高精度角位移平台的研制及误差补偿*

在拉曼光谱仪中,要求承载分光元件转动的角位移平台在具备较大的转动范围、较高的转角分辨率和转角定位精度的同时还具备较快的转动速度,传统的几种驱动方式很难同时满足上述所有要求。有鉴于此,设计了一种采用力矩电机直接驱动技术的高精度角位移平台。一般控制方法的控制精度在很大程度上依赖于反馈元件的测量精度,为了突破反馈元件测量精度对整个控制精度的影响,采用了一种更为精确的误差补偿校正技术,并搭建了误差测量装置,将测得的绝对转角误差在控制器中通过一定的控制算法加以有效的补偿。最后,对结构设计和误差补偿校正的效果进行了实验检测。结果显示:当测量步距为1°时,双向绝对定位精度优于1.008″;当测量步距为10°时,双向绝对定位精度为0.648″;回转轴系的轴向晃动误差小于±5″。以上结果验证了该角位移平台具有机械精度高、转角分辨率高、定位准确等技术优势,能够满足拉曼光谱仪等相关仪器的使用需求。     

涡旋压缩机涡旋体加工位置和转角误差的快速测量

由于对刀误差和机床的零点漂移,涡旋压缩机转动涡旋体加工过程中存在位置和转角偏差。首先基于圆柱坐标系开发了转动涡旋体型线误差快速测量系统;然后通过测量标准圆柱体和量块得到测量系统的位置和转角偏差;最后采用遗传算法计算出转动涡旋体加工位置和转角偏差。同三坐标测量机(CMMs)测量结果对比表明,在满足测量精度的前提下,快速测量系统的测量时间为230 s,且能满足加工现场的测量环境要求。加工偏差的快速测量能提高涡旋体的加工精度和加工效率。     

基于 Kalman 的动态角度测量方法研究

为了保证转台测角系统动态角度测量的准确性,研究了一种基于Kalman滤波的动态角度测量方法。阐述了动态角度测量方法原理,详细解释了基于Kalman滤波的参数优化模型和动态预测模型;根据测量精度要求设计动态角度测量电路,基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现转台发生角度值实时预测;开展加速度为10°/s²的匀加速运动工况仿真实验,以转台发生角度理论值为参考验证方法有效性;搭建转台实验平台,以环形激光陀螺仪为测量参考值验证动态角度测量方法应用效果。实验结果证明提出的动态角度测量方法可有效减小转台测角系统测量延时引入的系统误差,在转速为30°/s时延时误差由-82.62″减小至-0.01″,在各种转速下能够保持测量结果一致性,有效提升转台测角系统动态测量精度。     

新型齿轮检测仪器─—万能式齿轮测量机

我们两厂于1977年协作研制完成万能式齿轮测量机(图1),经过检验和各种工作试验,达到设计要求。按JB 179-60标准,该机可测齿轮精度等级为:周节累积误差不高于3级,其他各种误差不高于4级。去年第一机械工业部在北京对此进行了鉴定,认为该测量机的原理、功能和精度等方面具有世界先进水平。 测量机配备有专用电子计算机,按照新的测量方法─—逐齿座标点测法,不用标准测量元件,就能自动连续地测量出渐开线圆柱齿轮的截面整体误差(又称全误差),周节累积误差和齿形误差等曲线。其工作原理如下(见图2): 齿轮被测齿面与测量机的点测头接触,由转动的…     

线振动台台面对运动直线的垂直度误差测试技术

为了测量线振动台的工作台面对运动直线的垂直度误差,分析了检测系统的各误差源,包括运动直线的三维移动误差、测试工具直角方尺的垂直度误差、寄生转动误差等。推导了测微仪读数与这些误差源以及移动位移之间的关系,并设计了误差测量方法,该方法补偿了直角方尺垂直度误差、振动台的寄生转动误差和径向偏移误差,分离出线振动台台面与运动直线的垂直度误差,提高了测试精度。     

大行程转动柔性铰链性能测试及实验

针对大行程柔性铰链铰链运动范围较大,转动误差相对较小,实现其转动精度的测量比较困难的问题,提出了一种间接测量大行程柔性铰链转动精度的方法.首先对柔性铰链转动精度的衡量指标进行定义和比较;然后选择合适的指标,提出间接测量该柔性铰链转动中心漂移量和刚度的方法.该方法利用工具显微镜测量铰链运动刚体上的两个特征点在转动过程中的坐标值,从而解算出柔性铰链在不同转角时转动中心点的位置.由此不仅得到了转动中心漂移的大小,还可以得到轴漂的方向.基于该方法搭建了实验平台并对实验误差进行了分析,分析显示其误差主要为特征点坐标的测量误差.实验结果与有限元仿真对比表明,测量结果的误差小于0.006 mm,基本满足对大行程柔性铰链精度测试的要求.     

基于MSP430的移动式高精度涡街流量计的设计

针对传统流量计存在精度低、适应性不强以及结构复杂等缺点,设计了一种高精度便携式涡街流量计。系统以低功耗处理器MSP430为控制核心,利用"卡门涡街"原理实现流量的测量,利用压电传感器实现待测流体频率的测量,通过传感器组测量待测管道中流体的温度、压力值,采用IAPWA-IF97公式来补偿待测流体的密度,最终计算出待测液体的流量值。实际测试结果表明,系统能有效地测出待测管道中的液体流量,且测量精度高,误差小于1%。     

阿贝原则在角度测量上的拓展应用研究

为了减少角度测量误差、提高含精密轴系的精密仪器的测量精度和精密机械的定位精度,回顾了古典阿贝原则及拓展理论,并将其推广到角度测量领域,定义了测角阿贝误差的概念,测角阿贝误差由阿贝角和阿贝臂共同作用产生。以关节类坐标测量机中精密轴系为例,使用光电自准直仪和平面镜对阿贝角进行测量,进而得到测角阿贝误差,实验结果表明测角阿贝误差是测角误差的重要组成部分,占25.5%,修正测角阿贝误差后,测角精度提高了12.8%,在此基础上,当配合使用多面棱体修正测角误差时,测角精度提高了93.2%。     

用激光干涉仪测量数控机床回转轴精度

1．前言根据英国机床标准BS3800第二部分的要求，标定数控机床回转轴精度时，其转动误差的测量在0～360°范围内至少应测量9个随机位置。然而用传统的准直光管配合多面体的测量方法难以实现这一要求，由于受多面体的限制，这种方法只能测量几个等分角度的固定位置。为了解决回转轴精度的测量问题，可以采用激光干涉仪的小角度测量附件配合基准分度转台的测量方法。虽然激光干涉仪小角度附件本身的测角范围很小，但与基准分度转台配合使用即可扩大测量范围，实现360°内任意位置的角度测量。用此方法可以对数控机床上用CNC控制的回转轴的精…     

基于全光纤干涉的新型光纤长度测量系统

设计了一种新型的光纤长度测量系统,该系统基于全光纤干涉系统,通过扫频系统和压电陶瓷实现对两束相干光信号的相位差进行调制,并在信号处理端检测出待测光纤的消光频率从而计算出待测光纤长度.与传统的时域反射仪(OTDR)测量方法相比,该系统不存在测量盲区,适用于各种长度光纤的测量.从理论上分析了系统的可行性,并用实验加以验证.实验结果表明该系统的测量结果与OTDR基本一致.     

Measurement and analysis of typical motion error traces from a circular test

The circular test provides a rapid and efficient way of measuring the contouring accuracy of a machine tool. To get the actual point coordinate in the work plane, an improved measurement instrument - a new ball bar test system - is presented in this paper to identify both the radial error and the rotation angle error when the machine is manipulated to move in circular traces. Based on the measured circular error, a combination of Fourier components is chosen to represent the systematic form error that fluctuates in the radial direction. The typical motion errors represented by the corresponding Fourier components can thus be identified. The values for machine compensation can be calculated and adjusted until the desired results are achieved.     

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。     

基于机构条件数的30m望远镜三镜Stewart平台

从误差传递的角度研究了30 m望远镜（TMT）三镜大型Stewart平台的转动精度。首先,利用奇异值分析Stewart平台速度雅克比矩阵,得出机构条件数与支腿伸长量的关系。利用条件数与系统误差传递系数的关系推导出TMT三镜特殊运动形式下支腿伸长量误差与平台姿态误差的关系,并使用MATLAB优化平台结构参数得出一组优化解。然后,利用ADAMS对之前的理论推导进行仿真验证。最后,利用已知误差传递模型结合精度实验数据进行实验,辨识得出Stewart支腿伸长误差为均匀分布、动平台转动误差向量模为双峰分布。利用MATLAB进行模拟,模拟结果显示：假设支腿伸长误差为0到1之间均匀分布,动平台转动误差向量模的期望会由优化前的5.345 4×10^-4变为优化后的4.272 1×10^-4,优化量约为20%;转动误差分布的两个肩峰相互靠拢且向0点移动。     

红外成像系统的调制传递函数测试

研究了刃边法测试光学系统调制传递函数(MTF)的原理,提出将改进倾斜刃边法用于红外成像系统MTF的测量。考虑刃边倾斜角度的测量误差和噪声干扰会引起红外系统MTF的测量误差,采用Canny算子、直线拟合和边缘扩散函数(ESF)重构行数变动等方法来提高MTF的测试精度;同时针对ESF与线扩散函数(LSF)提出有效的降噪算法来降低噪声对MTF测试精度的影响,从而系统地降低了MTF的测量误差。搭建了实验平台,以红外成像系统的理论模型和实测参数得到的MTF曲线为依据,实验验证了本文方法的有效性,测试分析了刃边倾角的变化对MTF测试精度的影响。实验结果表明:通过本文方法测试得到的MTF曲线的测试精度为0.010,测试重复精度为0.008,刃边倾角保持在2°~10°。实验结果显示:本文方法有效地降低了刃边倾角的测量误差和噪声干扰对MTF测试产生的影响,测试结果具有良好的重复性。     

<Emphasis Type="Bold">Roundness Error Prediction with a Volumetric Error Model Including Spindle Error Motions of a Machine Tool</Emphasis>

This paper proposes a modified volumetric error model that includes spindle error motions as well as geometric errors. The model is constructed using rigid-body kinematics and homogeneous transformation matrices and an additional error matrix describing spindle error motions is included. The suggested model predicts the positioning errors at a given axis position as a function of both the axis position and the engaged spindle rotation angle. Two circular interpolation tests (inner and outer circle of the same radius) are simulated and the machined part profiles are predicted. To verify the simulation results, machining tests are performed according to the ISO 10791-7 standard. The error model with spindle errors shows a better agreement, between the simulated and measured roundness errors, than the simple geometric model. It can be seen that the geometric errors determine the basic part profiles and the spindle errors change the basic profiles according to the magnitude of the errors and the spindle rotation angle.     

摆式陀螺寻北仪的积分测量方法

提出了摆式陀螺寻北仪双次积分测量方法。在粗寻北阶段采用步进法,通过施加外作用消耗系统原有机械能的方式实现快速寻北。在精寻北阶段采用双次光电积分法,通过对陀螺摆动的一个半周期做积分测量后,利用双次光电积分的方式得到陀螺摆动的平衡位置,然后,通过计算来获得子午面与陀螺轴向之间的夹角。进行了一系列相关实验,结果表明:双次光电积分法有效地改善了JT15试验样机的寻北测量精度,使由于测量周期变化造成的寻北误差减小了10倍以上。本方案缩短了摆式陀螺寻北仪的寻北测量时间,提高了寻北测量精度,满足了工程实用的精度和快速性要求。     

Rotation error measurement technology and experimentation research of high-precision hydrostatic spindle

The hydrostatic spindle is widely applied in the field of high-precision machine tools, which has some advantages such as high stiffness, high rotary precision, and the high damping shock absorption. The spindle rotation error is an important index to measure the machining accuracy of machine tools. Due to the installing eccentric error of the test bar, conventional method based on the standard test bar to measure the rotation error indirectly is applied to the precision machine tools and common machine tools whose rotation error is greater than 1 μm only. In order to eliminate the installing eccentric error of the standard test bar, it presents a self-reference approach that takes the online finish turning test bar, rather than that of the standard test bar, as the measuring datum. Using the capacitive micro-displacement sensor and the LMS data acquisition equipment as the test platform, it designs a set of spindle rotation error measurement system. Then it studies the frequency domain three-point method and has the rotation error and roundness error of high-precision hydrostatic spindle separated. Experimental study shows that the rotation error and the roundness error of the spindle are 0.9 and 0.3 μm, respectively, under the circumstance of conventional standard test bar as the measuring datum. However, if it takes the online finish turning test bar as the measuring datum, the rotation error and the roundness error of the spindle are only 0.3 and 0.1 μm, respectively. The self-reference method is able to eliminate the installing eccentric error of standard test bar directly, and the measurement system has realized the accurate measurements of the rotation error and roundness error of the high-precision hydrostatic spindle.     

车床主轴回转精度测量系统的研制

车床作为制造业的基础设备,零件加工精度受到诸多因素制约,其中主轴回转误差是主要的影响因素之一.该车床主轴回转精度计算机测量系统由光电编码器、电涡流传感器、微机、变送器、数据采集卡及辅助工具构成.在测量车床主轴回转精度的同时,可获得与主轴角位置对应的径向跳动、端面跳动和角度摆动误差,使用数理统计法误差分离技术编制LabV...     

偏振导航传感器测角误差分析与补偿

借鉴沙漠蚂蚁等昆虫利用天空偏振模式进行导航的方法,设计了偏振传感器来获取导航系统的航向角。为提高偏振传感器的测角精度,研究了影响偏振传感器测角精度的误差因素与补偿方法。讨论了如何利用偏振传感器从天空偏振模式中提取偏振方位角信息的方法,分析了影响偏振测角精度的主要误差因素,建立了偏振传感器的测角误差模型。根据测角误差模型,推导了偏振方位角的解算方法,并利用最小二乘算法,通过估算模型的误差参数值间接补偿测角误差。最后,采用提出的误差补偿算法在晴朗天气下进行了实验测试。测试结果表明：误差补偿后测角精度得到明显提高,约为0.17°（3σ）。实验结果验证了提出的误差补偿算法可以实现对角度误差的有效补偿。     

稳健李代数旋转平均用于GPS辅助无人机影像三维重建

针对最小二乘的旋转平均方法对粗差敏感,求解影像旋转参数不够精确的问题,提出了一种稳健的旋转平均方法。先利用李群和李代数之间的映射关系,将旋转矩阵的乘积运算简化为李代数中的减法运算,推导出旋转平均迭代解算的线性化方程;然后利用L1范数优化和迭代加权最小二乘相结合的方法求解全局一致旋转最优解;最后采用迭代策略剔除粗差,得到精确的旋转矩阵。实验结果表明,与传统最小二乘方法相比,提出方法的旋转参数求解精度更高,稳健性更好,用于三维重建可以得到更密集均匀的点云,重建完整性更好。旋转平均的精度优于0.15度,计算时间不超过0.31s,光束法平差后,重投影误差在1.3个像素以内。基本满足快速稳健三维重建的要求。