超精密飞切二维转鼓用伺服分度装置的研制

针对光学应用领域中二维转鼓的超精密飞切装卡与自动定位需求,设计开发了一套二维转台伺服分度装置。其中二维转台采用方位轴和横滚轴相结合的运动方式来实现二维转鼓超精密飞切时的精密分度调控,然后开发了伺服控制系统并采用一种特殊结构形式的锁紧方式来实现单轴位置分辨率小于2″、重复定位精度小于5″的精确锁紧定位,最后通过连接夹具和胶接工艺的采用综合实现二维转鼓超精密飞切加工负载及精度需要。基于电子经纬仪和超精密机床配套电子拷表对该伺服分度装置进行了测试和分析,表明该装置可以应用于二维转鼓的超精密飞切加工。     

金刚石飞切二维转鼓加工精密转台定位精度分析

一维转鼓的超精密飞切工艺（SPDT）已为国内多家单位掌握,而高精度二维转鼓的SPDT飞切工艺仍待突破,其加工质量有待提高。作为扫描器件中的关键部件,二维转鼓的批量生产直接决定热像仪的应用和普及。超精密飞切二维转鼓加工中,由于转鼓形状复杂且精度要求高,故其定位设备——精密转台的定位精度起着非常重要的作用。在保证加工效率的前提下,为了提高加工质量,本文对所用的精密转台进行定位精度分析,建立了转台的坐标转换模型,通过仿真计算得到了精密转台的回转精度,从误差分配的角度进行了精度定位。     

二轴转台外框的结构设计及有限元分析

将在SolidWorks环境下建立的二轴跟踪转台框架的三维模型导入ANSYS有限元分析软件中,建立了二轴转台框架的有限元模型,通过对转台进行静力学计算得到转台外框的变形情况;再进行动态分析计算,得到了相应的振动频率、振幅和振型云图。分析结果验证了二轴跟踪转台机械结构设计能够满足精度的要求。     

激光跟踪仪精密跟踪转台轴系优化设计

精密跟踪转台是高精度飞秒激光跟踪仪的关键单元,其精度直接影响激光跟踪测量系统的总体精度,而跟踪转台的精度主要由轴系精度决定,因此跟踪转台的轴系结构设计以及对其轴系进行性能分析非常重要。文中首先对精密跟踪转台进行结构设计与建模,利用SAMCEF of rotor软件对二维转台2个轴系进行了仿真分析。根据激光跟踪仪性能要求与仿真结果对轴系结构进行分析与优化。最后通过搭建的二维转台验证了所设计轴系的可行性,能够满足激光跟踪仪跟踪转台高精度、高灵敏度和低跳动的要求。     

光电二维转台在瞄具装表量检测中的应用及其支撑框架优化设计

介绍了一种精密光电二维转台在红外瞄具装表量检测系统中的应用实例,阐述了该测量方法的原理,提供了一种高精度全自动光电二维转台的设计方案。由于支撑框架是光电二维转台主要承受载荷的部件,其强度和刚度将直接影响着二维转台的调整精度与稳定性,所以采用基于变密度法的拓扑优化技术对该支撑框架进行结构优化,优化后的框架结构质量减轻20%,重力载荷下左右轴系质心位移小于0.01mm。实验结果表明所设计的光电二维转台读数误差均小于0.05mil,重复定位误差小于0.01mil,满足了调整精度高稳定性优良的设计要求。     

某型塔式起重机转台的有限元分析

转台对塔式起重机性能的影响很大。在前处理软件Hypermesh中建立了某型塔式起重机转台的有限元模型;利用有限元分析软件ANSYS对转台整体进行了强度、变形分析,得到了转台在典型工况下的位移分布云图和应力分布云图。该方法可减小用传统方法对各部分分别进行分析及静态线性假设带来的误差。     

二维转台的模态分析与试验验证

国内对于二维转台的有限元仿真并不少见,但将仿真结果与试验结果进行比较的研究却很少,为此开展了对二维转台的仿真结果进行试验验证的工作。以某二维转台为研究对象,首先介绍了二维转台的结构形式并对其中的轴承连接进行了模型等效;接着对二维转台进行了有限元建模并重点介绍了轴承的MPC建模方式;然后通过简支梁模型对MPC模拟轴承的铰支座特性进行了理论验证;最后对二维转台进行了仿真分析与试验验证。仿真与试验结果表明:MPC模拟的简支梁在其端部绕着轴承外圈发生了转动,MPC模拟了简支梁的转动特性;MPC模拟的简支梁中点位移与材料力学计算的中点位移误差在4.1%,说明MPC能比较准确的模拟铰链特性;二维转台在x、y、z三个方向计算的固有频率与试验结果误差在8%,说明MPC能较准确的模拟了轴承,适合二维转台的模拟。     

高精密转台标定方法研究

针对特定情况下高精密大型转台定位精度的标定问题,提出了一种采用激光跟踪仪标定的方法,首先分析影响标定方法精度的因素,通过优化测量参数及采样策略,建立基于激光跟踪仪的最优标定系统,拟合激光跟踪仪测得点所在的三维平面,通过坐标变换将测量点转换到二维平面上,拟合转换后的数据得到圆心坐标,最后计算相邻测量点与圆心连线的夹角,与理论值进行比较,从而确定转台的定位精度。实验表明,标定系统的精度满足要求。该标定方法简单可靠,提高了高精密大型转台的标定效率。     

大型精密转台高精度角度微驱动装置的研制

针对用于标定和检测的大型精密转台(要求其定位误差≤±0.5″),研制了高精度角度微驱动装置。介绍了转台的总体结构,给出了角度微驱动装置的驱动原理和构成。该角度微驱动装置主要通过一个角位移转换机构把精密直线位移转化为精密角位移来实现高的角度分辨率,其在驱动转台旋转的过程中几乎不给转台带来轴向力和径向力,因此不影响转台的轴系精度。为了满足定位要求,转台设计采用了粗精结合、二次定位的方法,即先采用力矩电机进行粗定位,然后使用角度微驱动装置来实现精定位。最后,从理论上计算了角度微驱动装置的分辨率并进行了测试和应用验证,证明此角度微驱动装置的分辨率优于0.08″,满足转台定位精度要求。     

精密光电测试转台热特性仿真分析

本精密光电测试转台用于高精度星敏感器的地面标定检测系统,其置于地面模拟空间环境中,要求其在恶劣的模拟空间环境中具有极高的精度.为了研究精密转台在模拟的空间高、低温真空环境中的变形特点及工作精度,首先分析了转台所处的高、低温真空环境的特点,给出了转台在高、低温真空环境中的主要传热途径,然后合理地选择了转台材料并设计了转台的机械结构,最后应用ANSYS有限元分析软件对转台做了热-结构耦合仿真分析.通过仿真分析,得到了转台在两个极限温度(-60℃和90℃)环境中达到热平衡时的温度变化特性和整体变形量,进而得出了变形对转台在高、低温真空环境中精度的影响.结合对转台的使用精度要求,对转台进行了结构优化设计,最终使转台达到了所需要的工作精度要求.     

高精密单轴伺服转台结构设计

文中从总体需求出发,设计了一台高精密单轴伺服转台。根据总体技术指标要求,确定转台与安装平台及负载的接口尺寸;通过计算转台承受的负载和实际工况,选择直流力矩电机直接套轴驱动的传动方式;依据光栅测角传感器特点,选择单光栅与2个读数头结合的方式来提高测角精度。采用有限元分析方法完成转台的静力学性能分析和动力学模态分析,得出在仿真条件下转台的应力分布和位移分布情况以及转台前6阶振型和固有频率。结果表明,该型转台满足系统的技术指标要求,设计合理可行。     

精密转台角分度误差补偿

为了修正精密转台中由圆光栅安装偏心、倾斜等引起的角分度误差,提出一种基于稀疏分解的角分度误差补偿方法。首先,分析了圆光栅安装偏心、倾斜等对精密转台角分度误差的影响。然后,根据圆光栅测角误差中不同阶次误差项的特性,结合稀疏分解思想与谐波分析建立了角分度误差补偿模型,对转台的角分度误差进行补偿。最后,搭建试验平台,采用提出的角分度误差补偿模型对精密转台角分度误差进行修正,验证该方法的有效性。试验结果表明:该方法能够将角分度精度提高2个数量级,对角分度误差最大值为90.85"的转台进行误差补偿后,能够使角定位误差的最大值减小到0.64"。采用该方法进行误差补偿后,能够显著提高角度定位精度,结果满足精密转台角位移的高精度测试要求。     

基于光学传输矩阵的电动二维转镜读数修正

针对数字式二维转镜在光学转像时产生的转角值与实际像移不一致的问题,提出了一种运用光学矩阵修正读数误差的方法。根据二维转台对准读数检测原理建立数学模型,得出修正后的出射光线的俯仰角及方位角。为了验证上述模型的正确性,采用高精度经纬仪对修正后的出射光线方向进行校对。经实验对比,该方法在不提高加工安装精度的情况下修正了二维转镜的读数误差,其精度达到4″。     

微型高精密惯导测试转台结构设计及力学分析

惯导测试转台在航空航天领域有重要作用,是模拟、测试、仿真等的关键设备。文中基于用户需求,提出一种转台的轻量化设计方法,运用UG软件实现建模和优化,并进行有限元分析,结果表明主要零件及结构总体的强度和刚度均满足设计要求。同时,该转台的前6阶频率在555.44 Hz和1 534.7 Hz之间,满足共振频率≥450 Hz的要求。在飞行器微型化的趋势下,该微型高精密惯导测试转台的设计方法可为类似产品的设计提供参考。     

汽车红外雨量传感器的设计

根据红外散射原理,介绍一种基于MSP430F2012单片机的汽车红外雨量传感器原理和设计方法。该传感器在基于转盘反射的测试台上测试,取得了良好的效果。     

基于视觉正交迭代法改进的激光跟踪姿态测量

针对航空航天、汽车船舶以及机器人应用等领域对姿态精准测量的需求,研究了一种基于视觉加权加速正交迭代(WAOI)的激光跟踪姿态角测量方法。首先阐述了测量系统组成、建立了数学测量模型,并分析了系统的主要误差源;其次在正交迭代(OI)的基础上,通过物方重投影误差设置参考点权重系数,引入常系数矩阵整合迭代过程中的冗余计算,提出了一种WAOI算法,并通过实验验证了算法的性能;最后搭建实验平台,利用精密二维转台对基于WAOI的姿态角测量进行精度评定。结果表明,在-20°～20°角度范围内,3～15 m测量范围内,方位角精度可达0.11°,俯仰角精度可达0.26°。相较比例正交投影迭代变化(POSIT),方位角和俯仰角测角精度均提升75%以上。本文提出的WAOI算法有效提升了激光跟踪姿态测量系统的精度。     

双电机驱动的精密伺服转台及控制系统设计

为满足某雷达伺服转台系统高精度、高动静态特性的要求,采取机械消隙和伺服控制算法相结合的方式,设计了一种基于双电机驱动的精密伺服转台及控制系统。首先根据该型雷达伺服转台的指标要求,详细论述了伺服转台及控制系统的设计原理和设备组成,其次在MATLAB/Simulink仿真软件中,建立基于双电机驱动的伺服转台及控制系统的模型,并进行了仿真试验。仿真结果表明,该双电机驱动的精密伺服转台及控制系统具有响应速度快、跟踪精度高的优点,满足该型雷达伺服转台系统性能及精度要求。     

基于小波理论的电液伺服转台动态模型识别的研究

针对电液伺服转台数学模型辨识精度不高问题，提出一种基于小波理论的电液伺服转台动态模型识别方法。该方法利用小波的多分辨分析理论，通过对输入输出数据分别进行小波分解．通过加权处理使重构信号能够突出控制系统工作频段的信息，是一种与控制相关的辨识方法。仿真结果表明，这种方法要远远忧于传统的最小二乘辨识方法，为电液伺服转台控制器的设计提供了有力的保障。     

折臂式随车起重机转台的拓扑优化设计

为了使折臂式随车起重机转台在最大应力不超过材料许用应力的前提下实现轻量化设计的目的,通过ADAMS软件仿真确定其极限工况,对转台进行静力学分析及拓扑优化。通过拓扑优化得到了理想的材料分布。基于优化结果调整转台结构,并对改进后的转台进行静力学分析。结果表明,优化后的转台能够满足实际的使用需求。同时,转台质量降低了12%,证明了优化设计的有效性和可行性,并为折臂式随车起重机的相关设计提供了一定的借鉴。     

“高分二号”上相机和星敏感器相对安装姿态的测量

为了精确测量"高分二号"(GF-2)卫星上相机和星敏感器的相对安装姿态,建立了一套高精度自动化测量系统。针对该系统研究了基于多传感器数据融合的高精度测量算法、基于理论安装数据驱动的自动测量模型、以及基于图像识别的立方镜法线搜索算法。该测量系统主要由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助准直的自准直经纬仪构成,通过融合精密转台的转动角度、自准直经纬仪的俯仰角和偏航角等数据计算被测设备安装姿态角度。测量时需先对系统进行标定,制定自动测量规划,然后通过电机驱动使设备自动到达预定位置和角度进行测量。若星上设备安装偏差较大导致被测对象超出自准直经纬仪测量范围时,可启动CCD相机对被测对象局部区域进行搜索识别,并引导自准直经纬仪实现精确准直测量。对测量系统进行了实验验证,结果显示:该系统姿态测量精度可以达到5″,与标准值比对最大偏差为4.1″;该测量系统已用于GF-2卫星的相机和星敏器相对姿态测量中,重复标准差最大为3.5″,满足GF-2对机上设备安装姿态测量精度的需求。