本發(fā)明涉及一種高精度轉(zhuǎn)臺的低速速率精度檢測方法，屬于測試技術(shù)領(lǐng)域。主要完成對測試轉(zhuǎn)臺低速角速率信息的檢測。

背景技術(shù)：

測試轉(zhuǎn)臺是慣性產(chǎn)品研發(fā)、測試、出廠評定及標定的主要設(shè)備，轉(zhuǎn)臺的位置及速率精度是影響標定的主要因素，尤其對于速率轉(zhuǎn)臺，其速率特性非常重要，需要在轉(zhuǎn)臺設(shè)備出廠前完成技術(shù)指標的檢測。對于轉(zhuǎn)速較高的情況(ω≥10°/s)通常利用光電計數(shù)器等方式檢測，而對于低速(ω＜10°/s)的情況，只能借助其他檢測設(shè)備和方法。

目前國內(nèi)對測試轉(zhuǎn)臺的高精度低速速率檢測方法研究相對較少，傳統(tǒng)的外接編碼器和內(nèi)部編碼器檢測方法無論是在精度方面和自動化程度上都已經(jīng)無法滿足科研生產(chǎn)要求。國軍標對上述指標的檢測所使用的檢測方法對于高精度的低速速率精度檢測存在一定困難。因此，需要研制具有操作簡單、自動化測量、抗干擾能力強、檢測精度高等優(yōu)點的檢測設(shè)備和方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高精度轉(zhuǎn)臺的低速速率精度檢測方法，解決了無法對轉(zhuǎn)臺高精度低速率進行有效檢測的難題，具有操作簡單、自動化測量、抗干擾能力強、檢測精度高等優(yōu)點。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種高精度轉(zhuǎn)臺的低速速率精度檢測方法，包括如下步驟：

步驟一、開啟檢測系統(tǒng)中雙頻激光發(fā)生器、光電接收器、數(shù)字相位卡，記錄轉(zhuǎn)臺位置θ0，將數(shù)字相位卡顯示的測量結(jié)果清零；

步驟二、令轉(zhuǎn)臺以設(shè)定的固定角度位移δ1進行運動，記錄第i次轉(zhuǎn)臺運動后的角位置θi及角位置θi對應(yīng)的數(shù)字相位卡的測量值將相鄰的兩個測量值做差，將差值中最大差值對應(yīng)的兩個轉(zhuǎn)臺角位置中的任意一個設(shè)為正弦零位粗基準θk；θi＝θ0+i×δ1，其中，i為轉(zhuǎn)臺運動次數(shù)，i＝1,2,3,...,k,k+1,k+2,....，k為正整數(shù)；

步驟三、令轉(zhuǎn)臺在正弦零位粗基準θk±固定角度位移δ1的范圍內(nèi)，從角位置θk-δ1開始，以設(shè)定的固定角度位移δ2向角位置θk+δ1進行運動，記錄第j次運動后轉(zhuǎn)臺所在角位置θk-δ1+j×δ2及對應(yīng)的數(shù)字相位卡的測量值為當轉(zhuǎn)臺運動至角位置θk-δ1+j×δ2處時，令轉(zhuǎn)臺以角位置θk-δ1+j×δ2為中心，正向、反向運動相同角度φ，并分別記錄轉(zhuǎn)臺在正向、反向運動后數(shù)字相位卡的測量值并做差；記錄差值中最大差值對應(yīng)的轉(zhuǎn)臺角位置θk-δ1+m×δ2，作為正弦零位精基準，j＝1,2,3,...,m,m+1,m+2,....，m為正整數(shù)；

步驟四、計算正弦臂臂長其中，為正弦零位精基準對應(yīng)的數(shù)字相位卡測量值，為轉(zhuǎn)臺在角位置處向正向運動角度φ后的數(shù)字相位卡測量值；

步驟五、令轉(zhuǎn)臺進行低速角速率運行，記錄時間點tξ及時間點tξ對應(yīng)的數(shù)字相位卡測量值ξ為正整數(shù)；

步驟六、將中最小值對應(yīng)的數(shù)字相位卡測量值作為正弦零位基準測量值；計算轉(zhuǎn)臺的角速率ω，公式如下：

其中，為步驟五中記錄的數(shù)字相位卡測量值中的任意一個，tz為測量值對應(yīng)的時間點；ta為測量值對應(yīng)的時間點。

所述設(shè)定的固定角度位移δ1的取值范圍為0.1°～1°。

所述相同角度φ的取值范圍為4°～6°。

所述n為細化倍數(shù)，為正整數(shù)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明采用雙頻激光干涉方案，抗干擾能力強，檢測精度高，解決了無法對轉(zhuǎn)臺高精度低速率進行有效檢測的技術(shù)難題。雙頻激光干涉儀所測量的信息是加載在一個固定頻率差上的，是交流信號，具有很大的增益和高信噪比，克服了單頻激光干涉儀的直流電平漂移的缺點；傳統(tǒng)測量轉(zhuǎn)臺的角速率的方法是內(nèi)外接角度編碼器等方法，要想滿足萬分之一的相對精度，光電編碼器的絕對精度要到0.12＂，目前技術(shù)是達不到的，而是用該光學測量方法解決了這一難題。

(2)本發(fā)明使用粗尋正弦零位基準的尋找方法，高效可行地尋找到正弦零位基準。為了快速尋找到正弦零位基準，先使用粗尋正弦零位基準的尋找方法，利用正弦函數(shù)斜率的非線性找到正弦零位基準。找到更精確的正弦零位基準，才能保證反正弦解算出的角速率的高精度。

(3)本發(fā)明使用精尋正弦零位基準的尋找方法，準確可行地尋找到正弦零位基準。由于系統(tǒng)測量分辨率的原因，找到更精確的零位基準，粗基準的方法已經(jīng)失效了，使用精尋正弦零位基準的尋找方法，代入了更多非線性量，尋正弦零位基準精度得以提高。

(4)本發(fā)明使用正弦臂標定方法，減少環(huán)境溫度的變化對正弦臂臂長的影響，同時，減少安裝時正弦臂不平行于臺面對臂長精度的影響。

(5)本發(fā)明使用角速率反正弦解算的方法，提高了對低速角速率檢測的精度。若使用角度近似的數(shù)值處理方式，在5°范圍內(nèi)測量，相對精度只能保證千分之五，而反正弦解算在數(shù)值處理上可以幾乎不引入誤差。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的流程框圖；

圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理簡圖。

具體實施方式

如圖2所示，檢測系統(tǒng)包括雙頻激光發(fā)生器1、光電接收器2、偏振分光鏡3、反射鏡4、角錐棱鏡5、正弦臂6、數(shù)字相位卡7；

雙頻激光光源發(fā)生器1產(chǎn)生頻率分別為f1和f2的雙頻正交線偏振光，一部分雙頻正交線偏振光通過光學元器件和光電轉(zhuǎn)換裝置獲得頻率為f1-f2的基準信號并發(fā)送至數(shù)字相位卡7，一部分雙頻正交線偏振光射向偏振分光鏡3；

偏振分光鏡3將雙頻正交線偏振光分開，分別通過兩組反射鏡4反射后平行射出至角錐棱鏡5；偏振分光鏡3接收反射鏡4反射回來的雙頻正交偏振光，匯聚后射向光電接收器2；

角錐棱鏡5分別安裝在正弦臂6兩端；角錐棱鏡5將經(jīng)過反射鏡4反射的雙頻正交偏振光反射至反射鏡4，并通過反射鏡4反射至偏振分光鏡3；正弦臂6安裝在轉(zhuǎn)臺8上，以正弦臂6中心為轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動；

光電接收器2通過光學元器件和光電轉(zhuǎn)換裝置將偏振分光鏡3發(fā)送的雙頻正交偏振光進行干涉，得到頻率為(f1-f2)+δf1+δf2的測量信號；其中，δf1表示頻率為f1的偏振光經(jīng)過角錐棱鏡5后的頻率變換量，δf2表示頻率為f2的偏振光經(jīng)過角錐棱鏡5后的頻率變換量；

數(shù)字相位卡7將通過雙頻激光發(fā)生器1獲得的頻率為f1-f2的基準信號與光電接收器2發(fā)送的頻率為(f1-f2)+δf1+δf2的測量信號進行作差、積分得到周期數(shù)n，根據(jù)周期數(shù)n獲得轉(zhuǎn)臺8的轉(zhuǎn)動角度α。

角錐棱鏡5關(guān)于正弦臂6的中心對稱。

轉(zhuǎn)動角度α的計算公式如下：

其中，l為測試轉(zhuǎn)臺6轉(zhuǎn)動α角度時，一個角錐棱鏡7沿光路移動的距離，λ為雙頻正交線偏振光的近似波長，d為正弦臂6臂長。

如圖1所示，一種基于雙頻激光干涉儀的高精度轉(zhuǎn)臺的低速速率精度檢測方法，包括如下步驟：

步驟一、開啟檢測系統(tǒng)中雙頻激光發(fā)生器1、光電接收器2、數(shù)字相位卡7，記錄轉(zhuǎn)臺位置θ0，將數(shù)字相位卡7顯示的測量結(jié)果清零；

步驟二、令轉(zhuǎn)臺8以設(shè)定的固定角度位移δ1進行運動，記錄第i次轉(zhuǎn)臺8運動后的角位置θi及角位置θi對應(yīng)的數(shù)字相位卡7的測量值通過測量原理公式可得的計算公式，如下式所示；將相鄰的兩個測量值做差，將差值中最大差值對應(yīng)的兩個轉(zhuǎn)臺角位置中的任意一個設(shè)為正弦零位粗基準θk；θi＝θ0+i×δ1，其中，i為轉(zhuǎn)臺運動次數(shù)，i＝1,2,3,...,k,k+1,k+2,....，k為正整數(shù)；

式中λ為雙頻激光平均波長，為轉(zhuǎn)臺位置為θi時數(shù)字相位卡采集的周期數(shù)。

步驟三、令轉(zhuǎn)臺8在正弦零位粗基準θk±固定角度位移δ1的范圍內(nèi)，從角位置θk-δ1開始，以設(shè)定的固定角度位移δ2向角位置θk+δ1進行運動，記錄第j次運動后轉(zhuǎn)臺8所在角位置θk-δ1+j×δ2及對應(yīng)的數(shù)字相位卡7的測量值為當轉(zhuǎn)臺運動至角位置θk-δ1+j×δ2處時，令轉(zhuǎn)臺8以角位置θk-δ1+j×δ2為中心，正向、反向運動相同角度φ，并分別記錄轉(zhuǎn)臺8在正向、反向運動后數(shù)字相位卡7的測量值并做差；記錄差值中最大差值對應(yīng)的轉(zhuǎn)臺角位置θk-δ1+m×δ2，作為正弦零位精基準，j＝1,2,3,...,m,m+1,m+2,....，m為正整數(shù)；

步驟四、計算正弦臂6臂長其中，為正弦零位精基準對應(yīng)的數(shù)字相位卡7測量值，為轉(zhuǎn)臺8在角位置處向正向運動角度φ后的數(shù)字相位卡7測量值；正弦臂6臂長就是指兩角錐棱鏡5頂點的連線距離。

步驟五、令轉(zhuǎn)臺8進行低速角速率運行角速率在1°/s以下，實時記錄時間點tξ及時間點tξ對應(yīng)的數(shù)字相位卡7測量值ξ為正整數(shù)；

步驟六、首先在步驟五所記錄的測量值中，找到中最小值對應(yīng)的數(shù)字相位卡7測量值作為正弦零位基準測量值，并記錄對應(yīng)的時間節(jié)點ta；然后從步驟五所記錄的測量之中選取一個測量值和對應(yīng)的時間節(jié)點tz，把該測量值與正弦零位基準測量值做差，差值的二倍作為角度α對應(yīng)的直角邊，正弦臂6臂長d作為斜邊，進行反正弦解算算出角度α，再把二者所對應(yīng)的時間節(jié)點做差作為時間間隔δt；最后計算得到了轉(zhuǎn)臺8的角速率ω；把解算出的角速率顯示在計算機運算結(jié)果中。計算轉(zhuǎn)臺8的角速率ω，公式如下：

其中，為步驟五中記錄的數(shù)字相位卡7測量值中的任意一個，tz為測量值對應(yīng)的時間點；ta為測量值對應(yīng)的時間點。

實施例：

一種高精度轉(zhuǎn)臺的低速速率精度檢測方法，包括如下步驟：

步驟一、開啟檢測系統(tǒng)中雙頻激光發(fā)生器1、光電接收器2、數(shù)字相位卡7，記錄轉(zhuǎn)臺8位置84°，將數(shù)字相位卡7顯示的測量結(jié)果清零；

步驟二、令轉(zhuǎn)臺8以設(shè)定的固定角度位移1°進行運動，記錄第i次轉(zhuǎn)臺8運動后的角位置θi及角位置θi對應(yīng)的數(shù)字相位卡7的測量值結(jié)果如下表1所示；將相鄰的兩個測量值做差，將差值中最大差值對應(yīng)的兩個轉(zhuǎn)臺角位置中的任意一個設(shè)為正弦零位粗基準θk,θk＝θ7＝91°；θi＝θ0+i×δ1，其中，i為轉(zhuǎn)臺運動次數(shù)，i＝1,2,3,...,k,k+1,k+2,....，k為正整數(shù)；

表1正弦零位粗基準標定數(shù)據(jù)測試結(jié)果

步驟三、令轉(zhuǎn)臺8在91°±1°范圍內(nèi)，從角位置90°開始，以設(shè)定的固定角度位移0.1°向角位置92°進行運動，記錄第j次運動后轉(zhuǎn)臺8所在角位置θk-δ1+j×δ2及對應(yīng)的數(shù)字相位卡7的測量值為結(jié)果如下表2所示；當轉(zhuǎn)臺運動至角位置θk-δ1+j×δ2處時，令轉(zhuǎn)臺8以角位置θk-δ1+j×δ2為中心，正向、反向運動相同角度φ，φ＝5°,并分別記錄轉(zhuǎn)臺8在正向、反向運動后數(shù)字相位卡7的測量值并做差，如表3、表4所示；記錄差值中最大差值為2.811112mm對應(yīng)的轉(zhuǎn)臺角位置θk-δ1+m×δ2＝90.8°，作為正弦零位精基準，j＝1,2,3,...,m,m+1,m+2,....，m為正整數(shù)；

表2轉(zhuǎn)臺第j次運動后所在角位置及對應(yīng)的數(shù)字相位卡的測量值

表3轉(zhuǎn)臺正向運動后角位置及對應(yīng)的數(shù)字相位卡的測量值

表4轉(zhuǎn)臺反向運動后角位置及對應(yīng)的數(shù)字相位卡的測量值

步驟四、計算正弦臂6臂長:

其中，為正弦零位精基準對應(yīng)的數(shù)字相位卡7測量值，為轉(zhuǎn)臺8在角位置處向正向運動角度φ后的數(shù)字相位卡7測量值；

步驟五、令轉(zhuǎn)臺8進行低速角速率ω0＝0.005°/s運行，記錄時間點tξ及時間點tξ對應(yīng)的數(shù)字相位卡7測量值ξ為正整數(shù)；

步驟六、將中最小值對應(yīng)的數(shù)字相位卡7測量值作為正弦零位基準測量值；計算轉(zhuǎn)臺8的角速率ω，公式如下：

δt＝tz-ta＝200s；

其中，為步驟五中記錄的數(shù)字相位卡7測量值中的任意一個，tz為測量值對應(yīng)的時間點；ta為測量值對應(yīng)的時間點。

本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識。