[发明专利]基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台垂直度误差检测方法

说明书

本发明公开了一种基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台垂直度误差检测方法，包括：首先将固定于卡具内的激光陀螺测角仪装卡于多自由度转台工作台面上，激光陀螺测角仪上电预热、利用方位轴进行激光陀螺测角仪的刻度系数标定和偏置标定。其次分别建立方位轴投影坐标系和俯仰轴投影坐标系。然后，方位轴分别在不同的等间隔分布的角度位置下，俯仰轴分别以恒定角速度逆时针和顺时针旋转360°，记录输出脉冲数。最后同时求解多轴转台的轴线垂直度误差和激光陀螺测角仪的失准角。本发明可适用于多轴转台的在线计量、安装方便、适用范围广、检测精度高、可实现角度、角速度和垂直度等多参量检测、也易于多轴转台的测角系统读数头进行同步实现动态测量。

技术领域

本发明涉及多轴转台轴线垂直度的检测技术领域，具体涉及一种基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台垂直度误差检测方法。

背景技术

多轴转台作为空间角度发生装置，可以模拟姿态角运动，对飞行器的惯性导航器件、姿态敏感器进行测试与校准；也可以仿真复现飞行器的动力学特性，对飞行器的控制系统、制导系统进行测试；还可以搭载光学成像系统，对各类飞行器进行跟踪与姿态测量。多轴转台的轴系在空间互相垂直并相交，以框架式结构相联，可建立精确的坐标系，利用角位置定位模式可方便地实现各种指向。

垂直度误差是精密轴系相互位置度的重要技术指标。通常检测方法有五种。一是基于光电自准直仪的双平面反射镜翻转法，被测轴需要空心轴通孔设计保证光路不被遮挡，在被测轴上双平面反射镜，通过调整镜面与被测轴的轴线垂直，利用固定轴旋转180°后的光电自准直仪的示值读数变化计算垂直度误差。该方法原理清晰，检测精度高(垂直度误差检测精度优于0.1″)，但现场检测需要拆开转台部件，安装双平面反射镜，架设光电自准直仪，操作繁琐，仅能测量台体内框/中框，中框/外框的轴线垂直度，对内框/外框的轴线垂直度无法直接进行检测，不适合出厂后的转台检测。二是基于电子水平仪法，通过姿态转换矩阵推导出坐标系之间的位姿关系进而得到垂直度误差。该方法适合出厂后检测，检测精度适中(垂直度误差检测精度优于5″)，但是在姿态转换矩阵和位姿坐标系建模以及数据处理等过程较复杂，且由于转台轴系安装误差的存在，在实际测试过程中难免产生振动，导致参考轴系不重合，极易引入误差。三是基于CCD相机多基站网络检测方法，通过采集图像进行数据处理进而得出垂直度误差。该方法适用于智能化检测，操作繁琐，检测精度适中(垂直度误差检测精度优于0.01°)，但是测试过程需要对CCD相机进行标定引入标定误差，由于相机分辨率的限制，检测精度较低。四是基于三坐标测量机的检测方法，采用三坐标测量机对被测轴进行面片扫描方式，通过输入起始点、方向点和起始矢量定义截平面矢量，找到圆柱面内每次从起始点扫描到终止点的最高点坐标，其平均值作为垂直度误差。该方法检测精度高(垂直度误差检测精度优于0.5″)，但只适合实验室小型多轴转台的检测。五是基于激光陀螺捷联惯导的检测方法，通过采集多轴转台自身角姿态输出和激光陀螺捷联惯导的姿态测量信息，利用固联刚体旋转矢量增量不受测量点影响的原理完成多轴转台轴线垂直度的检测，该方法理论上检测精度高、操作方便，但是激光陀螺仪捷联惯导中陀螺仪的三个轴系本身存在垂直度误差，且需要另外一台高精度多轴转台对其进行标定，导致高精度检测(垂直度误差检测精度优于3″)实现难度大，且激光陀螺捷联惯导体积大、成本高，尚未成为实际检测方法。

综上所述，上述检测方法中基于光电自准直仪的平面反射镜翻转法和基于三坐标测量机的检测方法检测精度高，但是只适用于转台出厂前的检测，出厂后的转台任意两轴线垂直度进行高精度、易操作、在线检测一直是本领域技术人员极为关注的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种可检测转台任意两轴线垂直度、检测精度高、操作简单、适用于出厂前、后的(尤其适用于轴系无通孔的多轴转台)在线检测方法，即一种基于单轴激光陀螺测角仪的多轴转台垂直度误差检测方法。本发明结合多轴转台自身角姿态输出和单轴激光陀螺测角仪的角度测量信息，利用单轴激光陀螺测角仪的敏感轴不变原理和坐标系变换投影方法完成多轴转台轴线垂直度的检测。