基于准直光束的高精度滚转角测量方法研究

 对于滚转角测量精度低并且难于测量的问题,提出了一种基于准直光束光斑位置变化的高精度滚转角测量方法。当被测物转动时,CCD上2光斑位置随之改变,2个光斑中心连线斜率亦改变。斜率变化由被测物俯仰、偏摆、滚转运动引起。在测量系统中基于自准直原理测量偏摆角和俯仰角,运用相关的算法,消除由偏摆和俯仰运动引起的滚转角误差,从而实现滚转角的精确测量。同时运用Zemax建立系统仿真模型,进行了滚转角的仿真实验测量。将仿真实验结果输入到滚转角解算模型中解算,结果表明：在0～1 800″范围内滚转角的解算值与Zemax的设定值完全一致,由此验证了测量方法的可行性及正确性。     

高升阻比模型天平校准安装角误差控制要求

文章针对高升阻比类模型气动力测量的要求,对天平校准安装角误差影响进行了初步分析,天平的单元校准中,主要有两个安装角对天平校准结果产生影响,这两个安装角分别为攻角和滚转角,研究结果表明:天平的不同分量和不同校准系数对安装角误差的要求是不尽相同的,力分量以及滚转力矩校准,安装角误差可以允许在度水平上;俯仰力矩和偏航力矩校准攻角误差只能在分量级上;法向力对轴向力干扰系数校准的攻角误差,以及法向力对侧向力干扰系数校准的滚转角误差均只能允许在十分之几分或百分之几分的水平上.单纯从校准来看,法向力对轴向力的干扰系数要求攻角误差控制,以及法向力对侧向力干扰系数要求的滚转角误差控制,均非常困难;结合风洞实验测量中高升阻比模型的载荷匹配情况,这个误差控制可以适当放宽,攻角误差可以放宽到分量级上,滚转角误差仍为十分之几分量级上,天平校准时采用常规的角度测量仪器进行测量和调整均非常困难,只有配置高精度的角度测量仪器,才能满足高升阻比模型气动力测量对天平校准角度误差控制的要求.      

基于双CCD的滚转角测量方法研究

提出了一种基于双CCD的滚转角测量方法。测量系统包括两部分:移动部分由通过连接杆连接的两个CCD组成,连接杆固接在被测物上;固定部分包括光源、光开关和两个光学准直器,可以得到两路分别以一定角度相交入射到两个CCD上的准直光束。被测物发生滚转变化时,两CCD也同步变化,通过投射在其上的两个光斑位置变化,可求解出滚转角变化。MATLAB仿真证明被测物的各平动变化对滚转角测量无影响,在200″范围内的俯仰和偏摆变化,引起的滚转角测量误差不超过1″。搭建了滚转角测量实验系统,并与HP5529A双频激光干涉仪测量结果进行比对。测量结果表明,在1000″的测量范围内,系统滚转角测量偏差最大不超过1.5″。     

一种基于光栅的滚转角测量新方法

提出了一种利用一维平面透射光栅作为敏感器件的滚转角测量新方法。利用聚焦透镜及光电位置探测器组成接收测量单元, 避免了直线度误差带来的影响; 利用光栅的±1级衍射光束构成双光路差动测量, 基本避免了俯仰、偏摆角的串扰, 实现了误差分离, 同时增强了抗干扰能力。通过详细的理论分析, 论证了方案的可行性, 并在此基础上通过实验得到了定标曲线, 其线性相关度为1, 滚转角测量的角度分辨率可以达到0.6″。测量方法简单灵活, 仅需更换不同线数的光栅便可满足不同测量精度的要求。     

高精度滚转角干涉仪

提出了一种基于横向塞曼激光器的新的滚转角测量系统。该系统在已有技术的基础上 ,将测量放大倍率又扩展了 4倍 ,从而大大提高了滚转角的测量精度。系统以横向塞曼激光器出射的正交线偏振光作为测量光 ,首先经 1 /4波片将线偏振光变成微椭圆偏振光 (即进行微椭偏化 ) ,然后测量光通过作为传感器的 1 / 2波片 ,由直角反射镜将光路折回 ,使测量光再次通过作为传感器的 1 / 2波片。由于直角反射镜提供了合理的坐标变换 ,所以使得测量光在两次通过1 / 2波片时 ,偏振方向的改变被叠加了 ,相当于被测量的滚转角放大了 4倍。最后测量光经检偏器合成 ,再用光电探测器接收。由测量光的相位变化可以求出工作台的滚转角变化。在整周期内 ,测量光的相位变化与滚转角成非线性关系 ,但在特定的角度上会出现线性很好的滚转角测量灵敏度倍增区。采用这种方法 ,测量放大倍率可以达到 2 0 0倍 ,能够实现高精度的滚转角测量。使用分辨率为 0 0 0 3°的相位计 ,滚转角的测量分辨率可达到 0 1″。     

滚转角误差的光学精密测量技术研究

提出了基于两点法的精密移动台滚转角测量新方法,可以将移动台滚转角误差与参考镜角形状误差分离开来.实验结果表明,滚转角误差的测量重复性精度可达0.05',这个值是由测量系统稳定性决定的.     

正交偏振激光角度测量技术综述

机械导轨运动副滚转角的高精度测量一直是一个难题。研究了很多光学方法,但由于其角位移方向正好垂直于探测光束,所以仍没有得到很好的解决。利用激光偏振面对旋转的敏感性,通过测量由此引起的正交偏振激光光强、相位或频差的变化,可有效地解决滚转角的测量问题。介绍了目前国内外基于正交偏振激光的滚转角测量技术,根据其测量原理分为光强差测量、相位差测量和频率差测量三类。对每种测量方法的原理和发展现状进行了评述,比较了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。     

多自由度误差同时测量中的滚转角测量方法

提出了一种滚转角误差测量的新方法,该测量方法能够实现与其他自由度误差测量相集成,构成多自由度同时测量系统.系统采用带温控的半导体激光器单模光纤组件作为光源,有效降低了激光器本身的光线漂移,为测量提供高精度高稳定性的基准光线;采用特殊棱镜作为测量的敏感单元,通过此棱镜出射光线的直线度测量,间接实现滚转角误差测量.实验过程和数据表明,测量系统具有很好的稳定性和重复性,通过与电子水平仪的对比实验,验证了该方法的可行性,测量精度约为2".     

利用大气偏振模式确定姿态参数的方法

为了满足无人飞行器自主导航对姿态参数提取的需求,提出一种利用大气偏振模式稳定性分布的特征提取飞行器俯仰角和滚转角的方法.从刻画大气光学传输特性的Rayleigh散射理论出发,建立了天空偏振光分布的理论和实测两种模式.利用优化算法,从偏振信息中提取出导航用的天空特征点——太阳空间位置,并利用太阳和天顶固定的时空关系,获取天顶点位置信息.利用天顶点坐标建立姿态变换矩阵,解算俯仰角和滚转角大小.通过模拟飞行器控制台,利用理论和实测两种偏振模式数据分析验证,解算的俯仰角均方根误差分别为0.002°和0.0031°,滚转角均方根误差分别为0.0236°和0.0227°.该偏振方法获取姿态参数时计算简单,解算精确度高.     

角度测量的光学方法

光学测角法是高精度动态角度测量的一种有效的解决途径。对目前发展较快的几种角度测量的光学方法———圆光栅测角法、光学内反射小角度测量法、激光干涉测角法和环形激光测角法进行了详细的介绍 ,并且分别给出了每种方法的测量原理和发展现状 ,比较了各种方法的优缺点 ,给出了每种方法的应用场合和发展前景     

一种现场大尺寸测量精度的评价方法

针对现场全面评价大尺寸测量仪器精度的特殊性,提出了一种采用多仪器站多控制点的精度评价方法.基于四元数的空问数据配准,将多仪器站的测量数据统一到全局坐标系下,基于控制点坐标不变约束,对测量值进行统计得到测量不确定度,并从中提取仪器内部各传感器单元分量的不确定度.利用多传感器信息融合技术求得最优控制点,减小坐标转换误差对结果的影响.以激光跟踪仪为例进行了仿真和现场实验,结果表明,该方法评价测距和测角小确定度的误差可分别降至1 μm和0.1'以内.     

斜入射弹丸着靶位置立靶测量原理

常规的立靶测量装置要求弹道垂直预定靶面,当弹道不垂直预定靶面时,得到的测量结果是错误的。在终点弹道,有时很难保证靶面垂直飞行弹道。提出了一种由多光幕阵列组成的光幕立靶,可以实现小于70°入射角的弹丸着靶坐标的测量,不要求飞行弹道垂直靶面。在X和Y方向分别采用四个成固定角度的光幕来实现入射角度的测量,一次射击可得到弹丸的速度、速度方向上的空间角和着靶位置坐标。     

Shadow Moiré method for the determination of the source position in three-dimensional shearography

Shearography is a full-field non-contact optical technique used for characterisation of surface strain. In a multi-component system, the displacement derivative components are measured using a number of illumination positions. These components are then transformed into a three-dimensional coordinate system, using a knowledge of the source positions. This process is highly sensitive to errors in the knowledge of the source position. Shadow Moiré, with either linear or circular gratings, can be used to measure angle of illumination, with the measurement sensitivity and accuracy variable by changing the grating pitch. Circular gratings have a measurement range determined by multiple fringe analysis and linear gratings have a different measurement range determined by sub-fringe analysis. In this paper vertical linear, horizontal linear and circular gratings are combined to extend the measurement range and the accuracy of the measurement of the source position in two directions. Using this method the source position was measured to an accuracy of ±3%.     

Object location fire precision test technology by using intersecting photoelectric detection target

To improve four across screens system measurement precision on flying projectile location, the new method that adds two incline screens to four intersecting screens system to form six intersecting screens was put forward and the flying object coordinate test model was set up. This method not only gains object coordinate but also measures object's pitching and azimuth angle that can amend coordinates and improve measurement precision. The differential methods were used to analyze their measure errors, which came from the angle of intersection screen, the thick of screen, the time and distance of measuring, and give out measure errors distributing. The experimental result shows the new measure method can improve measurement precision that meets test demand.     

能动磨盘变形检测中的各误差因素分析

针对现有f530 mm能动磨盘的检测系统（有效检测口径f420 mm）,系统分析了检测过程中的球头误差、传感器安装角度误差和坐标定位误差,并给出了各项误差对检测精度的影响。同时,还针对检测基座不完全水平的问题建立模型,应用最小二乘法实现了检测数据的去倾斜处理。给出了实测数据去倾斜前后和误差补偿前后的检测精度对比情况,结果表明去倾斜算法能较好地还原实测数据,补偿检测中的系统误差有助于提高检测精度。     

激光跟踪虚拟坐标测量系统与自标定方法的实验研究

激光跟踪虚拟坐标测量系统满足了工业领域大型工件和空间形位测量所提出的要求。这些要求包括 :高精度、无导轨测量、动态实时跟踪测量、全姿态测量等。在实验室建立了基于角度 距离法的激光跟踪测量系统和基于纯距离法的多站跟踪测量系统 ,分别在三坐标测量机、光学平台光栅位移系统下进行了实际跟踪测量和精度比对实验。并运用虚拟坐标自标定算法在虚拟坐标系下确定了初始点位置、目标点坐标及各点间距离。最后 ,对两种方法的特点进行了分析比较     

五棱镜转动时出射光角度的变化

为了对大口径平面镜面形轮廓的五棱镜扫描法测试进行误差分析和修正,对五棱镜转动时出射光角度的变化进行了分析与精确计算。首先建立了合适的坐标系并规定了角度的正负,然后由入射光的偏摆角和俯仰角计算入射光向量,接着介绍了五棱镜的作用矩阵与坐标转换矩阵,在此基础上详细分析了五棱镜转动的整个过程并且计算了出射光向量。然后计算出射光的偏摆角和俯仰角,再计算当五棱镜没有转动时出射光的偏摆角和俯仰角。最后计算出射光偏摆角和俯仰角的变化。特别分析了当入射光垂直入射五棱镜的情况。随后进行了实际计算与实验,总结了出射光角度变化的一些规律。将计算数据与实验数据进行了比较,结果最大偏差为1"。最大偏差在实验精度范围内,证明了计算方法是正确的。     

玻璃在线激光测厚误差的透反互补抑制

为了抑制激光在线测厚时入射角波动引起的误差,根据几何光学分析了激光透射式和反射式测厚原理,发现激光在特定入射角附近波动时,两种方式的测厚误差一正一负,具有互补性,在此基础上提出基于透射和反射同时测量的互补式测厚方法,该方法可将误差限定在透射式和反射式测量误差之间,抑制在线测厚误差.对于有机玻璃平板,理论计算表明,当激光入射角在67.013°±4°波动时,相对误差绝对值在1%以内,误差抑制率均值大于90%;当入射角为61.536°时,误差抑制率为100%.利用线结构激光器和两个线阵CCD相机搭建互补式测厚实验系统,测量了标称厚度为1~5mm的有机玻璃平板,与透射式和反射式测厚结果进行对照,除厚度为1mm的玻璃外,互补式测厚误差被限制在透射式和反射式之间,最大误差抑制率达61%.实验结果表明,该互补式方法有效抑制了误差,提高了在线厚度测量准确度,解决了在线测量不可重复性导致的无法通过均值法减小误差的问题.