圆光栅测角传感器在线自校准系统研制与实验

为了解决测角系统在实际应用中的在线校准问题,设计了一种圆光栅测角传感器在线自校准系统。基于圆封闭原则和傅里叶级数的性质,建立了测量值与单读数头误差之间的关系,实现单读数头自校准。该自校准系统由读数头、玻璃圆光栅、单轴转台和多通道采集控制系统组成。实验结果表明,测角传感器自校准系统的单读数头测量精度为5.90,接近于借助外部参考标准的谐波补偿方法后的精度,系统测量重复性小于0.76。自校准测量系统可实现圆光栅测角传感器在线校准的同时,满足了精密测量领域对精度和可靠性的要求。     

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。     

光栅角编码器偏心误差修正方法研究

为了减小光栅角编码器偏心误差的影响,提高光栅角编码器角度测量的精度,对偏心误差的修正方法进行了研究。通过对光栅角编码器测角原理和偏心误差产生原因的分析,建立了偏心误差模型。并根据偏心误差模型的特点,对其进行简化,得到易于数学计算的偏心误差修正模型。以平行光管和23面棱体为基准,得到存在偏心误差的一组光栅角编码器测量数据。使用线性最小二乘参数选择准则,对偏心误差修正模型中的参数进行优化计算,得到修正模型中的参数,完成对光栅角编码器误差偏心的修正。通过误差修正试验和精度验证试验,表明经过偏心误差修正,系统测量精度优于±13″。修正方法达到了补偿误差的目的,提高了光栅角编码器的测量精度,满足了高精度角度测量的要求。     

基于改进三点测量法的圆径测量研究

三点测量圆度误差分离技术被广泛应用于工件形状的圆度误差和电机旋转的回转误差的分离算法中。而圆度误差能得以准确分离的关键在于合理配置三个位移传感器测头的安装角度,从而避免传递函数的分母为零的情况出现。然而,在具体实施过程中,位移传感器测头的角度安装误差是必然存在的,这就使得分析这一角度安装误差带来的影响变得尤为重要。基于经典的三点测量法模型,提出一种新的分析位移传感器测头的角度安装误差的模型。以三点测量法圆度测量中的圆径结果为目标,根据实际工况下的各种参数设置,定量分析了位移传感器测头的角度安装误差对最终结果的影响程度。最后,使用电容位移传感器开展工件外圆的圆径测量实验研究,确认了文中误差分析的有效性,圆径测量的重复性精度可以达到2 m以下。     

基于自准直仪的测角传感器实时在位校准方法

提出了一种基于自准直仪的在位校准方法。基于圆周封闭原则和傅里叶级数的性质,建立了测量值与理想值之间的函数关系,利用理想刻线位置和实际刻线位置的偏差,获得了校准曲线,详细推导和分析了校准原理,搭建了校准测角系统,并进行了实验验证。实验结果表明,单读数头测角传感器原始测角误差为734.8″,校准后误差为2.4″,且校准效果优于常用的谐波补偿方法,校准系统的重复性优于0.13″。在位校准方法能够有效减小测角误差,且方法简单,校准效率高。     

考虑液压扰动的水下机械手空间转角六点测量方法

提出了一种“空间转角六点测 量方法”,在机械手被测关节上固定六个靶标点,通过立体视觉方法计算出转动起始与结束 两个位置的靶标 三维中心坐标,先进行液压扰动的位姿矫正,再计算该关节的实际转角,并在此基础上开发 了一套完整的 基于多目立体视觉的测量系统。通过模拟测量实验,证明了在测量水下机械手的关节转角时 ,本文提出的“六 点测量方法”可有效消除扰动的影响,其中在计算空间角时所采用的投影法优于单位四元数 算法,其在空间 点测量误差范围为(－2,2)mm的情况下角度测量误差为0. 037。最后通过对某型号水下液压机械手关节转 角范围的现场测试验证了所提出的测量方法的可行性及其精度。     

基于FPGA的绝对式圆感应同步器测角系统的设计与实现

为了实现对扫描控制机构的高精度角度 测量,以绝对式圆感应同步器作为角度测量传感器,设计了高 精度、高稳定度的测角系统。通过硬件电路设计,该系统实现 了高测角精度和测角稳定度;通过FPGA程序实现了绝对角度测 量的高可靠性。实际测试结果表明,该系统的抗干扰能力强,角 度稳定分辨率可达0.1'',角度标定指向精度优于1.1'' (3σ)。     

基于光纤陀螺的转台周期性误差抑制方法

为抑制测角系统周期性测量误差对光电跟踪系统速度平稳性和成像效果的影响,采用光纤陀螺系统建立误差模型和误差补偿器,对系统进行误差补偿控制。首先,对测角系统测量结果中含有周期性误差的机理进行分析,建立了周期性测角误差的数学模型;其次,采用高精度光纤陀螺建立了一套基于傅里叶理论的角度测量误差模型采集系统,并通过七个步骤提取了测角误差模型的具体表达式;然后,根据提取的测角误差表达式,分四个步骤对系统周期性误差进行补偿控制。最后,通过跟踪成像实验来验证控制补偿的有效性。实验结果表明,跟踪速度误差的最大值降低到0.04 ()/s,比未补偿控制时降低了8倍左右,满足光学成像系统速度误差小于0.1 ()/s的要求,条纹成像效果得到了明显改善。     

液晶编码光栅编码设计与编码点匹配技术研究

物体形貌测量中,物体自身的特征信息往往较少,不足以实现三维重建,通过投射液晶编码光栅可以制造出足够的特征点,液晶编码光栅的编码设计及其精确匹配是形貌测量的关键技术。基于液晶显示可控的特性,由计算机控制实现液晶光栅编码的交换,无机械运动。通过液晶光栅编码可以直接获得被测物体形貌特征点信息,提高了测量速度和效率。实验表明,采用粗匹配和基于角点的精匹配方法,可以得到较高的测量精度,测量标准平板平面度测量误差为0．23mm。     

谐波分析方法在提高精密转台回转精度中的应用

为了提高某精密转台的测角精度和改进结构设计,对其方位轴系角位置测量精度进行了检测,该误差包括轴系误差、编码器误差及其他误差项。在数据处理中,采用傅里叶谐波分析方法,用不同阶次的简谐波进行拟合,去掉低阶误差,可提高位置测量精度,同时分析了各误差的来源。建立的误差查询表格可用于对后期测量结果的修正。结果证明,角位置测量误差修正后的值是修正前的1/4左右,幅值不超过0.8,极大地提高了角位置测量精度。此实验研究了使用谐波分析来提高转台位置测量精度的方法;同时分析了各误差来源,便于采取相应措施对轴系进行改进。     

基于激光位移传感器的光电非接触圆度测量

为了提高圆度测量的效率和准确性,针对目前手工检测效率低等缺点,提出一种以激光位移传感器的测距原理为依据的光电非接触圆度测量方法。与传统方法相比,该方法首先搭建了以精密转台和步进伺服执行机构为主的测量控制系统平台。其次,利用机械装置的相对运动,通过传感器采样测量物体的各测量点的截面信息,用最小二乘圆的评定方法得到各截面测量误差,最终实现圆度误差测量。结果表明,通过仿真获得随机误差系数在对圆度误差测量影响的数学表达式,并验证了测量中存在的系统误差修正方法的正确性。     

温度实时补偿的高精度光纤光栅压力传感器

提出了一种新型的温度实时补偿的高精度光纤光栅压力传感器。传感器基于弹性膜片结构,测压光栅直接与膜片连接,膜片在压力作用下产生轴向位移来拉动测压光栅以实现压力传感;温补光栅与弹性膜片分离,使之对外界压力不敏感,用以作测压光栅的温度补偿。测压光栅和温补光栅都施加一定大小的预拉力,使其对环境的温度响应基本相同,从而实现了温度实时补偿。传感器测压光栅与弹性膜片直接连接,消除了力的中间传递,在实现压力快速响应的同时又确保了高精度测量。实验中,传感器在温度快速变化的环境中,压力测量值的变化范围小于±0.7%F.S.;在25 MPa的压力测量范围内,压力精度达到了0.19%F.S.。     

一种高精度测角装置的设计及研究

为了解决大跨径、重载、高精度相控阵天线座的高精度角度测量问题,针对轮轨转台影响测角精度的各项误差项进行分析,设计了一套组合机构来消减主要误差,减少对角度测量精度的影响。该机构满足了大转台复杂转动中心的设计要求,同时,保证了测量的高精度。为验证组合机构的应用效果,专门设计了一套试验装置,试验装置采用圆光栅作为测角元件,通过试验测试验证,整个装置达到了3''的测角精度。     

基于MLE算法的海上角度交会测量方法及其精度分析

针对我国现有测量船单站REA测量体制精度相对较低的问题,提出了基于光电经纬仪的海上角度交会测量方法。介绍了角度交会测量原理和设备布站原则,构建了AE-AE异面交会测量系统,设计了基于MLE(Maximum Likelihood Estimation)算法的海上角度交会测量算法和船摇修正方法,仿真分析了船体姿态测量误差、设备测角误差以及站址定位误差等的影响。仿真结果表明,站址测量误差是海上角度交会测量的最主要误差源,船体姿态测量误差和设备测角误差对海上角度交会测量精度有一定的影响,当船体水平姿态测量误差优于20″、航向测量误差优于30″、设备测角误差优于20″、站址测量误差优于1 m时,海上角度交会测量精度可达1 m。该法解决了动态条件下的飞行目标高精度测量技术难题,为后续工程设计奠定了基础。     

红外激光雷达跟踪架水平轴晃动量测定及其分析

一、前言各种经纬仪精密转台都有精密轴系,它的精度直接影响到整台仪器的工作精度。仪器的轴系是仪器测角基准,因此,对它们的实际位置与理想位置之差必须有严格要求。轴系误差是直接产生仪器测角误差的重要因素之一,它包括调平误差和晃动误差。前者为系统误差,可在数据处理中消除;后者为随机误差,与钢珠不圆度、椭圆度和轴的椭圆度以及材料硬度不均匀性和转动部分不平衡等因素有关。轴系晃动造成仪器测角误差。仪器在出厂前测出轴系误差量是很必要的。     

不同量测误差情况下1D和2D被动传感器 交叉定位系统最优交会角研究

 研究了不同量测维数(1D和2D)被动传感器测向交叉定位系统的最优交会角问题,在假定两个传感器的角度量测精度不一致的情况下计算出了目标位置均方根误差达到最小值的交会角,讨论了仰角和角度量测精度对最优交会角的影响,得出的相关结论对实现无源传感器的最优化配置,提高定位精度有一定的实际意义.     

全捷联激光制导寻的器测角精度分析与优化

为了降低激光制导武器系统成本并保证打击精度, 设计了全捷联激光制导寻的器, 并对影响打击精度的关键技术指标测角精度进行了研究。首先对影响测角精度的主要因素增益控制进行了分析, 通过对四通道可变增益放大器进行增益标定和最小二乘拟合得到增益控制曲线, 接着讨论了离散量控制下增益补偿的方法及误差, 仿真计算得到不同配置模式下增益补偿前和补偿后的光斑重心计算误差。对全捷联激光制导寻的器进行激光照射测角试验, 结果表明, 增益补偿后能够消除系统误差约5.6 mrad, 在中心线性视场范围内, 测角精度达到2 mrad。该系统满足某机载轻型空地导弹对激光制导寻的器测角精度的要求, 为精确末制导提供保障。     

光电经纬仪提高多传感器测量精度的方法

为了得到多信息进行信息融合,光电经纬仪采用多传感器的方法,即在主视轴及辅助视轴上安装了传感器。作为获得信息的多种手段,主视轴传感器获得的测量数据,分析处理数据按常规方法计算即可;辅助视轴与主视轴存在平行度,辅助视轴传感器获得的测量数据,处理时必须对结果进行修正。在精度要求不高的情况下,通常的方法是直接在辅助视轴传感器获得的方位角、高低角修不平行度。本文采用坐标变换方法推导出辅助视轴误差修正模型,直接获得目标的方位角、高低角;实验证明,在高低角〈45°时,精度可提高10%。     

工件特征在机测量的关键误差分析与补偿研究

针对激光在机测量工件特征时的测量精度问题,对测量系统的关键误差影响因素及补偿应用进行了研究。使用激光位移传感器作为测量工具对工件特征进行在机测量时,测量结果受激光位移传感器倾斜误差和数控机床几何误差影响。为了校正激光位移传感器在物面倾斜时引起的测量误差,设计了倾斜误差试验,利用勒让德多项式对倾斜误差进行了建模和补偿,补偿后倾斜误差可减小至±0.025 mm以内。针对不动式激光在机测量时数控机床线性轴几何误差对测量结果的影响,设计了球杆仪倾斜安装试验,利用参数化建模的方式对X轴和Y轴的几何误差进行了解耦。最后根据建立的倾斜误差与几何误差模型,对工件特征的在机测量结果进行了补偿。结果表明,对工件特征在机测量结果进行误差补偿后,线性尺寸测量误差小于0.05 mm,角度测量误差小于0.08°,相较于补偿前在机测量精度明显提高。     

无源交叉定位系统中的最优交会角

研究了由具有不同角度量测精度的被动传感器组成的无源交叉定位系统中的最优交会角问题。在最小圆概率误差准则下得到了满足极值性条件的稳定点,讨论了最优交会角的充分条件。通过数学推导得出,在最小圆概率误差准则下最优交会角与传感器间的测角误差方差倍数k有关。当k≤0.5时不存在可行的最优交会角,且目标越接近误差较大的传感器时对应的圆概率误差越小;当k>0.5时,存在可行的最优交会角且其值随着k的增大而增大,当2部传感器的测角精度相等时达到最大值。