專利名稱：轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)法及檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)所用激光干涉檢測(cè)方法及檢測(cè)系統(tǒng)，該技術(shù)屬于慣性技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備的檢測(cè)和校準(zhǔn)領(lǐng)域，可廣泛應(yīng)用于單軸、雙軸和三軸動(dòng)態(tài)試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的檢測(cè)和校準(zhǔn)。
背景技術(shù)：
試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)工作在角振動(dòng)狀態(tài)時(shí)，由于其角位移一時(shí)間是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的曲線，捕捉和測(cè)量這一變化需要高采樣率和高精度的傳感器或儀器。目前不論在國(guó)內(nèi)還是在國(guó)外的慣性技術(shù)測(cè)試領(lǐng)域，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)相關(guān)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的檢測(cè)都是一個(gè)難點(diǎn)，因此還沒(méi)有統(tǒng)一的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和方法，而且各轉(zhuǎn)臺(tái)研制單位現(xiàn)行使用的轉(zhuǎn)臺(tái)自檢測(cè)的方法均不能滿足量值傳遞和溯源的要求。在慣性技術(shù)試驗(yàn)設(shè)備中，試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的角振動(dòng)(擺動(dòng))功能是轉(zhuǎn)臺(tái)最重要的動(dòng)態(tài)測(cè)試功能，因此，對(duì)角振動(dòng)指標(biāo)的檢測(cè)是衡量轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)性能的重要依據(jù)。試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的主要?jiǎng)討B(tài)指標(biāo)(以最常用的正弦振動(dòng)為例)峰值角加速度誤差、振動(dòng)頻率誤差、振動(dòng)幅度誤差、振動(dòng)波形失真度、振動(dòng)中心穩(wěn)定性。通常的慣性技術(shù)試驗(yàn)轉(zhuǎn)臺(tái)在檢測(cè)其峰值角加速度誤差、振動(dòng)幅度誤差、振動(dòng)中心穩(wěn)定性、最大振幅等時(shí)，都是利用轉(zhuǎn)臺(tái)自身的感應(yīng)同步器(或圓光柵)做測(cè)角元件，以在單位時(shí)間所采集的角位置變化信號(hào)為依據(jù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計(jì)算和實(shí)時(shí)處理，評(píng)價(jià)出轉(zhuǎn)臺(tái)峰值角加速度誤差、振動(dòng)頻率誤差、振動(dòng)幅度誤差等。該方法采樣點(diǎn)數(shù)見(jiàn)表1、采樣周期見(jiàn)表2。
表1正弦周期內(nèi)的釆樣點(diǎn)數(shù)表2采樣周期數(shù)表
頻率范圍 (Hz)采樣點(diǎn)數(shù) P (個(gè))0. 1 1彡4001. 1 3彡3003. 1 5彡200^5. 1>100
頻率范圍 (Hz)釆樣周期數(shù) η (個(gè))0. 1 0. 5彡30. 6 1彡5^l. 1彡10 該方法由于是采用轉(zhuǎn)臺(tái)自有的感應(yīng)同步器(或圓光柵)做測(cè)角元件，因此不具有可溯源性。另外，由于目前主流轉(zhuǎn)臺(tái)的角位置精度都在士3. 6"左右，如果轉(zhuǎn)臺(tái)工作在上百赫茲的振動(dòng)頻率(例如100 200Hz)，因受最大角加速度限制，此時(shí)的振動(dòng)角度幅值非常小，如果轉(zhuǎn)臺(tái)的振幅誤差、角加速度誤差指標(biāo)為士2%左右，此時(shí)士3. 6"的角位置精度是不能滿足量值傳遞對(duì)標(biāo)準(zhǔn)器不確定度1/3(軍品要求1/4 1/10)要求的。椐了解國(guó)內(nèi)、外現(xiàn)行轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的檢測(cè)方法基本都與此相似或相同。由于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)臺(tái)自檢方法不符合量值傳遞及溯源的要求，因此，需使用被測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)以外能夠滿足量值傳遞要求，并且可溯源的高精度標(biāo)準(zhǔn)器對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，但被選標(biāo)準(zhǔn)儀器需具備三個(gè)最基本條件一是要滿足在所測(cè)量程范圍內(nèi)的高精度動(dòng)態(tài)測(cè)角功能；二是采樣頻率必須滿足最新型動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)臺(tái)(高頻角振動(dòng)臺(tái))高頻、寬帶的動(dòng)態(tài)測(cè)試要求； 三是要具備一定的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)法及檢測(cè)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有轉(zhuǎn)臺(tái)相關(guān)動(dòng)態(tài)指標(biāo)檢測(cè)的難題。轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)法，其在激光器和角度反射鏡之間的光路中放置角度干涉鏡，激光束被角度干涉鏡中的分光鏡一分為二，一部分光束直接通過(guò)干涉鏡，并從具有角度擺動(dòng)的角度反射鏡的一半反射回激光器，另一條光束通過(guò)角度干涉鏡的角度分光鏡，傳到角度反射鏡的另一半，角度反射鏡使光束通過(guò)干涉鏡返回到激光器，兩條測(cè)量光束之間形成光程差；光程差的變化由激光器中的光柵計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理轉(zhuǎn)換成角度測(cè)量值或者角度誤差。轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)系統(tǒng)，其包括提供光源的激光干涉儀，和具有角度擺動(dòng)的角度反射鏡，且在激光干涉儀和角度反射鏡之間的光路中放置角度干涉鏡，激光干涉儀上連接有計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)將測(cè)量光束之間形成光程差處理轉(zhuǎn)換成角度測(cè)量值或者角
度誤差。本發(fā)明一種用于轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)檢測(cè)的激光干涉檢測(cè)法和檢測(cè)系統(tǒng)，使用主要用于檢測(cè)數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的激光干涉儀及干涉鏡和角度鏡，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)踐證明，該方法檢測(cè)精度高、檢測(cè)的采樣率高、完全能夠符合量值傳遞要求，并且可溯源至國(guó)家基準(zhǔn)。本發(fā)明就是使用主要用于檢測(cè)數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的激光干涉儀， 對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明有益效果使用激光干涉法和檢測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，完全解決了轉(zhuǎn)臺(tái)以往使用自檢程序時(shí)存在的量值傳遞和溯源不符合要求的關(guān)鍵問(wèn)題，特別是由于激光干涉儀高采樣率的特性，使得最新型的高頻角振動(dòng)臺(tái)(高達(dá)IOOHz 200Hz振動(dòng)頻率)不能檢測(cè)的問(wèn)題得到解決。另外，激光干涉儀在動(dòng)態(tài)檢測(cè)時(shí)的采樣率很高，最高達(dá)到了 5KHz(XL_80干涉儀可達(dá)50KHz)，采樣點(diǎn)多、密集。例如當(dāng)采樣速率為5KHz，采樣時(shí)間為40. 957S時(shí)，采樣點(diǎn)高達(dá) 204788個(gè)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于表1的要求，并且采樣率可從IOHz 5KHz分段設(shè)置，采樣時(shí)間也可設(shè)置(采樣率高時(shí)最大采樣時(shí)間縮短，反之延長(zhǎng))。


圖1為本發(fā)明原理示意圖。圖2外圍1.5° /20Hz位移-時(shí)間測(cè)量圖。圖3為1.5° /20Hz角振動(dòng)的加速度-時(shí)間測(cè)量圖，橫軸為時(shí)間，豎軸為角加速度。圖4為15° /2Hz角振動(dòng)的位移-時(shí)間測(cè)量圖。
圖5為5° /IHz時(shí)QuickView軟件分析圖。
具體實(shí)施例方式轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)法，其采用激光干涉的原理對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)在角度擺動(dòng)或角振動(dòng)時(shí)的角度位置連續(xù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的采集和測(cè)量；在激光器和角度反射鏡之間的光路中放置角度干涉鏡，激光束被角度干涉鏡中的分光鏡一分為二，一部分光束直接通過(guò)干涉鏡，并從具有角度擺動(dòng)的角度反射鏡的一半反射回激光器，另一條光束通過(guò)角度干涉鏡的角度分光鏡，傳到角度反射鏡的另一半，角度反射鏡使光束通過(guò)干涉鏡返回到激光器，兩條測(cè)量光束之間形成光程差；光程差的變化由激光器中的光柵計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理轉(zhuǎn)換成角度動(dòng)態(tài)測(cè)量值或者動(dòng)態(tài)角度誤差。如圖1所示的轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)系統(tǒng)，其包括提供光源的激光干涉儀，和具有角度擺動(dòng)的角度反射鏡；在激光干涉儀和角度反射鏡之間的光路中放置角度干涉鏡，激光干涉儀上連接有計(jì)算機(jī)，且該計(jì)算機(jī)將測(cè)量光束之間形成的光程差變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集和計(jì)數(shù)，再處理轉(zhuǎn)換成角度動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量值或者動(dòng)態(tài)角度誤差。1.激光干涉儀小角度測(cè)量指標(biāo)分析激光干涉儀是用于數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、測(cè)長(zhǎng)機(jī)等進(jìn)行線性誤差檢測(cè)和補(bǔ)償?shù)淖钪匾O(shè)備，其小角度功能通常是在自動(dòng)控制多齒臺(tái)配合下用于檢測(cè)數(shù)控機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)分度精度的，經(jīng)過(guò)分析和實(shí)踐，在同時(shí)使用小角度測(cè)量和動(dòng)態(tài)測(cè)量時(shí)能夠滿足轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)檢測(cè)。下面以英國(guó)雷尼紹MLlO Gold激光干涉儀檢測(cè)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)為例加以說(shuō)明。MLlO Gold小角度測(cè)量時(shí)的指標(biāo)如下小角度測(cè)量精度士0.6%士0.5士0. lMym/m(Μ為光學(xué)鏡移動(dòng)距離，單位米)小角度測(cè)量分辨率0. 01 “小角度測(cè)量范圍士 10°動(dòng)態(tài)采集速率IOHz 5KHz可設(shè)置。動(dòng)態(tài)測(cè)量需使用的功能包括角度測(cè)量、角度測(cè)量動(dòng)態(tài)分析功能(軟件)、角度測(cè)量快速傅立葉分析(軟件)等。表3.使用QuickView軟件時(shí)的角度測(cè)量精度
權(quán)利要求
1.轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)法，其特征是采用激光干涉的原理對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)在角度擺動(dòng)或角振動(dòng)時(shí)的角度位置連續(xù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的采集和測(cè)量；在激光器和角度反射鏡之間的光路中放置角度干涉鏡，激光束被角度干涉鏡中的分光鏡一分為二，一部分光束直接通過(guò)干涉鏡，并從具有角度擺動(dòng)的角度反射鏡的一半反射回激光器，另一條光束通過(guò)角度干涉鏡的角度分光鏡，傳到角度反射鏡的另一半，角度反射鏡使光束通過(guò)干涉鏡返回到激光器，兩條測(cè)量光束之間形成光程差；光程差的變化由激光器中的光柵計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理轉(zhuǎn)換成角度動(dòng)態(tài)測(cè)量值或者動(dòng)態(tài)角度誤差。
2.轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是包括提供光源的激光干涉儀，和具有角度擺動(dòng)的角度反射鏡；在激光干涉儀和角度反射鏡之間的光路中放置角度干涉鏡，激光干涉儀上連接有計(jì)算機(jī)，且該計(jì)算機(jī)將測(cè)量光束之間形成的光程差變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)采集和計(jì)數(shù)，再處理轉(zhuǎn)換成角度動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)量值或者動(dòng)態(tài)角度誤差。
全文摘要
轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的激光干涉檢測(cè)法，其采用激光干涉的原理對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)在角度擺動(dòng)或角振動(dòng)時(shí)的角度位置連續(xù)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的采集和測(cè)量；在激光器和角度反射鏡之間的光路中放置角度干涉鏡，激光束被角度干涉鏡中的分光鏡一分為二，一部分光束直接通過(guò)干涉鏡，并從具有角度擺動(dòng)的角度反射鏡的一半反射回激光器，另一條光束通過(guò)角度干涉鏡的角度分光鏡，傳到角度反射鏡的另一半，角度反射鏡使光束通過(guò)干涉鏡返回到激光器，兩條測(cè)量光束之間形成光程差；光程差的變化由激光器中的光柵計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，再經(jīng)計(jì)算機(jī)處理轉(zhuǎn)換成角度動(dòng)態(tài)測(cè)量值或者動(dòng)態(tài)角度誤差。本發(fā)明檢測(cè)精度高、檢測(cè)的采樣率高、完全能夠符合量值傳遞要求，并且可溯源至國(guó)家基準(zhǔn)。本發(fā)明就是使用主要用于檢測(cè)數(shù)控機(jī)床和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的激光干涉儀，對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01B11/26GK102192716SQ20101058200
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月8日
發(fā)明者劉成林 申請(qǐng)人:陜西寶成航空儀表有限責(zé)任公司