碧波液压网 欢迎你,游客。 登录 注册

天平校准系统中位置姿态非接触式测量与计算方法

版权信息:站内文章仅供学习与参考,如触及到您的版权信息,请与本站联系。

  

  在航天、航空和武器研制领域,常需要对高速飞行物体如飞机、火箭、航天器和炮弹等做空气动力学试验,在实验过程中常用应变天平对飞行物体进行测量,通过天平的变形以确定所受的载荷。在应变天平使用前需要对它进行静校准,对载荷和位移进行标定。在校准过程中需要精确确定被测物的位置和姿态即确定6个自由度参数。对于单一自由度位移或者角度的测量非常容易,已经有很多的成熟的技术和测量仪器可以使用,如电容式,电感式,电磁式等等都可以完成测量任务[2]。但是对于空间6个

  自由度的高精度地同时测量,简单的测量方法和仪器就无法胜任了,这是因为空间运动的物体6个自由度的变化是相互关联的,要用常规方法精确测量任何一分量上的位移量都将受到其他分量的干涉而使测量值产生较大误差。因此如何高精度地测量其位姿的参数一直是比较受到重视的课题。国外已经研制出比较先进的激光干涉仪可以测量计算出相应位姿,但是调整难度大,周期长,而且价格非常昂贵,需要数百万元。我们经过多次研讨,根据以往测量设备存在的一些问题及使用方法提出更精更快的要求。本着降低成本、使用方便、技术成熟和精度提高的原则,确定了一套新的六自由度测量系统,该系统的数学建模准确地描述了天平上加载体的位置和姿态变化,对初始位置安装无严格要求。

  1 测量系统结构与性能指标

  该装置对6个自由度参数的测量为非接触式光电转换测量装置。主要由激光发射器,CMOS(或CCD)激光二维定位图象传感器或者PSD光电位置探测器,及信息转换装置组成。如图1所示,该装置将在天平的被测量部分安装一高精度的方块,在方块上安装3个相互垂直的激光发射器,发出的激光将在3个固定安装互相垂直的靶面上成像,利用靶面上的光电传感器感知光点的坐标[1],如图2。3个激光发射器和3个接收靶面的相互垂直度将由加工和安装调试保证,经光电转换后输出信号,通过I/O接口输入计算机,利用各坐标偏移量进行计算,实时描述出被测物体的位置和姿态。

  测量装置基本性能指标:

  1)采样速度60次/s;

  2)测量精度:数据处理和光学放大后可达到1μm;

  3)测量范围:10 mm×10 mm (光学放大后,最高可以达到400 mm×300 mm);

  4)激光发射部分:出口光斑为3 mm,单个激光头质量约为30~40 g,激光发射采用4.5 V钮扣电池供电。

  2 天平位置姿态确定

  我们知道,任何物体的空间复杂运动都可以将其简化为在空间的平动和转动所构成,被测物所做的平动构成了我们需要测量的直线位移,来确定它的位置,而物体所做的转动构成了我们需要测量的角度位移,来确定它的空间姿态。如图2,激光发射器发出的激光在靶面上成像,当物体做了空间运动后,靶面上得到的坐标值发生了变化,根据得到的坐标值不同,建立数学模型进行计算,最后得到平动和转动的参数。

你没有登陆,无法阅读全文内容

您需要 登录 才可以查看,没有帐号? 立即注册

标签:
点赞   收藏

相关文章

发表评论

请自觉遵守互联网相关的政策法规,严禁发布色情、暴力、反动的言论。

用户名: 验证码:

最新评论