大尺寸工程型面检测

　　某些大尺寸工程型面的精度要求达亚毫米级,其相应的检测精度应为其三分之一或更高些。电子经纬仪构成的交会检测系统属柔性三坐标机,可针对被检型面的特征进行参量优化布设以满足检测精度要求。

　　1　系统检测原理

　　系统的工作原理是定基线前交会检测。如图1示,建立相关的检测坐标系:其中A是经纬仪A的三轴中心,也是坐标系的原点; B是经纬仪B的三轴中心; A和B的连线在水平方向的投影是基线长b,设此投影方向为X轴,过A点的铅垂方向是Z轴, Y轴方向可以由右手法则确定。

　　点P的三维坐标可由下面公式求得:

　　式中: HA、HB与VA、VB分别表示电子经纬仪A、B瞄到P点时对应的水平方向角和垂直方向角; hAB表示A、B的高差。可见检测的关键是建立采样点三维坐标与被检参量间的关系。

　　2　采样点检测精度

　　对采样点坐标式微分可求得其检测精度表达式。其中,影响检测精度的主要因素有电子经纬仪的方向角观测误差与基线的标定误差。在实际观测中,所选TC2003型电子经纬仪测角误差为0·5”。用基准尺(1000mm长,精度为0·005mm)来标定b=10000mm的基线,则基线标定误差可控制在0·05mm。

　　若取10000mm,在Y等于4000mm与6000mm的面内取采样点进行分析,则采样点检测误差分别如图2和图3所示。其中mx、my、mz与mp分别表示三个沿轴分量误差和合成误差。由图可见:在8000mm×2000mm×10000mm的采样空间内,采样点的检测中误差均小于0·1mm,可满足所检工程型面的精度要求。

　　为验证检测精度,现以长1000mm,刻线精度为微米量级的基准尺作为被检目标。将基准尺放置在上述采样空间的不同位置进行检测,算得刻线长度如表1所示。检测结果表明坐标测量精度与理论分析相当。

　　3　检测数据处理

　　现以某天线型面的检测为例介绍检测数据处理。依据雷达天线的工作机理,应以其整体型面的偏差作为评价指标。

　　设雷达天线面的方程为

　　通过检测可获取雷达天线面上n个采样点在测量坐标系中的三维测量值Pmi(Xmi, Ymi,Zmi)(i=1,2…n)。经过一定的坐标变换,得到其在设计坐标系中的测量值P’mi(X’mi, Y’mi,Z’mi)。将X’mi和Z’mi代入式(4)可以求出相应的设计坐标值Y’。

　　从而可以由式(6)求出天线各采样点处的轴向偏差值δZi:

　　旋转矩阵可通过下述方法求得。选定天线上的特定工艺基准点G ,其工艺坐标值和测量坐标值均可知。依据G点在两坐标系中的关系,可将采样点在测量坐标系中的测量值Pmm(Xmm,Ymm,Zmm)变换为在工艺坐标中的测量值Ptm(Xtm, Ytm,Ztm)。设旋转变换矩阵为R,则有: