拼接式编码器测角误差分析及试验

根据望远镜测角系统的精度需求,分析了影响拼接式编码器测角精度的误差源,以及多读数头测角消差原理,确定了采用相位相差90°的4读数头的测角方式。在某望远镜方位轴系转台进行了逆时针和顺时针方向的测角试验,通过对测角数据进行谐波分析并补偿后,得到两组实验测角误差RMS分别为0.34"、0.38"。实验表明,相位相差90°的均布4读数头的测角方式消除了由轴系误差、编码器安装位置误差和钢带安装盘部分圆度误差对测角精度的影响,实现了亚角秒级测角的目的。研究结果可用于大口径望远镜设计阶段的误差分析与分配、预估测角精度,为降低设计和加工误差提供参考。     

红外地平仪地球模拟器光学校准精度分析

针对适用于双圆锥扫描红外地平仪地面检测体积相对较大的地球模拟器,使用两台电子经纬仪建立三维坐标测量系统,采用全测角的方法计算并实时显示被测点的三维坐标值,可以大大提高光学校准精度。基于坐标值的计算以及地球模拟器的模拟原理,首先对地球模拟器进行精密校准,然后基于误差传递公式计算直角坐标的校准测试误差,对光学校准精度进行分析,最终实现红外地球敏感器姿态角测量的误差分析。计算与实际测量结果表明,通过使用实时三维测量系统对地球模拟器进行精密校准后,双圆锥扫描红外地平仪的姿态角模拟测试误差可降低到0.01°以下。验证了该测量系统在大型航天地面检测设备中的有效性与实用性。     

圆光栅测角系统误差分析与修正

为了提高测角系统的测量精度，基于误差的特性和表现形式，从谐波角度对测角系统中的刻划误差、光电信号误差、偏心误差、倾斜误差和变形导致的误差建立相应的数学模型，并对偏心误差和倾斜误差进行仿真分析。搭建了金属圆光栅测角系统，对系统中的误差进行了分析和修正。实验结果表明:测角系统测角误差为134.2″，修正后误差为32.23″，圆光栅测角系统误差分析为后续的误差补偿提供了理论基础。     

表面等离子体共振传感器的零角位置自动校准

基于角度扫描的表面等离子体共振(SPR)传感器,装置简单、容易实现、性能稳定,其测量精度由角度测量精度决定。提出了一种基于激光自混合干涉效应的零角位置自动校准方法,主要用于角度扫描的表面等离子体共振传感器零角位置的自动校准。这种方法克服了人眼观察时用自准直法难以判断两光点是否完全重合的缺点,其精度可满足实验要求。     

提高激光传感器用于现场校准装置精度的研究

阐述了激光传感器在位移传感器现场校准装置中的应用,对激光传感器的测量原理及校准方法进行了分析。结合现场校准的特殊性,分析现场校准过程中的误差来源,提高现场校准的精度。应用2m比长仪对激光传感器进行溯源,研究激光传感器在大长度测量应用中提高精度的方法,采用曲线拟合的方法对测量结果进行补偿。最后应用空气弹簧隔振平台的高度监控系统对溯源后的激光传感器进行验证。实验结果表明,应用激光传感器的位移传感器现场校准装置,其精度可以达到0.1%。     

基于机器视觉的雷达测角精度评估系统

利用光学成像原理,设计了基于机器视觉的雷达测角精度评估系统,主要包括光学部分(CCD相机)、图像采集部分和图像处理与目标角度信息提取部分等;机器视觉的定位成像和高精度测角,保证了该系统能在紧缩场中对雷达系统进行自动化、高精度、实时的角度测量校准和测量精度评估试验;理论分析和仿真结果表明,补偿由于雷达系统和机器视觉系统安装位置不同引起的角度测量偏差后,在正常的实验测量误差条件下,基于机器视觉的角度测量校准和评估系统能达到0.005°的校准和评估精度。     

基于单光弹调制器的米勒矩阵测量技术

针对已有米勒矩阵测量方法的不足,提出了一种基于单光弹调制器的米勒矩阵测量技术,给出了米勒矩阵测量优化算法及系统参数两步校准法。该技术通过两步校准法对系统参数进行校准测量,利用优化算法计算得到待测样品的米勒矩阵。实验结果表明,待测1/4波片相位延迟量测量值为90.4185°,误差在标称偏差λ/300以内,快轴方位角测量值为0.2348°,误差在最大旋转误差0.4°以内。同快轴方位角为0°的1/4波片标准米勒矩阵相比,待测1/4波片米勒矩阵各元素最大相对误差的直接测量值和间接测量值分别为1.97%和0.83%,均小于最大相对误差的模拟仿真值2.11%。通过提高旋转台的读数精度和减小相位延迟量的标称偏差,可以进一步减小米勒矩阵各元素的最大相对误差。     

小范围回转轴系测角误差测试方法

为了提高小范围回转轴系测角误差的测量精度,用自准直经纬仪测量测角误差的原理和方法,对影响测量结果的误差源进行了分析,仿真结果表明被测轴系轴线倾斜角度是最主要的误差源.基于误差模型提出了利用最小二乘估计辨识失调参数进而分离引入误差的方法,以实现测角误差的高精度测量.以精度为2″的单轴位置转台为受检对象进行实验验证,相比常规方法的测试结果-309.1″~428.6″,本文方法的测试结果为-0.89″~1.01″和-1.01″~0.93″,测试误差为0.70″和0.78″,消除了设备失调引入的测试误差.该方法具有设备简单、操作便捷,可实现小范围回转轴系测角误差的高精度测试,解决小范围回转轴系工程测试难题.     

基于容栅传感器的试件拉伸率在线测量装置

材料力学实验中在做破坏性拉伸试验时,需要测量拉断试件的长度,但是由于拉断试件测量时断口对接不紧密,以及人为读数误差等原因造成实验结果与理论值之间存在很大的差别.对此设计了基于容栅传感器的试件拉伸率自动测量装置,数字显示读数,提高了测量精度;同时该装置可以安装在机械加工设备上进行长度在线测量,提高加工效率.     

高精度柔性坐标测量系统及其校准技术研究EI北大核心CSCD

针对传统的机器人柔性坐标测量方法中,机器人模型不完善及机器人固定参数不断变化导致测量精度难以提高的问题,提出一种基于双目视觉原理的全局实时校准方法,组建由两台相机组成的高精度全局校准单元,通过测量布置在机器人末端视觉传感器上的控制点阵,实时得到机器人末端的空间位姿,实现机器人在全局空间的精确定位。提出基于空间网格控制场的相机校准方法,构建像面坐标系上的残差库,实现相机在全视场空间内的高精度校准。实验表明,采用上述方法可实现±0.1mm的双相机校准精度,整个系统的测量精度可达±0.15mm,从根本上摆脱了机器人运动学模型及参数误差带来的影响,有效地保证了柔性坐标测量系统的精度。     

激光扫描测头视觉系统结构参数优化

线结构光视觉测量系统是激光扫描测头的重要组成部分,为了提高激光扫描测头的测量精度及可靠性,提出一种线结构光视觉系统结构参数优化设计方法。分析了影响该测量系统整体测量精度的因素以及该测量系统的结构误差模型,并建立了应用于激光扫描测头的结构约束条件,通过该约束条件建立了结构参数优化仿真系统,进而得到仿真优化后的结构参数,即最优结构参数,并设计实测实验验证其合理性。测得优化后的线结构光视觉系统测量空间点间距相对误差为0.019 8 mm,本文结果表明优化方法的有效性,并具有较好的精度。     

二维振镜扫描系统调向误差分析

对比分析现有光束扫描系统的优劣,提出采用二维振镜扫描系统作为多光谱集成靶标的光轴调向装置,光轴调向装置的调向精度影响多光谱集成靶标的校准精度。通过对二维振镜扫描系统调向误差进行分析,建立二维振镜扫描系统调向模型,并进行了二维振镜扫描系统调向误差测量实验。结果表明:二维振镜扫描系统的方位角误差和俯仰角误差小于8″,调向角误差小于9″,调向误差小于10″,能够满足多光谱集成靶标光轴调向精度要求。     

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.     

大视场多CCD拼接相机标定方法研究

介绍了一种多CCD拼接弹道相机的标定方法和步骤,以及标定系统的原理及组成。对相机的光学畸变和大视场拼接物像几何投影关系进行了分析,建立了相机数学模型,并采用最小二乘多元回归分析方法,通过测量相机的内方位元素计算畸变系数,确定了最佳条件下相机数学模型中的各个参数。实验表明利用该方法标定出相机精度方位角测角误差小于10″,高低角测角误差小于15″。     

基于正弦波磁光调制的方位失调角精确测量方法

针对传统基于正弦波磁光调制的方位失调角测量系统存在测量精度不高的问题,提出了一种新的系统方位失调角测量模型以提高系统测量精度。通过分析传统的基于正弦波磁光调制的方位失调角测量原理发现,由于采用省略高阶项的贝塞尔函数展开式表示磁光调制后的信号,引入了信号截断误差和方法误差,影响了系统测量精度。在分析基础上推导建立了一种基于纯三角函数表示的无理论误差的方位失调角测量新模型并进行了仿真。仿真结果表明,利用推导建立的失调角测量新模型,系统测量精度明显高于传统方法,这对重新理解基于正弦波磁光调制的方位失调角测量系统原理、提高系统测量精度具有一定的参考意义。     

多目标探测的摆镜动态角位置测量方法

为进一步提高CCD图像测角的摆角测量精度,提出一种基于多目标探测的摆镜动态角度测量方法。该方法采用多条等宽的平行狭缝作为CCD探测目标,首先利用灰度质心算法得到各狭缝的质心位置,进而将各狭缝的质心位置进行平均运算,得到摆镜的动态角位置。模型表明当使用m条等宽狭缝目标进行测量时,其动态测量误差方差为单目标方法的1／m。实验结果证明,该方法可以有效地提高摆镜动态角位置测量精度。     

基于点自动对焦传感器的菲涅耳微结构超精密在位测量

由于菲涅耳结构存在较大倾角且离线测量会引入原点误差，为实现菲涅耳微结构的超精密在位测量，构建了基于点自动对焦传感器的在位测量系统，并研究开发了配套的位置标定与温度补偿算法。首先，对于测量结果的核心影响因素——温度进行相关性分析，并通过高斯过程对其进行补偿，使得测头测量误差下降至未补偿前的39%；其次，为保证测头扫描路径通过所测微结构中心，以避免曲面重构过程中引入对齐误差，在测量前利用标准球面对测头的位姿进行预标定；最后，利用该套设备对菲涅耳微结构进行测量并分析了测量结果。实验结果表明，所组建的系统相比基于光谱共聚焦的在位测量系统能够更有效地评估菲涅耳结构形貌，相比离线白光干涉测量系统可获得更精准的结果。     

一种高精度测量坦克炮塔动态转角的方法

坦克炮塔相对底盘转角的测量精度直接决定了稳瞄系统与惯导系统的精度。目前,国内的主战坦克所配备的坦克炮塔,其相对底盘的转角测量装置的测量精度低,仅解决坦克车体的转向问题。针对稳瞄系统与惯导系统对坦克炮塔相对底盘转角的精度要求问题,提出了一种由光电定位系统、机械传动系统和旋转变压器组成的动态高精度测角装置,介绍了其工作原理和工作过程,对该测角装置进行光电自准直标定并对误差进行理论分析,最后通过上车实验证明该测角系统能够满足实际需求。实践证明:该测量系统能够在通电瞬间确认位置,具有绝对零位记忆功能,其测角精度为42。     

样品校准法在单波长椭偏仪中的应用

椭偏仪是薄膜测量的重要工具。从模拟和实验两方面,描述一种新颖的单波长椭偏仪的校准方法。该方法的基本思路是:如果被测样品的相关信息(折射率n,吸收系数k,厚度d)已知,则可以通过测量光强变化的傅里叶系数,采用最小二乘法原理反演出此时椭偏系统的信息(即校准参数,包括起偏器方位角P,检偏器方位角A,波片起始旋转角Cs,波片位相延迟δ,系统入射角θ0)。利用校准得到的系统参数和测量未知样品得到的光强傅里叶系数,求得未知样品的厚度。该方法具有操作简单、节约成本等优点。分别针对2～6个样品尝试了校准,对该校准方法做了模拟分析。将该方法用于实际测量,考证校准后的测量效果,并做了误差分析,最大误差为0.26nm。     

光电经纬仪测角精度分析

测角精度是影响光电经纬仪定位功能的重要因素。为了进一步提高光电经纬仪的测角精度,对测角误差进行详细分析是必要的。从光电经纬仪的总体设计出发,找出了影响测量数据获取、转换、合成中的各项误差源,并详细分析了它们的大小和性质。通过分析光电经纬仪工作原理及结构找出了主要误差源。对机架系统的误差、测角单元误差、电气系统误差、脱靶量误差、大气折射修正误差等主要误差源进行分析计算,并对各单元进行了误差分配。最后,计算了光电经纬仪投影测角精度的均方根值。分析计算结果显示:通过精心设计、加工、检测,修正可使一部分误差减小甚至忽略,但机架系统的误差、测角单元误差、脱靶量误差对测角精度的影响仍很显著;在当前工艺水平下,光电经纬仪事后空间指向精度可以达到2。