传动系统同轴度测量方法的改进

针对现有轴-轴同轴度测量方法的缺陷,通过建立一套数学模型,得出了测量设备安装偏差量、设备测量值和传动轴旋转角度之间的关系方程,从而实现了只需在小角度范围内旋转,即可得出不含安装误差的轴-轴同轴度偏差量.另外,针对测量设备的特点提出了测量孔-孔同轴度的方法,从而实现了一套设备可以同时测量轴-轴、孔-孔同轴度.     

离轴反射式航天CCD相机镜头焦距的测量方法

为了实现离轴反射式航天CCD相机镜头焦距的精密测量,同时降低传统测量方法对大口径长焦距准直管和大型精密旋转平台等昂贵测量装置的依赖,研究了离轴反射式航天CCD相机镜头焦距的测量方法.改进了基于精密测角原理的焦距测量方法,测量装置主要由电子经纬仪和测量显微镜组成;分析比较了该测量方法与传统测量方法的优缺点;建立了该方法求解离轴反射式相机镜头焦距的数学模型和误差分析模型.实际测量结果表明:该方法所使用的测量装置简单易得,节约了测量成本;测量精度达到10-2 mm量级,可以满足非测绘用途的离轴反射式航天CCD相机镜头焦距的测量精度要求.     

GNSS测姿系统天线设置及精度分析

GNSS测姿系统的天线设置是影响测姿精度的重要因素之一;针对GNSS天线设置对测姿精度的影响问题,在分析GNSS测姿算法的基础上,对天线设置的3个决定因素,即天线数量、基线夹角和基线长度与姿态角误差的关系进行了理论推导,仿真分析了三者对测姿误差的影响程度;理论推导结果表明,对航向角、俯仰角和横滚角的测量至少需要三个固定天线,天线构成的固定基线相互垂直时姿态角的误差较小,姿态角的误差与基线长度的平方成反比;仿真结果验证了上述结论并进一步表明,两基线长度分别为1 m、2 m、3 m时,航向角和俯仰角的误差分别在2°、1°、0.5°以内,横滚角的误差分别在3°、2°、1°以内。     

正多面棱体与多齿分度台同轴度误差的测量

本文提出了一种测量正多面棱体与多齿分度台同轴度误差的非接触直接测量方法。与传统方法相比,该方法测量的结果中包含了多面棱体与其轴座的配合间隙的影响。实验证明这种方法是有效的。     

基于蒙特卡罗法的平面度测量不确定度评定

形位误差的测量不确定度评定是目前测量领域研究的热点;但由于其测量的复杂性和测量结果评定的多样性,导致在实际测量结果中形位误差测量的不确定度评定成了难题;为此,根据形状误差评定准则,选取最小二乘法建立数学模型,确定形状误差数学模型中各参数值的传递系数和单点不确定度,并分析具体的测量方法和测量过程中的不确定度来源,根据传统的GUM法对其进行不确定度评定;然后采用蒙特卡罗伪随机数的方法来模拟实际测量数据,从而得到平面度误差的不确定度;通过设置实验对比,验证了蒙特卡罗法评定平面度不确定度的可靠性和准确性;该方法不需要求出数学模型中的传递系数,利用MATLAB软件很容易实现,为平面度误差测量结果不确定度评定提供了更加简便的方法,值得推广和应用。     

基于里程计法的双目云高系统外参标定研究

双目成像系统测量云底高基线长，外参标定困难。提出一种适用于地基云高测量系统的双目相机外参标定方法，采用ORB算法提取与匹配左右云图同名点，然后根据对极几何约束计算两个相机之间的旋转平移关系。为验证该算法的精度，在室外搭建基线60 m的双目云高系统，采用里程计法标定外参，标定得到两个相机之间的距离误差为34.44 cm，精度达到99.43%。通过分析校正后的双目云图和天空视差图，验证了大基线里程计外参标定法的精度较高。     

光场相机视觉测量误差分析

光场相机通过一次曝光可以获取空间目标的位置和方向信息,具有重聚焦和多视角的特性,利用光场的这些特性可以进行视觉测量.本文对光场极平面图像视觉测量、重聚焦视觉测量、双目视觉以及多目视觉测量方法的测量原理和误差影响因素进行了理论分析,并通过实验验证了光场视觉测量误差跟不同视角基线长度,主透镜焦距大小,目标离相机的实际距离等结构参量的关系;理论分析和实验结果表明,由于相机基线较短,远距离测量误差较大,近距离测量具有较高的精度;在光场微透镜阵列大小有限条件下,采用多个视角组合的测量方法具有更高的测量精度.     

Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量方法

Bayer滤波型彩色相机广泛应用于航天遥感、空间对地观测、环境监测等领域.由于Bayer滤波片造成彩色相机相比黑白相机在像质方面进一步退化,如何对Bayer滤波型彩色相机成像性能全频段综合评价是目前亟待解决的问题.调制传递函数(MTF)是相机成像性能综合评价的关键指标,传统调制传递函数测量方法无法实现对Bayer滤波型彩色相机MTF全频段高精度测量.为了解决这个问题,本文提出了一种采用旋转刀口靶测量彩色相机调制传递函数的方法.理论方面,推导了Bayer滤波型彩色相机调制传递函数测量理论模型,仿真分析了刃函数采样率和刀口刃边倾斜角度误差对调制传递函数测量精度的影响,并给出了计算算法.实验方面,对彩色相机R,G,B三基色调制传递函数权重因子进行了实验定标,并搭建了基于条纹板和旋转刀口靶的彩色相机调制传递函数测量试验装置.采用旋转刀口靶法和条纹靶板法测量彩色相机MTF结果在耐奎斯特频率f_c处极差为0.061,在空间频率f_c/2处极差为0.043,试验结果验证了所提方法的有效性.     

五角棱镜光学平行差的理论分析

利用矩阵光学方法,计算得出五角棱镜两种光学平行差的解析表达式,分析五角棱镜光学平行差与工作面法向矢量夹角的矩阵关系.基于Agilent激光干涉仪角度测量系统和DHC三维转台搭建实验装置,测量了Thorlabs五角棱镜的两种光学平行差.实验和解析式计算结果偏离度不超过4%.五角棱镜滚动角、偏摆角的变化等效于五角棱镜光学平行差的变化.通过坐标系变换,五角棱镜的自身误差和系统在线测量误差可以被同时标定.该研究对五角棱镜的实际加工、测量系统标定,以及高准确度面形检测提供了参考.     

用于绝对重力仪的落体旋转评估方法

介绍了一种自主搭建的测量落体在自由下落过程中旋转角速度的装置,评估了不同落体旋转角速度引入的旋转误差对重力测量的影响。针对具有旋转初速度的落体在真空腔内自由下落的运动模型,该装置采用光杠杆原理,将高精度位置传感器(PSD)作为光跟踪设备,研究并推导出落体由旋转所导致的反射光位移与下落时间的关系。然后,对PSD采集记录的时间位移曲线进行拟合,求解落体单次下落的旋转角速度值。在调整真空腔垂直度后,最大旋转角速度值可减小为16.88 mrad/s,引入的重力测值不确定度为0.57μGal,即该状态下落体的释放更加平稳。实验表明,该装置不仅可以进一步提升绝对重力仪中落体传动机构的装调精度,还可以对光学干涉绝对重力仪工作过程中的落体姿态进行监测,进一步降低落体旋转所引入的测量不确定度。     

基于像差特征分析的变焦光学系统装调

提出了一种基于像差特征分析的变焦系统共轴性装调方法。针对某型20倍变焦光学系统的装调，在分析变焦光学系统装调要求的基础上，通过采用光学定心加工技术，提高变焦系统各镜组内光学元件的同轴度；采用Zygo干涉仪，检测变焦系统在长短焦位置的像差特性分布；借助CodeV软件仿真计算各光学元件在系统中的公差灵敏度分布，并确定产生像差影响的敏感光学元件；在中心偏测量仪上，完成最终光学系统像质的调整。此外，还设计了一种变焦光学系统各动组间同轴度调试装置，对变焦相机主镜筒机械内孔轴线与直线导轨的平行性进行了精确测量，保证了动组组元光轴的同轴精度。装调结果表明:变焦系统成像质量有明显改善，像面一致性得到保证，长短焦轴上传递函数值分别优于技术要求值0.45和0.55，长短焦轴外0.7视场传递函数值优于0.25和0.35，实现了高精度装调，验证了该方法的可靠性。     

火炮平行性测量系统的设计

火炮瞄准轴和炮膛轴的平行性直接影响火炮弹着点的散布,是需要检测的重要静态参数之一。火炮平行性测量系统基于准直方法而设计,它以右炮管中心轴线为基准,设置与基准轴平行的瞄准光路和两条准直光路,分时对准左炮管、统调镜和瞄准镜,测量它们的轴线与右炮管中心轴的平行度。该系统能够实现35mm双管火炮的近距离单人操作目视测量,也可实现实时自动判读功能。误差分析表明,该系统的测量精度可以达到70″以内,满足设计要求。     

一种无公共视场相机位置关系的求解方法

多相机系统的标定是立体视觉测量中的一个重要问题。而当各相机间公共视场较小或无公共视场时,标定参照物不能同时出现在所有相机的公共视场,因此无法求解系统中多相机的相对位置关系。针对该类问题,论文在二维靶标标定法的基础上,提出了一种基于两轴转台的无公共视场相机位置关系的求解方法。将待标定系统固定在转台上,利用转台转动确定靶标坐标系与转台坐标系之间的相对关系;通过转动转台使二维靶标依次进入每个相机视场以分别确定转动后每个相机在靶标坐标系中的位置,并记录转动的角度;最后,结合靶标坐标系与转台坐标系关系,求解各相机之间的相对位置关系。实验结果表明,该方法具有可操作性,解算误差在0.5%以内,可较准确地确定多个光轴之间角度较大的非共视场相机位置关系。     

光学测量装置在轴孔内的同轴定位机构

为了克服现有技术存在的不足,实现光学测量装置在轴孔内的高精度测量,提出了一种新的轴孔内的同轴定位机构装置。根据机械技术领域的三点定心原理及六点定轴原理,利用机构中2个涨套的6个弹性爪与轴孔机械轴进行点接触,由于与轴孔内壁接触都是刚性接触,能够承受较大负荷从而实现光学测量装置光轴与轴孔机械轴的精密重合,达到高精度的定位及保持高精度的同轴状态。定位机构在实际中得到了很好的应用,理论和实践证明此定位机构能够很好地实现光学测量装置在轴孔内的高精度定位,精度能够达到10″以内,从而起到光学测量装置测量机构轴线的作用。     

基于机器视觉的轴偏角归一化检测系统

在复杂的测控、发射、跟踪等系统的制造和使用中，分系统或部件间的安装位置偏差会影响控制、跟踪、发射的精度和系统其他指标测量结果的准确性，因而需要进行测量和校正。提出了基于视觉图像定位光斑中心的轴偏角测量方法，并基于LABVIEW虚拟仪器平台构建了机器视觉测角系统。以某大型武器系统为测试平台，对不同属性的轴(如发射轴、瞄准轴、激光指示器轴、制导中的测量基线等)进行归一化测量和校准，得到了满意的效果。     

基于双远心光学系统的高精度外螺纹测量方法研究

针对井下爆炸装置主体密封螺纹的大径、中径、小径、螺距等参数的测量问题，为了提高螺纹测量自动化程度，在主体结构特点基础上研究了其外螺纹机器视觉测量方法。为了提高测量精度，设计了基于双远心光学系统的外螺纹机器视觉测量系统。研究了螺纹图像区域提取方法、快速特征点提取方法、参数计算方法等。在所搭建平台上，对所提出方法进行实验分析。实验结果表明，被测螺纹导程为3 980.8 m，大径为65 435.6 m，螺纹小径为60 669.4 m，测量牙型高为2 383.1 m，满足4级螺纹精度要求，证明了该方法的正确性和可行性。     

轴对称非球面透镜光轴共轴度的测量研究

介绍了一种轴对称非球面透镜的光轴共轴度的测量方法。激光管发出的光束经束腰变换透镜入射到被测透镜的非球面表面,由CCD摄像头接收非球面的反射激光光斑,CCD的光敏面位于反射激光光束的束腰位置;调整被测透镜位置,直到激光束腰中心位置不随被测非球面透镜的旋转而变化,这说明被测透镜的非球面对称轴与机械旋转轴重合;再利用球面偏心测量原理检测被测透镜球面一面的偏心量,即可以求得被测非球面透镜的光轴共轴度。该测量方法的误差小于20″。该方法适用于判定非球面透镜和非球面反射镜是否合格,以及调整非球面透镜的制造工艺。     

测量大口径光学元件反射率用精密扫描系统误差分析

为测量高能激光传输系统中大口径高反射率光学元件的反射率,设计了一种大口径光学元件二维扫描的精密测量系统。介绍了该系统的结构及其工作原理,分析了影响系统测量精度的因素,从理论上分析了扫描系统的系统误差对测量精度的影响,结果表明在垂直于光束传播方向上,水平偏差在0.29 mm时,测量误差在10-6量级;腔长的变化量较小时,可通过对衰荡腔腔镜的调节,实现对旋转轴偏差的补偿及对系统的精细调节。通过拟合处理光强与时间的数据得到对应的一次指数函数拟合曲线,并通过计算得到衰荡时间和反射率,经过对比分析可知,该误差分析方法能比较有效地测量腔镜的反射率,并能减小实验数据本身带来的误差。     

A novel method for adjusting CCD camera in geometrical calibration based on a two-dimensional turntable

In order to ensure the accuracy of the collimator viewing angles in geometrical calibration of the CCD camera, a novel method for adjusting CCD camera with wide field of view based on a two-dimensional turntable was presented. The method involves two steps: the first is to adjust collimator parallel to a rotation axis of turntable by estimating a fixed point image of collimator on the CCD when the camera is orientated around this rotation axis; the second step is to adjust the camera axis parallel collimator by estimating the symmetry of point images when the camera is orientated around another rotation axis of turntable. As an example, the adjustment accuracy of the wide field of view radiometer developed by us is analyzed and discussed in the article.