基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法

2023-12-02 15:40:31 1

基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，包括以下步驟：（1）雷射陀螺與被檢轉臺二者軸線基本平行，脈衝記錄裝置定時記錄雷射陀螺輸出脈衝增量；（2）轉臺由零位正轉整數周、靜止、反轉相同整數周回到零位靜止，截取所記錄數據中分別包含了正轉、反轉過程的2段長度相等的數據，各自累加得到、；（3）轉臺由零位正轉到待測角度、靜止、反轉回到零位靜止，截取分別包含了正轉、反轉過程的2段長度相等的數據，各自累加得到、；（4）根據步驟（2）、（3）結果得到待測角度處的分度誤差。本發明方法具有可檢測轉臺任意角位置、檢測精度高、系統組成操作簡單、適用範圍廣等優點。
【專利說明】基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種轉臺分度誤差的檢測方法，特別涉及一種採用雷射陀螺對轉臺分 度誤差進行檢測的方法。

【背景技術】
[0002] 精密轉臺是航空、航天、航海、計量等領域不可缺少的重要設備，常用作慣性系統 或慣性儀表等精密儀器的性能測試、誤差標定、仿真研究和工作平臺，其分度精度直接影響 系統或儀表的精度。在工業生產中，轉臺或迴轉軸是多軸數控工具機不可或缺的關鍵性部件， 對工具機加工精度影響巨大。因此，轉臺角位置精度測量是精密轉臺研製、生產和使用中一項 必不可少的工作。同時，對於一些絕對角位置精度較低而重複性較高的轉臺（例如，內部集 成了角度編碼器、軸承的一體化電機與工作檯面構成的低成本轉臺），通過分度誤差檢測和 誤差補償的方法可以有效地提高轉臺的精度，以較低的成本達到較高的精度要求。
[0003] 對轉臺角位置檢測精度要求較高時，通常採用光電自準直儀（或雷射幹涉儀）與 多面稜體配合，光電自準直儀（或雷射幹涉儀）與反射鏡、多齒分度臺配合進行檢測。這些 方法往往存在系統複雜、安裝調整困難、對測試環境要求較高等缺點，且只能標校由多面稜 體或多齒分度臺確定的固定角度。
[0004] 因此，尋找可對轉臺任意角位置進行檢測、檢測精度高、操作簡單、適用範圍廣的 轉臺分度誤差檢測方法是本領域技術人員極為關注的技術問題。


【發明內容】

[0005] 本發明的目的是：克服現有技術的不足，提供一種可檢測轉臺任意角位置、檢測精 度高、操作簡單、適用範圍廣的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法。
[0006] 為實現本發明而採用的技術解決方案是：一種基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測 方法，包括下述步驟：
[0007] (1)將雷射陀螺安裝到被檢轉臺上，使雷射陀螺敏感軸與轉臺迴轉軸線基本平行， 雷射陀螺工作，每1/N S秒記錄一次雷射陀螺輸出脈衝增量；
[0008] (2)轉臺由零位正向轉動M整周，截取所記錄數據中的連續K點數據並累加得到該 段數據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數N tl+,截取的K點數據包含轉臺正轉期間和正 轉前、後各K2、K1、K3點數據；
[0009] 轉臺反向轉動M整周回到零位，截取所記錄數據中的連續K點數據並累加得到該 段數據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數N ch，截取的K點數據包含轉臺反轉期間和反 轉前、後各Κ5、Κ4、Κ6點數據；
[0010] 其中Kl?Κ6、K取值滿足：截取的K點數據的起始點與結束點均對應轉臺靜止狀 態；Κ1+Κ2+Κ3 = Κ4+Κ5+Κ6 = K ;
[0011] (3)轉臺由零位正向轉動到待測角度Θ i，截取所記錄數據中的連續Κ'點數據並 累加得到該段數據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數Ni+，截取的Γ點數據包含轉臺 正轉期間和正轉前、後各Κ2'、ΚΓ、Κ3'點數據；
[0012] 轉臺反向轉動角度Θ i回到零位，截取所記錄數據中的連續Γ點數據並累加得到 該段數據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數，截取的Γ點數據包含轉臺反轉期間 和反轉前、後各K5'、K4'、K6'點數據；
[0013] 其中ΚΓ?Κ6'、Κ'取值滿足：截取的Κ'點數據的起始點與結束點均對應轉臺靜 止狀態；ΚΓ +Κ2' +Κ3' = Κ4' +Κ5' +Κ6' = Κ' ；
[0014] (4)根據下式計算被檢轉臺角位置Θ i處的分度誤差為：
[0015] Λ Θ i = 360 · M · (Np-Ni-) (Ν0+-Ν0_) - Θ i (。）。
[0016] 本發明還可以包括步驟（5):改變待測角度Θ i，重複步驟（3)?（4)，直至轉臺所 有待測角度檢測完畢。
[0017] 作為進一步的改進，雷射陀螺敏感軸與轉臺迴轉軸線二者夾角小於1°。
[0018] 本發明可以採用脈衝記錄裝置記錄雷射陀螺輸出脈衝增量，被檢轉臺工作於角位 置模式。
[0019] 在上述方法中，轉臺由零位正向轉動到某個待測角度以及由該位置反向回到零位 的時間相等或接近。
[0020] 作為優選，轉臺角速率為10?100° /s。優選採用零偏穩定性優於0. or /h的 雷射陀螺。優選Ns為1?10的整數，M為> 1的整數。
[0021] 作為優選，取值上使Kl和K6相接近，K3和K4相接近，ΚΓ和K6'相接近，K3'和 K4'相接近。
[0022] 本發明的優點在於：
[0023] (1)原理簡單，檢測精度高；
[0024] (2)檢測系統組成簡單，雷射陀螺安裝到轉臺臺面時基本無需進行調整；
[0025] (3)可對轉臺任意角位置進行檢測；
[0026] (4)檢測時轉臺臺面可傾斜成實際工作狀態，不需要處於水平或垂直位置；
[0027] (5)適用範圍廣，採用本發明進行轉臺分度誤差檢測時，只要求被檢轉臺基座處於 靜止狀態，因而不僅可用於實驗室環境下轉臺的檢測，也可用於外場和生產現場條件下轉 臺的檢測。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028] 圖1為本發明的檢測裝置示意圖；
[0029] 圖2為本發明的雷射陀螺輸入角速度示意圖；
[0030] 圖3為本發明的雷射陀螺輸出脈衝增量記錄數據示意圖。

【具體實施方式】
[0031] 以下結合附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。
[0032] 如圖1所示，將雷射陀螺1安裝到被檢轉臺2檯面上，雷射陀螺敏感軸b與轉臺回 轉軸線a基本平行，二者夾角Y小於Γ。通常，由轉臺臺面平整度和雷射陀螺安裝面加工 精度即可保證Y遠小於Γ，因而安裝時一般無需進行調整。雷射陀螺無需安裝在轉臺臺 面中心，但推薦安裝在臺面中心附近以減少因負載引起的轉臺形變。對於本發明所述雷射 陀螺1，優選零偏穩定性優於0. or /h的雷射陀螺以提高轉臺分度誤差檢測精度。脈衝記 錄裝置3與雷射陀螺1之間的電氣連接4可通過轉臺滑環轉接，也可直接相連。
[0033] 雷射陀螺工作，預熱30分鐘，脈衝記錄裝置3每1/NS秒記錄一次雷射陀螺輸出脈 衝增量，即每秒記錄Ns點數據。Ns為大於等於1的整數，可優選為1?10。
[0034] 被檢轉臺上電，工作於角位置模式，並置零位。對於本發明，在轉臺由零位正向轉 動到某個待測角度過程中所設置的角速率、角加速率等參數與轉臺由待測位置反向回到零 位所設置的參數相同，以保證正反轉的時間接近。但對於不同的待測角度，轉臺角速率設定 值既可以保持不變，也可以根據待測角度大小相應變化。推薦轉臺角速率為10?100° / S，且在大轉動角度時採用較高的角速率，以減少總的測試時間以及雷射陀螺漂移的影響。
[0035] 如圖2所示，雷射陀螺輸入角速度包括轉臺轉動角速度ω和地球自轉角速度 Ω。其中地球自轉角速度Ω可分解為平行和垂直於轉臺迴轉軸線a的分量Ωρ Ω2，且

【權利要求】
1. 一種基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，包括下述步驟： (1) 將雷射陀螺安裝到被檢轉臺上，使雷射陀螺敏感軸與轉臺迴轉軸線基本平行，雷射 陀螺工作，每1/凡秒記錄一次雷射陀螺輸出脈衝增量； (2) 轉臺由零位正向轉動M整周，截取所記錄數據中的連續K點數據並累加得到該段 數據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數Ntl+,截取的K點數據包含轉臺正轉期間和正轉 前、後各K2、K1、K3點數據； 轉臺反向轉動M整周回到零位，截取所記錄數據中的連續K點數據並累加得到該段數 據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數Nch，截取的K點數據包含轉臺反轉期間和反轉 前、後各K5、K4、K6點數據； 其中Kl?K6、K取值滿足：截取的K點數據的起始點與結束點均對應轉臺靜止狀態； K1+K2+K3 = K4+K5+K6 = K ； (3) 轉臺由零位正向轉動到待測角度Qi,截取所記錄數據中的連續K'點數據並累加 得到該段數據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數N i+，截取的K'點數據包含轉臺正轉 期間和正轉前、後各K2'、K1'、K3'點數據； 轉臺反向轉動角度e i回到零位，截取所記錄數據中的連續K'點數據並累加得到該段 數據所屬時間間隔內雷射陀螺總輸出脈衝數，截取的K'點數據包含轉臺反轉期間和反 轉前、後各K5'、K4'、K6'點數據； 其中K1'?K6'、K'取值滿足：截取的K'點數據的起始點與結束點均對應轉臺靜止狀 態；Kl，+K2, +K3, = K4, +K5, +K6, = K，； (4) 根據下式計算被檢轉臺角位置e,處的分度誤差為： A 0 i = 360 ? M ? (H) AN0+-N0_) - 0 !(。）。
2. 根據權利要求1所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於還包括 步驟（5):改變待測角度Qi,重複步驟（3)?（4)，直至轉臺所有待測角度檢測完畢。
3. 根據權利要求1或2所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於激 光陀螺敏感軸與轉臺迴轉軸線二者夾角小於r。
4. 根據權利要求1所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於採用脈 衝記錄裝置記錄雷射陀螺輸出脈衝增量，被檢轉臺工作於角位置模式。
5. 根據權利要求1或4所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於轉 臺由零位正向轉動到某個待測角度以及由該位置反向回到零位的時間相等或接近。
6. 根據權利要求5所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於轉臺角 速率為10?100° /s。
7. 根據權利要求1所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於採用零 偏穩定性優於〇. 〇l° A的雷射陀螺。
8. 根據權利要求1、2或4所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於 Ns為1?10的整數，M為> 1的整數。
9. 根據權利要求1、2或4所述的基於雷射陀螺的轉臺分度誤差檢測方法，其特徵在於 取值上使Kl和K6相接近，K3和K4相接近，K1'和K6'相接近，K3'和K4'相接近。
【文檔編號】G01C25/00GK104316081SQ201410552578
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】謝元平, 龍興武, 羅暉, 金世龍, 胡紹民, 於旭東, 魏國, 張鵬飛, 李耿 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學