小型编码器动态精度检测的安装误差控制

研究了小型编码器动态检测过程中由编码器与基准编码器轴系中心线不完全重合产生的偏角导入的安装误差,以便提高编码器检测装置的准确性和可靠性。分析了安装误差对被检编码器检测精度的影响,推导出了存在安装偏角时引入的安装误差公式及其控制范围公式。为了使编码器的动态检测能准确地反映编码器的实际精度,给出了最大偏角值α_(max)及高度差D_(max)的允许范围。使用现有21位检测装置对15位被检编码器进行了检测实验,分别对安装良好、小偏角和大偏角情况下的测量结果和安装误差曲线进行了比较和分析。结果表明:检测15位编码器时,将安装偏角值控制在0.36°以下可满足动态精度检测要求。本文提出的误差公式及控制方法可以运用在不同类型、不同精度的编码器检测过程中,对提高小型光电编码器动态检测的精度和可靠性很有意义。     

可编程动态旋转靶标标定方法

动态旋转靶标可以给出检测光电测量设备跟踪精度和测量精度的空间角度真值,针对动态靶标的空间角度标定问题提出了基于线阵CCD标定和视频判读标定的方法。他们是建立在对动态靶标空间位置重复性进行统计的基础上,利用Excel等软件完成脱靶量数据处理。实验结果表明,所提出的方法能够消除由于曝光、扫描和转移等时间不同步问题引起的单点电视脱靶量误差,能够实现对动态靶标的标定。     

光电编码器动态检测转台的空间矢量力矩合成驱动系统

为了提高光电编码器动态检测技术的稳速精度,设计了基于永磁无刷直流电机的转台驱动系统。分析了动态检测转台工作时速度波动对编码器角度误差的影响;结合空间矢量法建立无刷电机三相绕组的力矩合成模型,使合成力矩在空间内任意位置幅值相同;最后加入PI控制器,并利用DSP+CPLD设计了驱动电路,以保证电机匀速转动,并可模拟编码器在实际应用中的各种转动方式。实验结果表明：设计的编码器动态检测转台驱动系统在高、低速转动时都能保持恒定的转矩输出,系统稳速精度高,稳态误差小于±1（°）/s。另外,转台驱动系统转动稳定,有效降低了速度波动对编码器误差检测的影响,满足光电编码器动态检测的要求。     

基于 Kalman 的动态角度测量方法研究

为了保证转台测角系统动态角度测量的准确性,研究了一种基于Kalman滤波的动态角度测量方法。阐述了动态角度测量方法原理,详细解释了基于Kalman滤波的参数优化模型和动态预测模型;根据测量精度要求设计动态角度测量电路,基于现场可编程门阵列(FPGA)平台实现转台发生角度值实时预测;开展加速度为10°/s²的匀加速运动工况仿真实验,以转台发生角度理论值为参考验证方法有效性;搭建转台实验平台,以环形激光陀螺仪为测量参考值验证动态角度测量方法应用效果。实验结果证明提出的动态角度测量方法可有效减小转台测角系统测量延时引入的系统误差,在转速为30°/s时延时误差由-82.62″减小至-0.01″,在各种转速下能够保持测量结果一致性,有效提升转台测角系统动态测量精度。     

双角度编码器超精密转台测角误差校准

为了提高超精密角度计量转台的测量精度,对转台所用编码器分度误差与细分误差的校准展开研究。首先,介绍了转台的结构,设计了方便进行相互比对的双角度编码器测角系统并描述了其多读数头布置方式。然后,基于直接比较法与自校准法进行了双编码器分度误差的快速、高精度校准。最后,借助精密电容式位移传感器测量系统,利用比较法检测了两套编码器各读数头的单信号周期测量误差。校准结果显示:采用双读数头均布的第一套编码器的分度误差为±0.27″,细分误差在±0.1″以内;基于四读数头均布方式进行测量的第二套编码器分度误差为±0.17″,细分误差在±0.2″以内;两套编码器的测量精度皆为亚角秒级。双编码器相互比对的校准方式有助于对转台的测角误差进行全面、准确地评估。     

三轴标定转台的指向误差建模与仿真分析

为提高盾构导向测量系统的标定精度,探讨了影响其标定设备三轴转台指向精度的因素。基于多体系统理论,结合该转台的结构和运动特点,描述了系统的拓扑结构,建立了三轴转台指向误差的数学模型。在此基础上,通过仿真,详细分析比较了各误差项对转台指向精度的影响,为三轴转台的精度设计、误差分配以及误差补偿奠定了基础。     

四轴数控机床转台几何误差检测与分离

针对某公司研制的THM46100高精度四轴卧式加工中心,提出了一种快速分离转台六项几何误差的方法。借助球杆仪分别采用平行于X、Y、Z轴及锥形的特殊安装方式,进行了转台几何误差分离实验,基于转台几何误差辨识模型,辨识出转台运动产生的3项位移误差δx、δy、δz和2项转角误差εx、εz,并配合激光干涉仪与回转分度仪对转台的定位误差εy进行了实验检测,从而实现了转台6项误差的识别。该方法与传统单项测量法相比,具有操作简单,检测效率高,适合现场测量等优点。     

基于后验误差拟合的角位移测量误差补偿

在航天、军事、工业这些对器件的体积有着严格要求的领域,光电编码器不仅要求减小外径尺寸和重量,更要提高其测量精度。本文以光电编码器误差补偿方法为研究对象,基于后验误差拟合方法确定误差模型参数,从而实现对小型光电编码器的深度误差补偿。分析了影响光电编码器测角误差的主要因素,建立了长周期误差和短周期误差模型。然后,采用后验误差拟合算法实现了对误差模型参数的确定,提出误差补偿算法;最后,对某一小型光电编码器进行实验,验证了所提出误差补偿算法的性能。某型号光电编码器补偿前的精度为22.48″,补偿后的精度为5.82″。实验表明,采用后验误差补偿方法可以不考虑误差影响因素的大小,直接对编码器进行误差补偿,具有效率高、补偿准确等优点,极大地提高了批量生产时光电编码器产品的精度。     

机载稳像光电平台动态检测设备研究

本文以我所研制的某型机载平台的实际检测需求为出发点,从理论上论证了进行电视跟踪误差、红外跟踪误差、电视跟踪器捕获性能、红外跟踪器对飞行目标自动捕获性能等指标进行动态检测的实现方法和基本原理。分析了以模拟地物目标进行动态精度检测的可行性。本文结合现有的工程实际与工艺水平重点研究了地物目标模仿真器（—动态精度检测的核心测试设备）的工程化原理与设计思路,并进行了三维建摸实践,分析了仪器的综合设计精度,对其中的关键组件—摩擦传动器的设计过程进行了介绍。本文不仅为机载光电稳像平台的动态检测提供了一种新的检测与标定方法,并完成了其核心检测设备的研制方案论证,还为类似的地基光电探测平台的检测提供了一种参考方法,为类似检测设备的研制提供了新的思路。     

旋转调制式激光捷联惯导安装误差分析与标定

双轴旋转调制技术可以实现对陀螺漂移和加计零偏的调制,从而极大地提高惯导系统的精度,以满足船用惯导高精度的导航需求.由于单元体一直作连续正反旋转运动,传统的位置法和速率法无法对该系统进行标定.提出了一种基于三轴转台和单元体自旋转的误差标定方案,实现了对系统误差的快速精确标定.其中旋转轴和陀螺及加计敏感轴间的不正交角标定精度优于1",陀螺、加计敏感轴间的不正交角标定精度优于2".海上试验表明,误差标定结果满足了系统1 nmile/24 h的导航要求,具有较高的工程应用价值.     

双目立体视觉测量系统的标定

考虑传统的自标定方法虽然无需场景信息即可实现摄像机标定,但是标定精度较低,故本文提出了一种新的大视场双目视觉测量系统自标定方法。该方法无需高精度标定板或者标定物,仅需利用空间中常见的平行线和垂直线建立摄像机参数与特征线间的约束方程,即可实现摄像机的内参数与旋转矩阵标定;同时利用空间中距离已知的3个空间点即可线性标定两摄像机间的平移向量。通过标定实验对本文提出的方法进行了验证。结果表明:该方法标定精度能够达到0.51%,可以较高精度地标定双目测量系统。由于避免了大视场测量系统标定中大型标定物制造困难,以及摄像机自标定过程中算法冗杂,标定精度不高等问题,该方法操作简便,精度较好,适用于大视场双目测量系统的在线标定。     

磁梯度张量系统传感器阵列的快速旋转校准

为有效消除磁梯度张量系统传感器阵列间非对准误差和传感器系统误差对测量精度造成的影响,提出了一种只需绕系统任意轴旋转一周便可理论上实现所有磁传感器与参考平台正交系间精确校准方法。利用两组无数学简化的非线性转换构建传感器系统误差线性校正模型,仅需同一旋转周期的10组测量数据便能得到参考平台与各传感器的理想正交输出。通过构建磁传感器三轴横倾、俯仰、方位转换的旋转矩阵,得到传感器空间任意姿态的非对准误差校正模型并对旋转角进行最小二乘估计,仅需同一旋转周期的3组测量数据便能对准张量系统。仿真和实测结果表明:在理想情况下仿真参数估计准确率接近100%,实验校正后各传感器输出具有较高重合与同轴性,张量分量RMSE(均方根误差)小于30nT/m。能以较简单步骤和较少采样数据高效提高差分法磁梯度张量系统测量精度。     

铠装K型热电偶动态响应误差补偿研究

提出了一种利用同一可高频调制的高功率C02激光器发出的连续激光和脉冲激光作为激励热源,在同一系统中进行辐射温度计（红外探测器）静态校准和被校表面温度传感器动态校准的新方法,由于高速辐射温度计的频率响应特性优于被校温度传感器,因此以前者的响应作为真值来校准后者并获取系统误差的修正值,避免了因传感器安装环境差异及热物性的变化所产生的误差,解决了表面温度传感器动态校准的溯源难题。利用该方法对K型热电偶进行了动态校准实验,建立了数学模型,获得了该热电偶的频率特性和动态性能指标,对该传感器的动态特性进行补偿。     

采用三向光纤照明成像的三维微结构观测系统

为弥补普通光学显微镜照明系统的不足,针对一般三维微结构的显微成像,提出并设计了一个可实现实时调节的三向光纤照明成像观测系统.系统采用计算机、D/A卡、驱动电路等硬件以及自主研制的控制软件,实现对任一光源的光强进行稳定连续的实时调节.通过自主设计的机械结构将光源、光纤、耦合头以及显微镜连接为一整体,实现光束入射方向、入射角和入射距离的任意调节.与通常的底部透射光照明系统进行实验比较,成像质量显著提高,不仅可以清晰观察目标对像的表面结构,还能得到立体感强的三维图像.针对面阵CCD显微测量系统的标定和标定误差问题,提出了螺旋微缝标定法.将螺旋测微计两铁钻形成的微缝作为标定的样本,配以适当的观测手段和计算方法,有效地消除或减小了各种误差,提高了系统的标定精度.通过系统标定和测量比较,系统的标定精度达到±0.0015μm,测量精度达到±1μm.实验结果表明,螺旋微缝标定法可以基本满足CCD测量系统标定的要求.     

高量程加速度计动态线性校准系统

设计了双弹头霍普金森杆用于精确标定高g值加速度计的动态线性参数。基于一维应力波传播理论和弹性波叠加原理,分析了双弹头霍普金森杆为不同尺寸时对获取所需激励加速度信号的影响。利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对不同设计条件下双弹头霍普金森杆的冲击效果进行了仿真分析。通过对不同影响因素的对比,确定了结构参数,设计了直径为30mm,长度为1 200mm的双弹头霍普金森杆,即高量程加速度计动态线性校准系统。利用设计的双弹头霍普金森杆对高量程加速度计进行了动态线性校准和试验验证,结果显示加速度计动态线性误差在5%以内,证明了设计的装置可对高量程加速度计进行动态线性校准,校准结果基本满足冲击校准的要求。     

精密视觉印刷设备的自标定

为了提高全自动视觉印刷设备的精度,提出了一种简易、有效标定基于三自由度平面并联调整台的视觉丝网印刷设备的算法。首先,分析和标定了视觉测量系统,并通过激光干涉仪验证了结果的准确性。然后,分析了三自由度平面并联调整台的几何参数误差;基于印刷设备自身的视觉测量系统,分步标定了并联平台的动平台坐标系、传动比误差和仅需的部分几何误差源。提出了一种满足全姿态且适应不同制程的三角形面姿态插值方法和纠偏调整算法,从而避免了较为复杂的几何全参数辨识,降低了对调试人员的技术要求。实验结果表明：在并联调整台工作空间内,标定后的最大位置误差从标定前的161.6 μm下降为12.3 μm,最大姿态误差从标定前的2.232″下降为0.720″,基本满足印刷设备对精度的要求。     

机械式张力测试器距离参数自动化校准方法

针对无法在不同张拉阶段和材料宽度下,获得高精度测量值的问题,提出机械式张力测试器距离参数自动化校准方法。对机械式张力测试器的工作原理进行分析,建立导向绳轮的动力学方程,获取机械式张力测试器的动力学特性,建立机械式张力测试器的误差模型,采用最小二乘辨识方法,在误差模型的基础上完成距离参数的自动化校准。实验结果表明,所提方法可在不同张拉阶段和材料宽度下获得准确的测量值,验证了其具有良好的校准效果。     

航向测量系统中三轴磁传感器标定的等效两步法

针对航向测量系统中三轴磁传感器误差参数标定问题提出了等效两步法。通过奇异值分解将测量模型等效为一组坐标变换,分析误差参数的几何意义及等效变换方法的意义与特点,依据几何意义将标定过程分为两步进行,即等效传感器坐标系标定及等效非对准标定。利用椭球面方程系数计算等效传感器坐标系误差参数,明确椭球法标定参数的几何意义;应用主成分分析法进行等效非对准标定,分析传统主成分分析法产生符号错误及非正交问题的原因与影响,并研究符号修正与正交修正方法。等效两步法的标定过程不需要航姿参考、地磁信息及辅助传感器,实验表明其航向角校正精度与点积不变法相当。