用经纬仪测量转台回转轴线水平度的方法

为了准确测试水平轴系回转轴线的水平度,将反射镜安装在水平轴系的轴端,用经纬仪对准反射镜,旋转回转轴系,使经纬仪与反射镜准直,并记录经纬仪的竖直角;将经纬仪的竖直轴和俯仰轴翻转180°,对准反射镜后旋转轴系,记录竖直角;计算出回转轴线的水平度。该方法可自动补偿反射镜与回转轴线的垂直度误差和经纬仪俯仰轴的零位误差,提高回转轴线水平度的测试精度。通过实测与误差分析验证了方法的可行性。     

基于有限元的三轴测试转台静动态特性研究

通过几组实验发现测转台轴系的回转精度在电机(包括其它附件等)和负载安装前后的值相差很大,由此认为框架的变形对测试转台的回转精度有着较大的影响.采用有限元分析方法,对三轴转台轴系的动静态特性进行了研究,建立了轴系的有限元模型,应用有限元分析软件ANSYS10.0对模型进行了分析,得出框架的静态变形、框架的各阶固有频率及其振型,并对结果进行了模态分析.     

回转精度测评的运动几何学原理与不变量方法

提出轴系回转精度测评的误差运动几何学原理,由转子误差运动、被测几何要素、传感器测试参数等三要素构造轴系回转精度测量的运动几何学模型,建立测量闭环矢量基本方程;推导出轴系误差运动参数测量的完备性条件,讨论回转误差运动参数测量的完备性及其演变形式,阐明各类回转精度测量数据与评价指标的运动几何学内涵。给出轴系回转误差运动的不变量定理,得到轴系回转误差运动的最小球面像曲线与最小准线,从而将轴系回转误差运动分解为角摆误差运动与平移误差运动,建立角摆误差运动不变量、平移误差运动不变量与各类回转精度指标之间的关系,形成轴系回转精度评价的不变量方法,有效地避免被测几何要素不同对测评结果的影响,为轴系回转精度的测量与评价提供理论依据。     

用反向法测轴系回转误差

阐述了用反向法对高精度轴系回转误差测试的过程及测试的一些结果。对轴系各种测试方法作了简单介绍,重点介绍了“二元光学元件激光直接写入设备”轴系回转误差的测试过程。测得轴系的回转误差为0.018μm。对反向法测试原理、误差分离的数学方法及实际应用,进行了描述。总结了影响测量结果重复性的几个因素。测试结果证明,此方法简单实用、结果准确,适合于精密机械设计人员使用。     

一种新型分度轴精度分析

采用激光直写技术在凹球面上生成等宽等间距的网栅图形,需要保证四轴同心.其中,分度轴作为工件装卡、定心的关键轴系,必须达到微米级的回转精度.为了降低主轴及轴套的加工难度,又能达到轴系回转精度的要求,设计中把轴承的内外环与主轴和轴套分离开来,轴承内外环与钢球采用过盈配合,而主轴与轴承内环之间和轴套与轴承外环之间均采用过渡配合,通过轴端压盖紧固的方法,可以保证轴系的回转精度.     

高精度轴系检定时测头位置的选择

随着精加工和精密检测技术的发展，高精度机床和精密仪器轴系的检定变得更加重要，轴系的检定包括径向和轴向误差检定，径向误差检定一般采用标准元件法，可以选定球型或圆柱型标准件，因球的加工精度高，故高精度轴系的检定通常采用标准球，如图1所示，球上和主轴2相对固定，测头3和球相接触，当轴系回转中心和球同心时，测头的变动即为轴系径向误差。在这种检定方案中，由于轴系还具有轮向误差，故测头和标准球的相对位置不正确就会引入轴向误差的影响，高精度检定时，应选择测头合适的位置，使该影响降为最小。在图1中考虑用圆柱型标准件…     

GD-220光电经纬仪轴系的精度分析

光电经纬仪中轴系的精度在很大程度上决定着整台仪器的测量精度.为了提高其轴系精度和改进其轴系结构,以GD-220光电经纬仪为例,讨论了其垂直轴系和水平轴系中存在的径向跳动误差、角度摆动误差和轴向窜动误差等,并定量分析了由构成轴系零件的形位误差造成的轴系在回转运动时的晃动误差.通过对9台套GD-220光电经纬仪轴系的检测结果看,对GD-220光电经纬仪轴系精度的分析和对其结构的设计都是合理的.     

行星轮机构及其轴系的扭转振动实验研究

在计算带行星轮机构轴系扭转振动时,传统的单惯量方法将机构内实际的动力过程处理成简单的静力传递,结果带来较大的非安全误差;且只解决了轴系问题。本文尝试利用实验手段证明所提出的平面力学模型的可靠和正确,进而做到在研究行星轮机构对整个轴系影响情况的同时,考虑行星轮机构内部各组件在扭转激扰下的回转振动状态。     

空间相机偏流调整旋转轴系的设计与精度分析

为提高空间相机的摄影精度和偏流角的控制精度,应用刚度较强的外筒机座平面作为轴系止推轴承轨道平面,设计了双径向与轴向复合约束力封闭式旋转轴系结构,其结构具有质量轻、转动灵活、回转精度高等特点.讨论了影响轴系旋转精度的诸多误差因素,如轴向窜动误差,角度摆动误差等,并定量分析了构成轴系零件的形位误差引起旋转轴系在回转运动中的晃动误差.通过对轴系晃动误差的检测,验证了所选用的轴系精度为3.8″,满足了总体技术指标在5″以内的要求.     

1m望远镜俯仰轴系精度分析

望远镜俯仰轴系承载着主光学系统和部分探测分系统,其轴系随机晃动值的大小直接影响望远镜最终的使用性能.为了提高其轴系精度和改进其轴系结构,以1m望远镜为例,讨论了俯仰轴系中存在各项误差,并定量分析了由构成轴系零件的形住误差造成的轴系在回转运动时的晃动误差,得到结构变形是轴系精度的最主要因素.通过1m望远镜的检测结果来看对1m望远镜俯仰轴系的精度分析和结构设计是合理的.     

A differential laser autocollimation probe for on-machine measurement

An optical probe based on the principle of differential laser autocollimation has been developed for the purpose of on-machine measurement of mirror shapes. The probe is so compact that it can be mounted on diamond lathes. It can be rotated by a stepping motor about an axis perpendicular to the optical axis of measurement, and has been used to measure mirror shapes on an apparatus that imitates the conditions of an on-machine measurement system. The probe can reduce remarkably the measurement errors due to vibrational and thermal noises that could not be avoided previously in on-machine measurement. Estimating from repeatability, accuracy is better than 0.1 μm in measurement of a parabolic curve whose depth is >1 mm and length is ≈ 100 mm.     

The optimal design of a measurement system to measure the geometric errors of linear axes

In this paper, a measurement system consisting of an L-type reference mirror and five capacitive sensors is analyzed and optimized to measure the geometric errors of linear axes more accurately. The positions of the reference coordinate system and capacitive sensors are optimized to minimize the standard uncertainty of estimated geometric errors, which is due to the standard uncertainty of the component—the L-type reference mirror and the capacitive sensors. Primarily, the flatness of the L-type reference mirror and the linearity of the capacitive sensors cause the component uncertainties. The capacitive sensors fixed on the linear axis are moved, and the L-type reference mirror is fixed on the base of the machine tool to eliminate Abbe's error, which is proportional to the command position of a linear axis. Five geometric errors of a linear axis are measured with a single setup and single measurement, simply. Finally, the optimized measurement system is applied to measure the geometric errors of linear axes X and Y of a three-axis machine tool. And the standard uncertainties of the measured geometric errors are calculated based on the specifications of the L-type reference mirror and the capacitive sensors.     

Critical alignments in plane mirror interferometry

Each axis of a plane mirror interferometer has three associated measurement vectors: the interferometer beam, mirror normal, and axis of measurement. The transducer axis of a plane mirror interferometer target is the mirror normal. This contrasts with a retroflector for which the transducer axis is the interferometer beam. The classical cosine error in x-y plane mirror interferometry is removed by the orienting the mirror normals in the travel plane. The axes do not have to be orthogonal to eliminate cosine error.     

动载体光电平台视轴稳定精度的检测

提出一种动载体光电平台视轴稳定精度的检测方法.介绍了光学测量原理,讨论了光电平台视轴稳定精度检测系统的实施路线,并对该系统使用的自准直光学成像系统、高速数字CMOS相机和光斑检测算法进行了研究.由安装在光电平台照准架上的平面反射镜反映光电平台视轴指向角度的变化,用高速数字CMOS相机采集图像,并通过计算图像之间归一化的...     

1.2m微晶主镜的新型支撑

针对1.2m微晶主镜,提出了基于6套柔性切向杆机构的侧向支撑与基于18点半柔性Whiffletree机构的轴向支撑相结合的新型主镜支撑方案,用于保证该主镜在较大温差范围以及不同俯仰角度下始终保持良好的面形精度及较高的系统刚度。分析了该机构的工作原理,实验测试了主镜的面形精度及支撑系统的模态。机构分析表明该支撑方式可有效保证主镜定位精度和面形精度,并具有热解耦能力;有限元分析确认系统具有良好的支撑性能;面形精度检测得出主镜光轴垂直面形精度RMS达15.25nm,光轴水平面形精度RMS为20.75nm,模态测试则获得主镜支撑系统的一阶固有频率为60.3Hz。实测结果验证了该新型主镜支撑系统具有良好的面形保持能力及支撑刚度,分析结果与实测结果符合度较好,主镜光轴垂直和水平状态面形精度RMS的相对误差分别为14.0%和17.8%,一阶固有频率相对误差为10.8%。得到的结果验证了有限元建模及分析的可信性,支撑系统设计方案的合理性及相关理论推导的正确性。     

凝视模式下的画幅相机两轴像移补偿

通过斜视画幅相机的几何模型,选择载机相关坐标系,建立了计算目标航迹速度到像面坐标系下像移速度的数学模型。通过坐标变换将航迹速度(目标在航迹坐标系下的速度)转换至机体坐标系下的速度矢量,最终至补偿坐标系下的运动矢量;计算视轴长度,得到了扫描镜补偿角速度。最后,阐述了像面旋转机构在像移补偿中的作用,并给出了具体位置角计算公式。提出的采用扫描镜和像面旋转机构相结合的方案实现了凝视工作模式下的画幅相机像移补偿,利用坐标变换计算出的相应量,可为将来画幅相机在该模式下的像移补偿工程应用提供必要的参考。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

细丝法测量三轴转台的轴线相交度

将一细丝固定于三轴转台的内环轴线上，使外环轴，中环内环轴处于不同的角位置，用经纬仪测量细丝上某点的水平角的变化，从而测试了三轴的相交度，通过建立坐标系，并用齐次变换法推导了坐标系之间的位姿关系，从而得出了三轴相交度的算法。     

光学元件表面的数字全息在线检测

针对光学元件表面质量在线检测的特点,设计了基于数字全息的三维再现检测系统.该系统采用离轴光路,避开了被测元件的光轴,在数字全息再现过程中应用倾斜相差补偿技术去除了由于离轴检测引入的倾斜相位畸变.在检测过程中,利用围绕光轴旋转被测元件的方法来改变入射照明光方向矢量和相应的观察方向,实现了多照明矢量合成孔径技术的应用,扩展了系统的检测距离,提高了系统分辨率.同时,多照明角度下检测数据的叠加,还有效地抑制了检测过程中出现的散斑噪声对结果准确度的影响.通过对分辨率板、高精度玻璃反射镜的检测实验,验证了该系统在光学元件表面检测中的作用.当记录距离为40 cm时,其分辨率能够达到10 μm,满足光学元件表面检测的需要.