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"。     

五角棱镜的角度制造误差对波前测量的影响

从光学平行差入手,导出了有角度制造误差的五角棱镜的像方坐标系和作用矩阵,分析了角度制造误差引起的扫描激光束转向的波前误差,提出了调整五角棱镜的依据,有利于减小角度制造误差对大口径透镜望远镜波前测量的影响。     

俯仰扫描用反射棱镜由光学平行度误差带来的测角误差和双像差（续）

三、俯仰扫描用的立方棱镜 所谓立方棱镜，就是由两块直角棱镜按弦面胶合在一起构成的一个立方形复合棱镜。当在这种棱镜的胶合面上镀析光膜时，就是析光棱镜。它经常被用在自准直仪中起分光作用。而在这种棱镜的胶合面上镀反射膜时，则构成图3．1所示的立方棱镜（FLI-O）。这种棱镜经常被用在光学系统中起倒像或补偿像倾斜的作用。     

激光外差干涉的非线性误差补偿

为了补偿用激光外差干涉法进行纳米测量产生的非线性误差,进行了非线性误差补偿的实验研究。根据镀膜实体角锥棱镜反射光的偏振特性,推导出当激光器出射光束存在偏振椭圆化时,测量角锥棱镜以运动方向为轴线的轴向旋转对非线性误差一次谐波的影响模型。分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波。实验显示,当测量角锥棱镜轴向旋转角从0°增加到100°时,非线性误差从3.48 nm减小到1.39 nm,实现了非线性误差一次谐波减小为原来的40%。该方法避免了现有的非线性误差补偿方法光路系统和电路系统复杂的缺点,系统实现很简单。     

亚微弧度级激光跟踪转镜装配误差分析

围绕亚微弧度量级激光跟踪转镜的光束指向精度问题,提出空间正交光学系统安装误差的分析方法。基于矢量折射定理的光线追击法,建立棱镜安装误差的归一化数学模型,分析不同安装误差对光束指向精度的影响,实现光束指向误差的定量分析。棱镜Π_1相对y轴的安装倾斜大于0.08″会导致出射光垂直张角ρV误差达到0.21μrad,相对于x轴的安装倾斜大于0.2″会导致水平张角ρH误差达到0.5μrad;棱镜Π_2相对z轴的安装倾斜大于0.2″会导致水平张角ρH误差达到0.22μrad,而棱镜轴承的安装误差对光束指向精度的影响较小。研究结果为高精度光学跟踪系统设计提供了理论依据。     

关于光学经纬仪横轴对竖轴垂直度误差的检测问题

本文推证了光学经纬仪横轴对竖轴垂直度误差检测结果的计算公式，说明现行的国家标准GB12748-91和行业标准JJG414-94以及已停止使用的行业标准ZB Y146-83和JB483-67的计算公式都有误。     

中心距误差对准端面圆弧齿轮敏感性分析

计算得到准端面双圆弧齿轮的基本齿形,并对比分析了准端面双圆弧齿轮中心距误差对压力角变化的影响和法面圆弧齿轮中心距误差对压力角变化的影响。     

轴线平行度误差对双圆弧齿轮传动误差的影响分析

应用圆弧齿轮的啮合原理,研究了双圆弧齿轮传动的轴线平行度误差和其传动误差之间的关系,据此分析了不同方向的轴线平行度误差、螺旋角等对其传动误差的影响情况。     

推扫式航空遥感器像移补偿精度的分析

推扫成像是航空遥感成像中一种重要的工作模式,在该模式下飞行器的速度、航高、姿态角与姿态变化速率等因素会影响遥感器成像质量;如何对这些影响因素进行误差分析与误差分配是研制推扫式遥感器中的一个重要问题。本文通过运动的分解采用光线矢量与光轴旋转变换相结合的方法,在考虑偏流姿态角的调件下建立了系统像移模型;最后通过对各参数的误差分析与分配,应用蒙特卡罗法分析推扫式航空遥感器像移补偿的精度。     

共形导引头角增量误差分析及其前馈补偿

针对共形光学导引头角增量非线性误差的补偿问题,设计了一款红外共形光学导引头。研究了共形导引头的焦距非线性和脱靶量非线性产生的原因及它们对控制系统的影响,并给出了相应的前馈补偿方法。根据共形导引头的特点,介绍了焦距以及脱靶量的非线性误差现象;基于提取控制角增量的方法,分析了共形导引头的非线性变量对跟踪回路跟踪误差的影响。最后,设计了基于角增量非线性模型的前馈补偿器,测试了系统的跟踪误差。结果表明:当共形光学系统的焦距为90~91.125mm,像移变化为0~1.109°时,所提出的前馈补偿器能够有效地校正跟踪误差,补偿后的跟踪误差为0.038°,满足共形光学导引头对位置回路跟踪误差≤0.1°的要求。     

准端面双圆弧齿轮对中心距误差的敏感性研究

通过计算准端面双圆弧齿轮与法面双圆弧齿轮在不同中心距误差下的压力角变化,得出准端面双圆弧齿轮比法面双圆弧齿轮对中心距误差敏感性低的结论。并通过对不同β0的滚刀加工出来的不同β的准端面双圆弧齿轮进行计算分析,得出准端面双圆弧齿轮在不同中心距误差下的啮合规律,对准端面双圆弧齿轮的设计制造和推广具有重要的意义。     

车载经纬仪的静态指向误差补偿

为了降低载车平台变形对经纬仪静态测角精度的影响,补偿较大变形产生的测角误差,实现移动站弹道测量,分析了平台变形对光电经纬仪静态测角误差影响的基本原理,利用固定在方位轴轴心的倾角传感器测量出因平台变形而导致的经纬仪工作基准面中心点与水平面变化的夹角,并计算其测量坐标系的变化量。建立了平台中心变形角的底部轮廓图,经过有限的平台变形采样,存入计算机,在计算机中以方位、俯仰角为输入变量建立二维查找表,通过插值计算全方位角和全俯仰角的平台变形量,进行事后补偿。实验结果表明,该方法能够有效地补偿因平台变形而带来最大为142″的测角误差,使方位测角精度提高44″,俯仰测量精度提高8.5″。该方法为实现高精度车载光电测量提供了一种有效的途径。     

全反射棱镜式激光陀螺温度误差标定及参数辨识方法研究

全反射棱镜式激光陀螺的光路与传统镀膜反射式激光陀螺的光路不同,有较长的光路在棱镜中通过,温度的变化是影响其输出精度的一个重要因素。研究了变化的物理场下,温度、温度变化率和温度梯度对激光陀螺的影响机理,推导了温度变化条件下激光陀螺的零偏二阶模型,刻度系数的三阶模型,设计了激光陀螺的温度误差标定方案,并进行了试验。采用逐步回归分析法和BP神经网络两种方法对温度误差模型参数进行了辨识,通过温度误差补偿结果证明了两种方法的有效性。     

凸轮式传动误差补偿机构的模拟设计

对凸轮式传动误差补偿机构的补偿原理、数学模型等进行了分析，并运用数值模拟方法，研究了凸轮机构摆杆角位移随蜗轮误差补偿角的变化规律。     

大口径光电探测设备主镜晃动的误差补偿

针对大口径光电探测设备在随俯仰角变化时由于主镜支撑点的变化而产生的晃动,研究了在静态测量时如何补偿主镜晃动造成的误差以提高大口径望远镜的静态测量精度。首先给出了一个1m口径望远镜的支撑结构和力学模型,在分析了传统三轴误差补偿方法和球谐误差补偿方法的基础上提出了针对大口径望远镜的误差补偿方法。在外场对光测设备进行了标校实验,选取32颗恒星在修正了蒙气差后对各个系统差进行求解,得出了主镜晃动误差和三轴差。与传统误差补偿方法的比较结果显示:加入主镜晃动误差补偿后,望远镜的静态测量精度从15.4″提高到了2.5″。此种方法物理意义明确,各误差分量重复性好,对主镜晃动误差进行补偿修正后提高了大口径望远镜的静态测量精度。     

应用潜变量回归在线补偿双直接进给轴热误差

为了提高直线电机驱动的双直接进给轴的运动精度,对该类进给轴的热误差进行了建模并研究了误差补偿方法。分析了双直接进给轴进给过程中热误差产生的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于潜变量回归的双直接进给轴热误差在线补偿方法。该方法应用激光干涉仪测量进给轴的热变形量,使用热电偶和红外测温仪测量进给轴关键点的温度变化;通过时间匹配变形和温度数据得到统计样本并建立基于潜变量回归的热误差识别模型。以模型的在线计算确定误差补偿量,给出了与数控系统兼容的补偿控制输出策略及补偿系统构建方案。在自构建的龙门双直线电机驱动进给轴平台上进行了在线补偿实验。结果表明:应用潜变量回归方法对双直接进给轴进行热误差补偿可使双直接进给轴的热误差减小75%。     

一种滚转角和直线度同步干涉测量方法的研究

提出一种用于精密线性位移台滚转角和运动直线度同步测量的激光外差干涉系统。该干涉系统由一个Koster棱镜、角隅棱镜、分光镜、1/2波片、直角棱镜、1/4波片以及楔面棱镜和楔面反射镜组成。楔面棱镜作为测量运动直线度和滚转角的传感器固定在线性导轨上,当双频激光器的光射入干涉系统中后,形成空间对称的六光束测量信号。空间结构对称、系统共光路的特点使光学分辨率比普通的迈克尔逊干涉仪高一倍,光程死区达到最小。系统稳定性好,抗环境干扰能力强。光路对称使得增加或减小的光程变化相同,其他自由度引起的光程变化相互抵消,仅有运动直线度和滚转角的变化可以进入光程差,有效地排除其他自由度及阿贝误差的串扰,实现高精密测量。试验证明相互平行且不同频率的两束光在同一反射系统中发生运动直线度偏移和滚转角变化时,通过两束光携带的不同相位信息能直接得到运动直线度和滚转角的变化值。它不需要一条与行程同样长度的大反射镜作参考便能够实现高分辨率测量,简单实用,可直接溯源米定义。     

转台工作面角位置测量装置误差分析与补偿

针对特定转台轴端角位置检测误差不能反映实际产品工作面空间角位置的问题,介绍了一种以圆光栅和水平电容传感器作为测角元件的转台工作面空间角位置定位测量装置。以提高空间测角精度为目的,重点对装置各项误差因素进行归类分析。除光栅和传感器分别存在的分系统测角误差外,测量装置还存在转轴与测量基面不平行、传感器敏感轴与测量基面不平行等误差项。为修正测角系统误差,根据圆光栅旋转面、传感器敏感轴、转轴轴系、测量基面的空间几何关系建立数学模型,分析系统误差影响因素。最后利用分度误差在0.3″高精度转台对校准装置进行标定,并利用径向基函数(RBF)神经网络建立误差补偿模型,对系统测角精度进行修正,使系统最大误差值由13.75″下降至2.9″,满足了3″以内的测角精度需求。     

基于傅里叶变换的转台分度误差分离与补偿方法

为了保证和提高转台测角系统的现场测量精度,本文针对基于傅里叶变换的转台分度误差分离与补偿方法开展研究。在原理证明傅里叶变换实现转台分度误差分离的基础上,建立转台分度误差与读数头测量值之间的函数模型;根据傅里叶变换中传递函数性质,重点说明双读数头安装角度间隔与测量误差谐波阶次间关系,优化了双读数头布置;在现场可编程门阵列电路平台上实现多读数头测量值的同步获取,采用坐标旋转数字计算方法完成谐波误差函数实时计算。搭建实验平台进行误差分离与补偿效果验证实验,实验结果证明采用优化布置的双读数头信号进行分度误差分离并补偿后,转台的分度误差峰峰值由57.58″减小到3.36″,补偿后的转台测角系统扩展测量不确定度为0.9″(k=2)。     

光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿

为提高光学自由曲面的加工精度,本文基于多体系统理论建立了五轴数控研抛机床综合误差模型。采用直接测量方式对各轴的移动误差和转角误差进行重复测量与分析,发现不同进给速度和测量间距对移动误差和转角误差没有显著影响。把误差数据代入综合误差模型中,得出研抛机床综合误差在x轴、y轴和z轴轴向上的移动误差和转角误差分量的变化规律,进而获知线性位移误差是影响综合误差最主要的因素。依据综合误差模型进行补偿实验,补偿后x轴、y轴和z轴的线性位移误差分别下降88%、89%和84%,补偿效果显著。实验结果证明本文所提出的综合误差建模及补偿方法具有较高的精度和较好的鲁棒性。