激光自准直仪在远距离精密定位系统中应用的实验.研究

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1、第一章绪论第一节精密定位技术及自准直仪的应用概述一、精密定位技术及测角技术简介80年代中期，50％以上的有关人员认为定位精度达到1um就是精密定位。而到90年代中期，48％的人认为精密定位就是达到0．1p1"11。由此可见，人们对于定位精度的界限正随着科技的不断发展，逐步减小，对定位要求不断提高⋯。从系统构成的角度来讲，精密定位系统可分为两类：直线定位系统和角度定位系统。我们在此正是要利用角度定位系统实现远距离精密定位，因此，有必要介绍一下角度测量技术的发展。角度测量是计量科学的重要组成部分，随着生产和科学的不断发展，角度测量越来越广泛地应用于机械、光学、航空、航天、航海等各个

2、领域，技术水平和测量准确度也在不断的提高。国内外许多部门和研究机构相继研制出多种测角仪器，以满足经济、国防和科学研究等各部门的需要。由于采用先进的科学技术成果和现代化的技术设备，使测量的准确度不断提高，测量范围不断的扩大。近年来，特别是随着计算机技术的蓬勃发展，使得角度测量技术得以实现全自动化，测角仪器也将趋向于小型化和智能化。目前，用于角度测量的传感器种类很多，功能各异。各种测角技术和测角装置根据不同的技术要求和不同的应用环境，有着各自不同的特点。先将其分为三大类【2】=(一)机械式测角技术以多齿分度盘为代表的机械式圆分度器件，具有工艺好、结构简单、使用寿命长、对环境要求低等

3、优点，是一种基于机械分度定位原理的圆分度技术。用多齿分度盘分度测量角度，虽然准确度比较高，但是由于多齿盘和齿数不能无限地增多，因此细分受到限制。而且，用差分法实现细分的多齿分度盘操作比较复杂。(二)光学式测角技术用光学方法测量角度比一般的机械方法有更高的准确度，而且易于细分。目前，国内外用来测角的光学式测角技术主要有光学分度头测角，正多面棱体测角，圆光栅测角，环形激光器测角，光电角编码器测角，激光干涉测角等。(三)电磁分度测角技术电磁分度技术是最近几十年发展起来的新的测角技术，主要是利用各种参数进行分度测角。电磁分度技术大量应用于进一步细分，使分度和测量范围扩大，仪器的分辨力提

4、高，使用范围广泛。目前，国内外用来测角的电磁分度测角技术主要有圆磁栅测角和感应同步器测角。对于高精度角度测量系统，广泛使用的有三种实现方法：激光干涉测量法，自准直平行光测量法，以及光栅测量法。激光干涉测量法虽然测量精度较高，但是对于使用条件的要求较高。光栅测量法结构复杂，适应性差。而自准直仪是利用光学自准直原理，用于小角度测量或可转换为小角度测量的一种常用计量测试仪器。自准直仪通常分光学自准直仪和光电自准直仪两大类。光电自准直仪是自准直技术与光电技术相结合的产物，是自准直仪中测量精度较高、发展历史较短的一类。光电自准直仪诞生于四、五十年代，自准直技术更可追溯到更早的时期。它被广

5、泛用于角度测量、导轨的平直度与平行度测量、台面的平整度测量、精密定位、自动角度定位环集成等方面，是机械制造、造船、航空航天、计量测试、科学研究等部门必备的常规测量仪器。特别在精密、超精密定位方面，更有不可替代的作用。进入八十年代，特别是九十年代以来，随着新型光电器件与计算机技术的飞速发展，经典的自准直技术又焕发了青春。数字显示取代鼓轮读数，双轴测量取代单轴测量，新型光电器件取代光电二极管、光敏电阻，而且大都通过标准接口，如RS．232等与计算机相连，由计算机直接采集数据并进行数据处理。仪器的分辨率、重复性、精度等指标已大幅度提高。二、自准直仪的应用举例(一)1994年意大利应用

6、自准直仪进行SAX航天卫星的x射线探测器上的单元器件的调整。最终，在直径范围为O．5m的测量范围内，得到±2arcsec的测量精度。如图1．1所示【3】a圈IISAX航天卫星的x射线探测器f：的单元器件的调整(二)1993年美国国家标准计量局将自准直仪用于度量衡系统，在考虑手工操作，热漂移，自准直仪误差及反射镜尺寸，以及地震波和声波干扰的前提下，达到了±O．02arcsec的准确度和O．034arcsec的分辨率f4I。(三)1997年河南中南光电仪器厂，在精密测角仪上用自准直的方法测量玻璃方体的误区，取得了理想的实际应用效果。消除了出于分辨力的限制，引起的瞄准位置误差‘51。

7、第二节光电自准直仪的发展概况及前景展望自准直仪和其它测量仪器一样．经历了从静态测量到动态测量的过程，按照其发展的进程，大致可分为以下几种方式⋯7】【8】【9】flo】：一、机械跟踪、目视瞄准、手动测量方式这种自准直仪的主要特点是：测量前，通过目视系统使十字线对准分划板的零位，当待测角度发生变化时，十字线偏离分划板的零位，转动读数鼓轮，使十字线重新对准零位，从读数鼓轮上，即可读出对应的角度值。这种仪器通常带有一套光学目视系统和精密机械测微机构。二、机械跟踪、光电瞄准、手动测量方式这种自准直仪利