光栅纳米测量中的实时动态误差修正方法研究

本文首次提出了光栅纳米测量中莫尔条纹信号的参数连续性概念和一种以之为依据的新的实时动态误差修正方法,并进行了实验验证.它根据信号的实时特征参数及其变化规律工作,不仅能够修正系统误差,而且能够修正部分随机误差.应用本方法可极大地改善细分误差在全量程上的一致性,为通过后续的系统误差补偿实现光栅纳米测量打下良好基础.     

数控机床温度与热误差检测系统

数控机床热变形补偿模型研究和应用中须快速采集大量温度与热误差信号.针对温度和热误差信号的特点开发了检测系统,此系统具有方便快速测量机床各部位温度和机床热误差的功能.     

基于线性调频扩频定位的动态误差修正算法

主要研究了线性调频扩频技术定位系统误差修正方法,提出了基于距离几何约束方程和线性调频扩频测距误差模型结合的动态误差修正算法,求解每个定位点对应的最佳测距误差模型对测量距离进行动态修正,最大限度减小测距误差.最后通过室内定位实验对比分析了动态修正法、距离几何约束Ming Cao修正法和静态修正法的性能,实验结果表明动态修正算法能更好地修正测量距离改善定位精度.     

数控机床温度与热误差检测系统

数控机床热变形补偿模型研究和应用中须快速采集大量温度与热误差信号。针对温度和热差信号的特点开发了检测系统,此系统具有方便快速测量机床各部位温度和机床热误差的功能。     

光栅传感器正交信号自动实时补偿技术研究

为提高光栅尺的测量精度和分辨率,对光栅位移传感器输出信号的自动实时处理方法进行研究。分析了光栅尺输出信号中存在的误差因素,根据Heydemann误差补偿模型修正信号中的非正交误差、直流误差和不等幅误差,利用CORDIC算法对修正后的信号进行细分。处理过程在LabVIEW环境下进行,利用FPGA模块实现信号实时处理,并与XL-80干涉仪比对验证该处理可有效补偿信号中的各类误差,且测量相对误差不超过±2μm。     

圆感应同步器系统误差的动态提取与补偿

由于采用圆感应同步器的光电转台系统的精度取决于圆感应同步器的角位置测量精度,故对圆感应同步器的系统误差进行了研究。分析了圆感应同步器系统误差的产生机理;使用相关的实验装置对圆感应同步器的系统误差进行了动态的定量测量;最后,结合数据处理和误差机理,确立了圆感应同步器的动态误差模型,并结合误差模型对圆感应同步器的输出信号进行补偿。对补偿方法进行了实验验证,结果显示:实验中使用的720极12位圆感应同步器的动态角度测量精度由补偿前的11.25″提高到了1.17″,角速度估计精度由修正前的0.72(°)/s提高到了0.09(°)/s。这些结果表明提出的动态误差补偿方法能够显著提高圆感应同步器的动态测量精度,满足光电转台指向控制系统的精度要求。     

基于最小二乘法的光栅干涉传感细 分误差校正研究

针对纳米级分辨率光栅干涉传感中存在的细分误差问题,对光栅干涉传感的细分原理、传感信号中的噪声以及非线性误差等方面进行了研究。采用数字细分方式,对传感光电信号进行了数字滤波处理以降低噪声信号干扰,对传感信号中存在幅值波动、直流电平漂移以及相位非正交性等缺陷建立了非线性误差模型,并基于最小二乘原理提出了一种非线性误差修正方法;利用纳米二维定位平台对光栅干涉传感系统进行了测试。研究结果表明:在50 nm步距以及200 nm步距两组等位移量连续测量的测量列中,非线性误差修正后测量列的标准差较修正前均有显著的降低,说明光栅干涉传感信号经非线性误差修正处理后可以较明显地校正细分误差,提高细分精度。     

时栅位移传感器动态误差模型及修正算法研究

时栅位移传感器的动态测量的重要性日益凸显,提出了一种时栅位移传感器的动态误差修正模型。该模型以动生电动势和感生电动势为切入点,将转动模型等效为动测头单位绕组横截面直线运动模型,建立了转子转速与时栅位移传感器动测头感应信号之间的关系数学模型。实验验证以低速标定好的时栅位移传感器为基础,提高转子转速,运用该模型对时栅位移传感器采集的原始数据进行预处理,然后运用谐波修正对其进行动态误差修正。实验研究表明:采用该模型后72对极轴式时栅位移传感器转速为2 r/min的误差为±2.4″,转速为4 r/min的误差为±2.88″。     

激光丝杠动态检测仪的温度补偿技术

介绍了5米激光丝杠动态检测仪的测量原理,分析了对丝杠长度、激光信号和仪器床身的温度误差补偿技术,并对仪器设计中如何合理运用误差补偿技术实现温度补偿提出了参考建议。     

纳米精度外差式激光干涉仪非线性误差修正方法研究

提出一种外差干涉非线性误差修正方法,采用混频技术将光频信号降低到通用数据采集系统频率响应范围内;采用高速数据采集板实现外差干涉测量信号和参考信号双通道同步实时采集;对采集数据进行光滑处理,滤除高阶非线性误差;解出位移量对应的相位差。试验结果表明,所提出的修正方法可以较好地修正双频激光干涉仪中存在的非线性误差,使外差干涉仪测量不确定度由原来的20nm降低到10nm。     

三坐标测量机高速测量下的动态综合误差分析

综合众多学者对三坐标测量机各组成部分误差的研究成果,对三坐标测量机的主要动态误差源进行了归纳,并从气浮导轨系统、机体结构、测头系统和测量系统四个方面分析了三坐标测量机高速测量时动态误差的产生原因及对测量结果的影响,为误差修正提供了参考依据。     

基于误差传播理论的动态测量误差灰色评定方法

动态测量是随测量时间而变化的非平稳随机过程 ,动态测量数据具有时变性、随机性、相关性和动态性四个基本特性。灰色模型实时误差预报修正的动态测量误差序列同样为随机过程 ,也具有上述基本特性。据此提出灰色模型误差预测值的评估应以误差在系统内的传播方式与程度来进行 ,并借鉴静态测量误差评定的均方差参数方法 ,推算出灰色系统均方差参数 ,作为评定误差预测值精度的方法     

Calibration-based thermal error model for articulated arm coordinate measuring machines

The influence of thermal changes in the accuracy of articulated arm coordinate measuring machines (AACMMs) is one of their main error sources. Usually, the effects of this problem are minimized by using low thermal-expansion materials in the arm design or by implementing an empirical error correction model based on the outputs of several temperature sensors placed inside the arm. These models, inherited from temperature correction models for robot arms, are based on the empirical arm positioning error characterization of several temperatures inside its measuring range and by posterior corrections implemented using an average error approximation. Considering this approximation as a correction valid for all the temperature range violates the AACMM calibration conditions, which are defined by a kinematic parameter identification procedure at 20 °C. This implies that, by applying these models, the AACMM will work outside of calibration conditions and will not meet the nominal accuracy values obtained from the identification procedure. In this work a new empirical correction model for thermal errors is presented. This model keeps the calibration conditions established in the parameters identification procedure unaltered. This fact makes it possible to apply other correction models for geometric and non-geometric errors obtained at the calibration temperature after having applied the temperature correction. The algorithm and objective functions used, which are based on a new approach including terms regarding measurement accuracy and repeatability and using the measurements of a ball-beam gauge artifact are shown. The empirical correction model and the arm accuracy and repeatability results before and after correction are also explained, showing an important accuracy improvement in the arm performance for typical arm operation at temperatures different from 20 °C.     

基于ICA的动态测量误差分解重构方法

提出了利用独立成分分析（ICA）方法对动态测量误差进行分解重构的方法。详细介绍了利用ICA方法进行误差分解重构的基本算法,利用三坐标测量机和双频激光干涉仪设计了动态测量误差测量装置,并进行了实验。分别利用自适应滤波、小波分析和ICA方法对动态误差数据进行处理,分离重构线性变化、周期变化的系统误差和动态随机误差。研究结果表明,要精确分析动态测量误差和辨别误差组成成分,必须充分应用测量得到的误差总体样本进行分析。与自适应滤波、小波分析两种方法相比,利用ICA方法可以更有效地精确分离重构线性变化、周期变化的系统误差和动态随机误差。     

基于立体视觉的旋翼共锥度动态测量系统精度分析

为了提高基于立体视觉的直升机旋翼共锥度动态测量系统的精度和可操作性,全面分析了其测量误差。首先,介绍了测量系统模型及误差来源;其次,分析了双目立体视觉静态三维测量的误差;再次,针对旋翼共锥度的多目标动态测量特点,分析了系统安装误差对共锥度解算精度的影响;最后,利用原理样机进行了6 058次静态测量重复实验,通过统计分析可知静态测量误差小于1.4 mm。对动态测量误差进行了仿真实验分析,给出了各参数对精度影响的量化结果,为实际共锥度测量的误差控制提供了理论依据。在标记点安装精度小于10 mm的情况下,动态测量误差小于3.5 mm,合成产生的总测量误差小于4.9 mm,能满足旋翼共锥度动态测量精度要求。     

大型望远镜测角系统误差的修正

由于大型望远镜转台轴系对测角精度要求较高,本文研究了测角数据系统的误差修正技术。分析了测角数据误差产生的原因,对测角元件误差、安装误差、被测轴系误差进行了讨论,指出轴系测角分系统的误差规律符合谐波方程,故提出采用谐波方程式来表达误差规律。针对工程应用,建立了基于傅里叶级数的简化谐波方程误差公式,用谐波方程算法和多项式拟合算法对系统误差进行修正。在一个望远镜垂直轴转台进行了试验验证,结果显示测角精度峰值由原来的3.81″提高到了1.06″。实验表明,基于傅里叶级数的修正算法,较好地符合误差分布规律;采用系统误差修正技术,可以对系统综合误差统一修正,能够有效提高系统测角精度。     

Volumetric error modelling of a stereo vision system for error correction in photogrammetric three-dimensional coordinate metrology

Optical three-dimensional coordinate measurement using stereo vision has systematic errors that affect measurement quality. This paper presents a scheme for measuring, modelling and correcting these errors. The position and orientation of a linear stage are measured with a laser interferometer while a stereo vision system tracks target points on the moving stage. With reference to the higher accuracy laser interferometer measurement, the displacement errors of the tracked points are evaluated. Regression using a neural network is used to generate a volumetric error model from the evaluated displacement errors. The regression model is shown to outperform other interpolation methods. The volumetric error model is validated by correcting the three-dimensional coordinates of the point cloud from a photogrammetry instrument that uses the stereo vision system. The corrected points from the measurement of a calibrated spherical artefact are shown to have size and form errors of less than 50 μm and 110 μm respectively. A reduction of up to 30% in the magnitude of the probing size error is observed after error correction is applied.     

光栅式单啮仪误差分离与修正技术的研究

应用时序分析方法研究单啮仪的误差分离与修正。提出了误差修正的数学模型，通过多位测量法分离系统误差，采用傅里叶级数逼近法和非线性最小二乘法将随机误差从测量结果中分离出来，建立了描述随机误差的自回归模型，并采用预报技术修正随机误差。验证结果表明，数学模型正确，误差分离与修正方法有效，可使仪器测量精度提高一级。     

基准圆光栅偏心检测及测角误差补偿

为了修正关节测试平台中由圆光栅安装偏心所产生的测量误差,建立了圆光栅偏心测角误差补偿模型并对安装偏心检测方法进行研究。首先,根据圆光栅测角与偏心参数间的几何关系,推导出圆光栅测量误差补偿模型。然后,描述了采用双读数头对比接收正弦信号间相位差,检测偏心参数的方法和原理;通过合成信号的李萨茹图形,检测出关节测试平台内圆光栅的偏心距及偏心方向。最后,根据所推导的偏心测角误差补偿公式对测试系统进行修正。对比实验结果表明:修正后的圆光栅测角精度大幅提高,测量精度提高了近5倍,满足关节测试平台的测量精度要求。