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。     

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。     

高精度测角系统的检定与补偿方法

在对高精度的测角系统进行检定与补偿时,通过单组角位置误差的检定与补偿往往达不到较好的效果,利用全组合常角的方法能准确的分离棱体偏差与角位置误差,更精准的进行补偿。首先利用棱体-自准直仪的检定与补偿方法,采用部分组合的方法分离了角位置误差与棱体偏差,减小了角位置误差测试的随机误差。通过8序列组合测试分离的角位置误差进行谐波分析后补偿,最后进行全组合法检定,使测角系统的角位置误差的峰-峰值从0.40″下降到0.22″,证明了本方法能有效提高角位置误差的检定精度和效率。     

时栅测角系统误差自动采样及补偿研究

由于时栅测角系统受限于校准器的运动和装配环境,难以使用光栅作为精度基准仪器来进行密集的误差采样。为了实现较高精度的测量,通过对时栅测角系统的位移解算和对磁场式Ⅱ型时栅传感器结构进行了剖析,利用稀疏采样误差数据开展了频谱研究,得到了测角系统的补偿模型;提出了一种基于激光干涉仪的时栅测角系统误差自动稀疏采样及补偿的方法,采用了量子粒子群算法对补偿模型进行了求解,从中获取了17个补偿参数,并将其应用到补偿模型中,对测角系统进行了误差补偿。研究结果表明:在稀疏采样的条件下,采用该方法能够快速、准确地实现对时栅测角系统误差进行自动补偿,且补偿后的时栅测角系统的精度达到2.88″。     

圆光栅测角误差实时补偿方法研究

误差补偿是提高圆光栅测角精度的常用手段。一些机床和精密仪器由于没有位置测量元件误差补偿功能,无法进行圆光栅的误差在线补偿。针对这一问题,提出了一种中继式的圆光栅测角误差实时补偿方法。首先,分析了圆光栅测角误差的补偿原理,建立了谐波拟合函数和圆光栅测角误差补偿模型;然后,进行了误差补偿模块的硬件选型,设计了以差分芯片为核心的信号转换电路,包括差分信号转单端信号电路和单端信号转差分信号电路,开发了误差补偿模块的嵌入式软件,将所设计的误差补偿模块插入到圆光栅的信号输出通道,建立了基于中继式误差补偿模块的试验系统;最后,采用雷尼绍校准装置采集了圆光栅的原始误差数据,使用谐波函数对测角误差数据进行了拟合,应用误差补偿模型,利用误差补偿硬件模块,对圆光栅测角误差进行了在线补偿试验。研究结果表明：对测角误差最大值为134.59″的圆光栅进行补偿后,其误差最大值可减小到12.62″,可见采用误差实时补偿方法可以显著提高圆光栅测角精度。     

精密减速器角位移测量系统设计

为了实现对精密减速器输入端和输出端角位移的精密测量,建立精密减速器角位移测量系统。对该系统的机械结构、角度测量及标定方法、基于非线性最小二乘法的误差补偿模型进行研究。通过"立式筒状"结构和圆光栅角度传感器"前置"避免了传统检测仪的弱刚度结构和轴系形变对角度测量造成的影响。使用光电自准直仪与24面棱体结合的方式离散标定圆光栅角度传感器的角位移测量误差,研究基于谐波分析的误差补偿方法,对角坐标进行补偿,进一步消除误差。实验结果显示,通过优化检测仪的结构设计,角位移测量精度达到±7″;误差补偿后,角位移最终测量精度达到±2″,满足减速器角位移测量的高精度要求,对类似测角系统也有参考价值。     

基准圆光栅偏心检测及测角误差补偿

为了修正关节测试平台中由圆光栅安装偏心所产生的测量误差,建立了圆光栅偏心测角误差补偿模型并对安装偏心检测方法进行研究。首先,根据圆光栅测角与偏心参数间的几何关系,推导出圆光栅测量误差补偿模型。然后,描述了采用双读数头对比接收正弦信号间相位差,检测偏心参数的方法和原理;通过合成信号的李萨茹图形,检测出关节测试平台内圆光栅的偏心距及偏心方向。最后,根据所推导的偏心测角误差补偿公式对测试系统进行修正。对比实验结果表明:修正后的圆光栅测角精度大幅提高,测量精度提高了近5倍,满足关节测试平台的测量精度要求。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

一种改进的挠性陀螺POS标度因数误差补偿方法

针对航空遥感的作业环境特点,分析了一类位置姿态测量系统(position and orientation system,POS)用挠性陀螺的标度因数与输入角速度之间的关系.通过实验发现了在小角速率范围内陀螺标度因数与输入角速度呈规律性的“双曲线”关系.提出了一种改进的多位置动静混合误差标定与补偿方法.首先根据输入角速度的正负分别标定陀螺标度因数并建立两者的对应关系,然后在误差补偿时根据输入角速度的方向和数值变化更新标度因数及其他误差系数,进而提高误差补偿精度.实验结果表明,利用改进方法进行误差补偿后POS角测量精度可以提升约20％.     

利用误差谐波补偿法提高金属圆光栅测角精度

提高圆光栅测角精度的方法除了提高分辨率和系统精度以外,广泛采用误差补偿方法。本文通过对新型金属圆光栅的研究,提出了一种基于软件的误差补偿方法——误差谐波补偿法。实验表明该方法可消除一定阶次内幅值和初相位不随时间变化的误差谐波,有效提高测角精度。     

基于总谐波畸变最小原则确定基波周期的新方法

在整周期采样的FFT算法的基础上，提出了确定基波周期的总谐波畸变（THD）最小的方法，并作了误差分析。实际应用证明，该方法用于工频信号的谐波分析，可有效降低测量误差。     

Accurate spiral tool path generation of ultraprecision three-axis turning for non-zero rake angle using symbolic computation

An accurate spiral tool path generation method of ultraprecision three-axis turning free form surface is proposed based on symbolic computation in this paper. Many analytic optical free form surfaces often need to be machined to submicron in form error, such as optical nonaxisymmetric aspheric surfaces, but current mainstream CAM systems usually use nonuniform rational basis spline (NURBS) to describe the designed surface and generate tool path. If we want to use these systems, the analytical optical surfaces must be approximated using NURBS surfaces, but it will introduce approximation error and may be difficult to achieve the approximation error less than submicron. More importantly, there is no effective tool path generation method for the special three-axis turning machine tool in current mainstream CAM systems. In this context, we propose to calculate the tool path directly from these analytic surfaces by using symbolic math. The proposed method can be used to generate accurate spiral tool paths for zero/negative/positive rake angle in a unified way. Finally, several examples are given to prove its effectiveness.     

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。     

机器人视觉伺服控制中的自标定方法研究

利用误差矩阵方法对系统进行标定,虽然该标定不能完全消除系统坐标系间的误差,但与未标定坐标系间误差相比,精度有了很大的提高.在系统标定后,可以用基于位置的视觉跟踪方法对特征点进行跟踪,提高系统的速度.该方法的最大优点,是标定过程简单、精度高.实验结果表明,在光学系统畸变影响下,一次标定可以将误差控削在3个像素范围内.     

Function projective synchronization between integer-order and stochastic fractional-order nonlinear systems

In this paper, the function projective synchronization between integer-order and stochastic fractional-order nonlinear systems is investigated. Firstly, according to the stability theory of fractional-order systems and tracking control, a controller is designed. At the same time, based on the orthogonal polynomial approximation, the method of transforming stochastic error system into an equivalent deterministic system is given. Thus, the stability of the stochastic error system can be analyzed through its equivalent deterministic one. Finally, to demonstrate the effectiveness of the proposed scheme, the function projective synchronization between integer-order Lorenz system and stochastic fractional-order Chen system is studied.     

补偿运动误差新的诊断原理及系统

本文就补偿运动误差提出了新的诊断方法及系统。新方法将运动误差变换到被切轮齿法向进行考虑。新系统不需像传统方法一般采用精密元件组成基准系统而是可用被测机床精切后的工件测量元件,运用误差相关和误差分离原理,求解补偿运动误差和工件齿面波度误差,并捕捉二者误差的主源。文章给出了实例。     

A computer simulation platform for the estimation of measurement uncertainties in dimensional X-ray computed tomography

The knowledge of measurement uncertainty is of great importance in conformance testing in production. The tolerance limit for production must be reduced by the amounts of measurement uncertainty to ensure that the parts are in fact within the tolerance. Over the last 5 years, industrial X-ray computed tomography (CT) has become an important technology for dimensional quality control. In this paper a computer simulation platform is presented which is able to investigate error sources in dimensional CT measurements. The typical workflow in industrial CT metrology is described and methods for estimating measurement uncertainties are briefly discussed. As we will show, the developed virtual CT (VCT) simulator can be adapted to various scanner systems, providing realistic CT data. Using the Monte Carlo method (MCM), measurement uncertainties for a given measuring task can be estimated, taking into account the main error sources for the measurement. This method has the potential to deal with all kinds of systematic and random errors that influence a dimensional CT measurement. A case study demonstrates the practical application of the VCT simulator using numerically generated CT data and statistical evaluation methods.     

CNC系统中任意空间圆弧的高速插补新方法

传统的CNC圆弧插补方法,无论脉冲增量插补法还是数据采样插补法,都是根据当前点来确定下一个插补点的位置。本文突破这种一步外推模式的束缚,提出两步递归插补的新思想,导出了一个用于CNC系统的任意空间圆弧的高速插补新方法,称为TPRI圆弧插补原理与算法。该算法不仅精度高,理论上可使所有的插补占点都落在圆弧上,而且计算简单,只需根据初始值递推,全部插补运算只只进行加、减和移位操作,不需要作第乘除运算。其计算量少,插补速度快。插补步长由允许弓高误差决定。此外本文还对插补算法的稳定性进行了证明;对插补误差和理论加工误差作出了误差估计。实践表明,该算法具有结构简单、计算量少、速度快、精度高、可避免繁琐的过象限处理,并易于扩展到坐标数控系统等特点。     

A method for accurately determining lattice parameters using electron diffraction in a commercial electron microscope

In this paper an electron diffraction method is discussed by which the lattice constants of polycrystalline thin films can be accurately determined (0.1%). The method involves the sequential examination of a standard material and the unknown material mounted on separate grids. The error which can arise through the possible difference in height of the two grids can be corrected by means of height and tilting adjustments. The analytical approach of the dependence of the camera constant on the ring diameter as given in literature appears to be insufficient. An experimental correction factor for this dependence is introduced. The accuracy of this method, and the influence of relevant sources of error, are discussed and explained in terms of some experimental results.     

应用RB无迹卡尔曼滤波组合导航提高GPS重获信号后的导航精度

针对微机电-船舶惯性导航/全球定位(MEMS-SINS/GPS)组合导航系统在GPS信号中断时造成的强非线性误差及重获信号后精度变差的问题,设计了基于Rao-Blackwellised无迹卡尔曼滤波(RB-UKF)的组合导航算法。首先,基于捷联平台欧拉失准角定义了姿态误差,建立了捷联惯导系统的非线性误差传播方程。然后,针对组合导航的状态方程为非线性而量测方程呈线性的特点,设计了RB-UKF算法,在保证精度的同时降低了计算量。最后,设计了滤波算法总体结构,分别给出了GPS信号正常时和中断时组合导航滤波计算的流程。将提出的算法用于跑车实验,结果表明:在GPS失锁20s和40s再重获信号之后,使用RB-UKF算法的组合导航系统位置精度分别优于6m和7.5m,比扩展卡尔曼滤波(EKF)算法精度提高了1.5倍以上,误差收敛速度提高了1.88~16.5倍,计算量比UKF量测更新的计算量减小了41.7%。实验显示该方法显著提升了组合导航系统GPS信号中断再恢复后的滤波精度,且易于工程实现。