光电自准直仪检定光学分度台的示值误差。     

自研角度计量转台在圆分度器件校准中的应用

为了实现亚角秒级圆分度器件的高精度校准,建立了基于角度计量转台和自准直仪的角度测量系统,研究了基于无实物基准的圆分度误差检测方法和控制测量系统引入误差的策略。简要介绍了基于真空预载气浮支承和超声马达驱动的自研转台的结构,搭建了整个测量系统。利用圆封闭原理和最小二乘原理分析了圆分度误差的测量算法,讨论了测量过程的误差来源,并分析了抑制各误差源的方法。最后,在构建的测量系统上测量了多齿分度台的圆分度误差,并对测量不确定度进行了分析。实验结果表明：自研计量转台和被校多齿分度台的最大圆分度误差分别为0.12″和0.15″,测量不确定度为0.05″（k=2）。通过比对,表明测量系统能够实现亚角秒级圆分度误差的高精度校准。     

双读数头圆光栅偏心参数标定修正算法

圆光栅安装偏心误差是影响圆光栅角度测量精度的关键因素,偏心误差补偿是提高角度测量精度的重要方法。为准确辨识和补偿圆光栅安装偏心误差参数,在建立的圆光栅偏心误差模型基础上提出了一种双读数头平均误差补偿方法,对读数误差进行修正,并对测量与修正模型进行仿真实验。使用正23面棱体与光电自准直仪搭建实验装置,对所提方法的测量补偿效果进行验证。实验结果表明:采用所提出的补偿修正方法能够有效补偿圆光栅读数头读数偏差,圆光栅的测角精度达到1″以内。     

转台分度误差检测及补偿技术的研究

采用0.3″的精密多齿分度台与平面反射镜组合,对转台分度误差进行检测。针对多齿分度台安装倾斜对检测结果产生影响的问题,提出了利用双轴光电自准直仪Y轴读数补偿调整误差的方法。根据转台分度误差是由多次谐波叠加的特点,采用谐波分析的方法对测量得到的离散数据进行拟合处理,得到用于转台分度误差补偿的连续曲线模型。对分度误差为17.82″的转台进行实测和误差补偿,补偿后转台的最大分度误差为2″。     

圆光栅测角系统示值误差分析与补偿

首先针对引起圆光栅测角系统示值误差的主要来源(光栅盘的偏心及倾斜)进行理论研究,同时提出光栅盘与转动轴的同轴安装方法;利用中国计量科学研究院的全圆连续角度标准装置(测量不确定度为0.05″)对待测圆光栅测角系统直接进行溯源性测试,避免了圆光栅安装过程和间接溯源性测试(多面棱体和光电自准直仪配合校准)过程中引入的仪器误差;其次利用谐波理论分析偏心和倾斜以及其它阶次误差在频谱中的分布;最后针对安装偏心和倾斜造成的误差,进行谐波补偿。实验结果表明,测角系统的示值误差从补偿前的100″减小到了10″,有效消除了光栅盘安装偏心、倾斜造成的稳定可复现的误差谐波成分。     

激光跟踪仪测角误差补偿

由于激光跟踪仪的角度测量精度直接影响仪器的测量精度,本文提出了用自准直仪结合多面棱体对跟踪仪金属圆光栅测角误差进行离散标定的方法。研究了基于谐波分析的误差补偿方法,取金属柱面圆光栅测角误差中幅值较大且相位基本不变的谐波分量建立了补偿模型,避免了最小二乘法不收敛的问题。分析了标定测角误差的不确定度,结果显示：水平测角精度补偿前后分别为1.60"和0.90",俯仰测角精度补偿前后分别为4.89"和0.91",精度分别提高了44%和81%,从角秒级提高到了亚角秒级。结果表明,提出的方法可为激光跟踪仪水平和俯仰轴系提供测角误差补偿,对类似测角系统的误差补偿也有参考价值。     

基于 AKF 滤波器的时栅角位移动态误差抑制方法

动态测量下的谐波误差成分是制约高精度、高分辨率的时栅角位移传感器在动态测量领域运用的主要原因之一。针对动态测量下时栅角位移传感器中的谐波抑制难题,首先简述了时栅角位移传感器的系统模型,其次建立了时栅角位移传感器的动态误差数学模型,之后解释了传感器的动态误差产生机理,阐述了自适应卡尔曼滤波的基本原理,最后构建了基于自适应卡尔曼滤波的时栅角位移传感器的动态误差抑制模型。通过仿真分析证明了时栅角位移传感器在匀速和变速运行情况下,经自适应卡尔曼滤波后,动态误差均降低了约70%,且随着传感器转速的提高,对谐波误差的抑制效果越明显。在实验运用中,该滤波算法对时栅角位移传感器的测量值有很好的实时预测性,传感器能够更快速且稳定运行,在100 r/min的转速下测量误差降低约80%。结果证实了自适应卡尔曼滤波在时栅角位移传感器的动态谐波误差抑制中有着显著的作用,能极大地提高传感器的动态测量精度。     

转台误差对数字天顶仪轴系误差的影响

针对数字天顶仪在定位过程中存在的的轴系偏差,研究了如何对光轴与旋转轴、旋转轴与垂直轴之间的角度偏差进行补偿的方法。为了高精度地解算出测站点位置垂直轴的天文坐标,采用对称位置的两幅星图直接解算旋转轴的坐标,从而避免了光轴与旋转轴之间的补偿。采用双轴倾角仪测量倾角,并对旋转轴进行倾角补偿得出垂直轴的位置坐标。考虑进行轴系补偿时,转台误差会对旋转轴坐标和倾角补偿造成影响,分别研究了转台误差对于旋转轴以及倾角补偿的影响,并得出了转台误差的范围。实验结果表明:当测站点纬度的绝对值小于或等于88.3°时,转台误差必须小于或等于35″;当测站点纬度的绝对值大于88.3°时,转台误差值要小于|1 166.8cosδ|″。在对称位置解算测站点位置坐标时,必须提高转台的精度,以减小转台误差对于定位精度的影响。     

基于激光干涉仪的旋转轴误差快速检定方法

为了提升五轴数控机床各旋转轴精度,解决旋转轴几何误差难以测量的问题,提出了一种基于激光干涉仪的旋转轴几何精度快速测量方法。该方法针对AC双转台和BC摆头转台的结构特性,采用旋转轴与直线轴联动的测量技术,可以避免传统测量方法对旋转轴中心的依赖性,推导了测量中直线轴转角误差与直线度对旋转轴几何误差约束关系,在保证精度的同时减少了测量过程中的设备安装调试时间,实现了五轴机床旋转轴转角误差、重复转角误差以及反向间隙的快速测量和补偿。对实际五轴机床AC双转台几何精度进行检定,提高了旋转轴的几何精度,实验证明该测量方法具有很强的工程应用价值。     

五角棱镜扫描系统中调整误差及制造角差的影响分析-

五角棱镜扫描系统可以实现高精度测量光学表面面形,为了全面分析五角棱镜扫描系统中的调整误差及制造角差对指向误差和测角仪测量误差的影响。根据旋转变换矩阵和光线矢量追迹理论,运用MATLAB编写通用的五角棱镜扫描系统的光线矢量追迹函数及相关分析程序。同时通过二维二次多项式拟合推导出,在一定角度范围内,用于计算指向误差和测角仪测量值的二阶近似公式。分析结果表明：在扫描测量过程中,测角仪的俯仰角和五角棱镜的制造角差对沿扫描方向指向误差和测角仪垂直方向测量值的影响是常量,五角棱镜扫描过程中的偏摆角和滚动角与其成二次函数关系;五角棱镜的偏摆角和滚动角、测角仪的偏摆角与垂直扫描方向指向误差和测角仪水平方向测量值均成线性关系。当导轨误差滚动10"、偏摆10",系统的各项调整误差为±3"时,沿扫描方向最大测角误差为0.0010666"。     

车载经纬仪的测量误差修正

载车平台变形会直接导致经纬仪方位旋转轴线产生倾斜,从而影响经纬仪的测角精度。为补偿测角精度,实现活动站测量,通过球面几何推导了平台变形对光电经纬仪测角误差影响的修正公式,利用光电轴角编码器精度高、采样频率高的特性,测量出经纬仪坐标系倾斜,经过坐标变换推导出经纬仪倾斜角和倾斜方向,该测量装置通过时统终端与经纬仪望远系统同时记录测角数据及倾斜数据,从而对测角误差进行修正。实验结果表明,该方法能够实时有效地补偿因平台变形而带来的测角误差,使经纬仪不落地测角精度控制在20″内,为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

机床导轨对主轴回转轴线平行度的精密测量

机床导轨与主轴回转轴线之间的平行度是影响机床加工精度的重要因素．也是影响测量圆柱度测量精度的主要因素。提出了一种完全分离机床导轨与回转轴线平行度的新方法。即以主轴平均回转轴线为坐标轴所建立的绝对坐标系内，利用三点法圆度误差分离技术。通过分离各截面的圆度误差及回转误差，结合绝对坐标系与各截面测量坐标系的关系。计算出在绝对坐标系的两个坐标平面内直行导轨上对应点与主轴平均回转轴线的关系。从而实现导轨与回转轴线平行度的精密测量。     

嵌入式时栅角位移传感器短周期误差分析与补偿

为提高嵌入式时栅角位移传感器测量精度,从传感信号形成机理出发,对短周期误差成因进行了详细分析。通过对绕组等效分析和激励信号分析,确定了短周期误差的主要特性为一次和二次误差,一次误差来源为零点残余误差和直流分量误差,二次误差来源为激励信号正交误差。针对短周期误差补偿,提出了基于超限学习机的误差补偿方法,通过对测量值与真实值样本的训练得到模型最优参数,根据模型参数建立短周期误差模型,利用所得误差模型实现对短周期误差的补偿。实验结果表明,短周期误差分析结果与传感器实际误差特性一致,采用该补偿方法传感器短周期误差大幅度降低,降低了约96%。对比和重复性实验表明,该方法与谐波补偿法相比精度提高了约1倍,误差补偿效果更优,同时方法具有良好的测量稳定性,对提高嵌入式时栅角位移传感器的测量精度具有重要的理论和现实意义。     

静电陀螺仪对准误差产生的系统伺服随动误差分析

介绍了采用平行光管式光电位置探测器(PSD)测角的静电陀螺仪在伺服测试转台上测试时,陀螺坐标系与平台台体坐标系之间的两种对准误差,然后推导出由该对准误差引起的反射光斑中心点在PSD平面坐标系上的坐标变化公式,给出了当陀螺坐标系与台体坐标系之间存在对准误差时,计算伺服随动误差的步骤,并根据静电陀螺仪的结构及工作情况,选取一组数据进行了计算。结果表明:第一种对准误差比第二种对准误差约大两个数量级;为减小系统伺服随动误差,第一种对准误差应不大于4'。其结论对静电陀螺仪的设计与测试具有理论指导意义。     

Automatic calibration system for polygon mirrors

An automatic calibration system of polygon mirrors is described. This system consists of the four subsystems: a precise rotary mechanism, a rotary magnetic scale for angular standard, a special photo-electric autocollimator which enables dynamic measurement, and a mini-computer system which controls the compiling and handling of data. The basic principle of the system depends on the self-checking method, so that both the polygon mirror and the standard rotary scale are calibrated simultaneously. A time-conversion method is adopted to detect slight angular difference with high resolution. By way of an example, the calibration of a 12-sided polygon is described. The results obtained are as follows: (1) The calibration can be done automatically in a short time without skill, except for the manual operation of setting a polygon relatively for the magnetic scale; (2) 95% confidence interval of instrumental error calibrated on the system is within $\text{±0.07}$ seconds of arc.