JJF 1669-2017三轴转台校准规范-（高清版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 6 6 92 0 1 7三轴转台校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rT h r e eA x i sT a b l e s 2 0 1 7-1 1-2 0发布2 0 1 8-0 2-2 0实施国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 发 布三轴转台校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rT h r e eA x i sT a b l e sJ J F1 6 6 92 0 1 7 归 口 单 位:全国惯性技术计量技术委员会 主要起草单位:航空工业北京航空精密机械研究所航空工业北京长城计量测试技术研究所 参加起草单位:南京市计量监督检测院 本规范委托全国惯性技术计量技术委员会负责解释J J F1 6 6 92 0 1 7本规范主要起草人:孟凡军(航空工业北京航空精密机械研究所)张 明(航空工业北京航空精密机械研究所)董雪明(航空工业北京长城计量测试技术研究所)参加起草人:李碧政(航空工业北京航空精密机械研究所)张 杰(南京市计量监督检测院)J J F1 6 6 92 0 1 7目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 术语(1)4 概述(1)5 计量特性(2)6 校准条件(3)7 校准项目和校准方法(4)8 校准结果表达(2 4)9 复校时间间隔(2 5)附录A 校准证书内页格式(2 6)附录B 三轴转台主要性能参数的测量不确定度评定(2 7)附录C 三轴转台主要性能参数的其他校准方法(3 9)J J F1 6 6 92 0 1 7引 言本规范是针对惯性产品用三轴转台校准制定的计量技术规范。本规范的编写过程主要参考了J J F1 2 1 02 0 0 8 低速转台校准规范和G J B1 8 0 11 9 9 3 惯性技术测试设备主要性能试验方法。本规范为首次发布。J J F1 6 6 92 0 1 7三轴转台校准规范1 范围本规范规定了惯性产品用三轴转台的校准项目和校准方法。2 引用文件J J F1 2 1 02 0 0 8 低速转台校准规范G J B5 8 5 A1 9 9 8 惯性技术术语G J B1 8 0 11 9 9 3 惯性技术测试设备主要性能试验方法G J B5 8 7 82 0 0 6 双轴测试转台通用规范凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 术语G J B1 8 0 11 9 9 3和G J B5 8 51 9 9 8确立的以及下列术语、定义和符号适用于本规范。3.1 三轴相交度 t h r e e-a x i s i n t e r s e c t i o n三根相互正交的回转轴线,与期望其相交于一点所偏离的程度。3.2 角位置定位稳定性 a n g u l a rp o s i t i o ns t a b i l i t y规定时间内转台角位置的变化量。4 概述三轴转台主要由机械台体、电控柜、系统软件和专用电缆等部分组成。机械台体包括:三根正交的工作轴、相对应的框架、被测件的安装基准和基座。轴上装有测角元件、驱动部件和导电滑环等。通常把三根工作轴按相对位置称为:内轴、中轴和外轴。即内轴由中框架支撑,中轴由外框架支撑,外轴由底座支撑。框架的形式有U形和O形两种,总体结构有U-O-O,U-U-T,O-O-T,O-O-O等多种组合。被测件的安装基准有框架式和台面式两种。框架式安装基准需配置专用安装板。电控柜可以是一个或多个,内装测量控制单元(或计算机)、驱动器和电源等电气部件。三轴转台应为产品测试提供精确的坐标基准和运动基准。由于惯性系统能敏感地球速率和重力加速度的变化,测试时通常要求产品(通过转台)相对当地地理坐标取不同指向。作为坐标基准,机械台体三根正交的工作轴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。为保证坐标系的不变性,转台安装时应调整底座水平,并利用台体上的方位镜与安装地的方位基准确定转台的初始位置。例如,立式三轴转台的外轴指天,一般用方位镜确定水平位置的中轴的指向(东向或北向)。从而确定转台1J J F1 6 6 92 0 1 7的坐标零位。卧式三轴转台的外轴水平,可以用方位镜确定外轴的指向。三轴测试转台的测角系统能随时显示各轴的角位置。整度间隔角位置输出脉冲是对连续测量的补充,以满足实际试验的需要。5 计量特性三轴转台的计量特性见表1。表1 计量特性序号计量特性名称指标1安装基准面平面度0.0 1mm2安装基准面端跳0.0 1mm3安装基准面与内轴轴线的平行度3 4轴线回转倾角误差1 5轴线垂直度1 6轴线相交度0.2mm直径球7角位置定位误差1.5 8角位置定位重复性1 9角位置分辨力0.3 6 1 0角位置定位稳定性2/1 2h1 1角速率相对误差11 0-5(3 6 0 平均)11 0-4(1 0 平均)11 0-3(1 平均)1 2角速率平稳性11 0-5(3 6 0 平均)11 0-4(1 0 平均)11 0-3(1 平均)1 3角速率分辨力0.0 0 01/s1 4幅频特性1 5H z(幅值1 0%、相位1 0)1 5正弦运动失真度5%1 6正弦运动幅值误差5%1 7正弦运动频率误差1%1 8磁场强度0.5mT1 9引北镜反射平面与引北轴轴线方位垂直度3 2 0引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度3 2J J F1 6 6 92 0 1 76 校准条件6.1 校准环境条件:环境温度:(2 05),2h内的温度波动度小于1。相对湿度:3 0%8 0%;周围无震动、强电磁干扰,没有突加、突卸负载和其他脉冲负载。6.2 仪器及设备校准用标准装置及配套设备如表2所示。表2 校准用标准装置及推荐技术指标序号校准用标准装置及配套设备技术指标校准参数1刀口尺0级刀口尺平面度2量块四等平面度3千分表0.0 0 2mm端面跳动4频率计1 0 0MH z频率稳定性:51 0-7角速率相对误差及平稳性5电子水平仪示值误差:0.2 垂直轴倾角回转误差6失真度仪最大允许误差:0.1%波形失真度7多面棱体转台定位误差2 不低于3等多面棱体转台定位误差1 0 不低于4等多面棱体角位置定位误差8光电自准直仪转台定位误差2,自准直仪示值误差0.1 轴回转倾角误差轴线垂直度9便携式圆光栅测角系统小于0.5 角位置定位误差角速率相对误差及平稳性1 0动态信号分析仪频率范围:不小于1 0k H z动态范围:不低于6 0d B幅频特性1 1磁强计0.0 0 1mT磁场强度1 2激光跟踪经纬仪激光跟踪经纬仪0.5m/m相交度1 3测微准直望远镜0.0 2mm/格相交度1 4目标同轴度0.0 0 5mm相交度1 5平面镜平面度0.0 5m轴回转倾角误差、轴线垂直度1 6自准直经纬仪0.5 引北镜、垂直度3J J F1 6 6 92 0 1 77 校准项目和校准方法7.1 校准项目校准项目见表3。表3 校准项目一览表序号校准项目校准方法1安装基准面平面度7.2.12安装基准面端跳7.2.23安装基准面与内轴轴线的平行度7.2.34轴线回转倾角误差7.2.45轴线垂直度7.2.56轴线相交度7.2.67角位置定位误差7.2.78角位置定位重复性7.2.89角位置分辨力7.2.91 0角位置定位稳定性7.2.1 01 1角速率相对误差7.2.1 11 2角速率平稳性7.2.1 21 3角速率分辨力7.2.1 31 4幅频特性7.2.1 41 5正弦运动失真度7.2.1 51 6正弦运动幅值误差7.2.1 61 7正弦运动频率误差7.2.1 71 8磁场强度7.2.1 81 9引北镜反射平面与引北轴轴线方位垂直度7.2.1 92 0引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度7.2.2 07.2 校准方法7.2.1 安装基准面平面度将刀口尺水平放置在安装基准面上,刀口尺两侧放置两块等尺寸量块,中间用量块检测,使用不同的量块观察其光隙大小或是否能通过刀口尺下方。分别在安装基准面上四个方向校验,记录校验数据。取数据的最大差值为安装基准面平面度。7.2.2 安装基准面端跳调整安装基准面处于水平状态,校准示意图如图1所示。将装有千分表的表架固定好,把量块放在基准面不同位置处,使千分表与量块工作面接触并读数。旋转安装基准4J J F1 6 6 92 0 1 7面并移动量块,在工作台圆周均匀分布的各个点上进行检测,并记录数据。数据记录中最大和最小示值之差即为安装基准面端跳。图1 安装基准面端跳校准示意图7.2.3 安装基准面与内轴轴线的平行度校准安装基准面与水平面的偏差和内轴轴线与水平面的偏差,由此求得安装基准面与内轴轴线的平行度。a)校准程序如图2所示,将平行平板安装在内框上,与安装基准面贴合,并调整内框和中框均处于水平位置。1)把水平仪放在平行平板上,使水平仪的敏感方向与内轴轴线平行,记取水平仪读数a1,见图1。然后将水平仪调转1 8 0,记取水平仪读数a2;2)将内框绕内轴翻转1 8 0,把水平仪置于平行平板的另一面上,水平仪放置方向同1)。记取水平仪读数a3,见图2。然后将水平仪调转1 8 0,记取水平仪读数a4;3)内框转1 8 0 恢复至1)的状态,然后将平行平板在水平方向转1 8 0;4)重复1)和2)的过程,记取水平仪读数a5a8。图2 安装基准面与内框轴线平行度校准示意图b)数据处理内框基准面与内框轴线平行度f依公式(1)计算。5J J F1 6 6 92 0 1 7f=k(L1-L2)/2+(L3-L4)/2/2(1)式中:f 内框基准面与内轴轴线平行度();k 电子水平仪读数转换系数;Li 基准面在相应位置对水平面的倾斜度(i=14);其中:L1=(a1-a2)/2;L2=(a3-a4)/2;L3=(a5-a6)/2;L4=(a7-a8)/2。7.2.4 轴线回转倾角误差轴线回转倾角误差一般采用光电自准直仪校准方法,在满足要求的条件下,铅垂轴可以采用电子水平仪校准方法。7.2.4.1 光电自准直仪校准方法a)校准程序将光电自准直仪置于被测轴一侧。平面镜装于轴的一端或轴框架中间位置,使光电自准直仪对准平面镜,调整此平面镜使之与被测轴线垂直,然后将被测轴置于零位。从零度开始旋转被测轴一周,每间隔1 0 从光电自准直仪读取X方向(即水平方向)的示数Wx i,i=1,3 6。Y方向(即竖直方向)的示数Wy i,i=1,3 6。并记录数据。图3所示为平面镜装于中心时内框、中框轴线回转倾角误差校准示意图。图4所示为平面镜装于轴端时内框、中框轴线回转倾角误差校准示意图。连续测量5次,数据记入计算机中。图3 内框、中框轴线回转倾角误差(中心)校准示意图6J J F1 6 6 92 0 1 7图4 内框、中框轴线回转倾角误差(端面)校准示意图b)数据处理及结果测量值Wx i、Wy i为被校准轴角位置的周期函数。将测量值Wx i、Wy i分别展成傅里叶级数,然后扣除光电自准直仪零位误差和平面镜与旋转轴线安装不垂直形成的零次和一次谐波分量即可得到倾角回转误差的两个直角坐标分量Wx i、Wy i,合成两分量得Wi。傅里叶分析:将周期函数Wx i、Wy i展开为傅氏级数:Wx i=ax 2+ik=1ax kc o s(k)+bx ks i n(k)(2)Wy i=ay 2+ik=1ay kc o s(k)+by ks i n(k)(3)式中:i=1,3 6;k为谐波次数。零次和一次项傅氏系数为ax0、ay0和ax1、bx1、ay1、by1,ax0=2/nni=1Wx i(4)ax1=2/nni=1Wx ic o s(5)bx1=2/nni=1Wx is i n(6)ay0=2/nni=1Wy i(7)ay1=2/nni=1Wy ic o s(8)by1=2/nni=1Wy is i n(9)7J J F1 6 6 92 0 1 7 扣除安装误差:从傅氏级数中扣除光管零位和平面镜与轴线安装不垂直造成的零次和一次谐波分量,得到回转倾角误差的两个正交分量Wx i、Wy i。Wx i=Wx i-ax0-ax ic o s-bx is i n(1 0)Wy i=Wy i-ay0-ay ic o s-by is i n(1 1)Wi=W2x i+W2y i(1 2)回转倾角误差计算:W=Wim a x(1 3)转台回转倾角误差取5次正、反回转倾角误差的平均值作为轴线回转倾角误差:W=1/n5i=1Wi(1 4)测量标准偏差:s=1n-1ni=1(Wi-W)2(1 5)7.2.4.2 电子水平仪校准方法a)校准程序使内框轴和中框轴处于零位,然后将两轴锁定。把水平仪置于外框架的基准面上,调整垫铁使水平仪在外框架转动一周内示数变化不超过回转误差要求值的5倍。从0 开始旋转外框轴一周,每间隔1 0 从水平仪读取X方向的示数,记录数据Wx i。将水平仪转9 0,从零度开始旋转外框轴,每间隔1 0 从水平仪读取Y方向的示数,记录数据Wy i。图5所示为外框轴线回转倾角误差校准示意图。连续测量5次数据记入计算机中。图5 外框轴线回转倾角误差校准示意图8J J F1 6 6 92 0 1 7 b)数据处理及结果数据处理同7.2.4.1中的处理算法。7.2.5 轴线垂直度轴线垂直度校准可以采用光电自准直仪校准方法及电子水平仪校验方法。校验过程中可以根据不同的旋转轴和校准条件采用不同的方法。三轴转台一般校验内框、中框轴线垂直度以及中框、外框轴线垂直度。7.2.5.1 双镜法校准中框、外框轴线垂直度a)校准程序内框架与中框之间锁定,将光电自准直仪置于中框轴一侧。将两个平面镜装于中框架两端轴的安装端面。将双面平面镜装于轴的一端安装端面。将双面平面镜装于轴框架中间位置。使光电自准直仪对准反射镜一个面,调整此反射镜使之与中框轴线垂直。再使中框、外框轴处于零位,这时将底座与外框架之间锁定。校准示意图如图6所示。读取光电自准直仪垂直方向示数,记为Y1 1。使中框轴按4 5 间隔转动一周,记下光电自准直仪水平方向示数Y1 2,Y1 3,Y1 8。将外框轴转动1 8 0 后再次锁定,这时光电自准直仪对准另一反射镜面,读取光电自准直仪垂直方向示数,记为Y2 1。使内框轴按4 5间隔转动一周,记下光电自准直仪垂直方向示数Y2 2,Y2 3,Y2 8。以上数据记于表中。图6 中框、外框轴线垂直度校准示意图b)数据处理按照G J B1 8 0 11 9 9 3 惯性技术测试设备主要性能试验方法中关于“轴线垂直度试验”的数据处理方法,计算公式(1 6)(1 9)如下:W1=(Y1 1+Y1 5)/2-(Y2 1+Y2 5)/2/2(1 6)W2=(Y1 2+Y1 6)/2-(Y2 2+Y2 6)/2/2(1 7)9J J F1 6 6 92 0 1 7W3=(Y1 3+Y1 7)/2-(Y2 3+Y2 7)/2/2(1 8)W4=(Y1 4+Y1 8)/2-(Y2 4+Y2 8)/2/2(1 9)式(1 6)(1 9)中:W1 中框轴与外框轴在Y1 1、Y1 5相对位置下的两回转轴线垂直度;W2 中框轴与外框轴在Y1 2、Y1 6相对位置下的两回转轴线垂直度;W3 中框轴与外框轴在Y1 3、Y1 7相对位置下的两回转轴线垂直度;W4 中框轴与外框轴在Y1 4、Y1 8相对位置下的两回转轴线垂直度。取W1、W2、W3、W4四个数据的最大值作为测量所得的中框、外框轴线的垂直度。7.2.5.2 电子水平仪法校准中外、中内垂直度a)校准程序将三轴转台调平,三轴定位于各自零位。使内框轴铅垂。电子水平仪放在内框轴框架平面上。此时三轴转台外框轴转角为、中框轴转角为、内框轴转角为。当三轴转台外框轴转角=0,中框轴转角为=0,内框轴转角为=0,读取电子水平仪示数F(0,0,0);旋转外框轴转角=1 8 0,内框轴转角为=0,读取电子水平仪示数F(1 8 0,0,0);旋转外框轴转角=0,内框轴转角为=1 8 0,读取电子水平仪示数F(0,0,1 8 0);旋转外框轴转角=1 8 0,内框轴转角为=1 8 0,读取电子水平仪示数F(1 8 0,0,1 8 0);当三轴转台外框轴转角=0、中框轴转角为=1 8 0、内框轴转角为=0时,读取电子水平仪示数F(0,1 8 0,0);旋转外框轴转角=1 8 0,内框轴转角为=0,读取电子水平仪示数F(1 8 0,1 8 0,0);旋转外框轴转角=0,内框轴转角为=1 8 0,读取电子水平仪示数F(0,1 8 0,1 8 0);旋转外框轴转角=1 8 0,内框轴转角为=1 8 0,读取电子水平仪示数F(1 8 0,1 8 0,1 8 0)。校准示意图如图7所示。b)数据处理中框和外框垂直度:1=F(0,0,1 8 0)-F(1 8 0,0,0)+F(0,1 8 0,1 8 0)-F(1 8 0,1 8 0,0)/4 中框和内框垂直度:2=F(0,0,1 8 0)-F(1 8 0,0,0)-F(0,1 8 0,1 8 0)+F(1 8 0,1 8 0,0)/401J J F1 6 6 92 0 1 7图7 电子水平仪法校准示意图7.2.6 轴线相交度7.2.6.1 轴端双目标校准法a)校准程序1)测量中框、外框轴线间距离Xi分别将两个同心圆目标安装在中框轴两端,打开白炽灯光源,使光源从目标的背面照亮目标。将外框架与底座锁定,同时锁定内框架,使准直望远镜对准目标中心,转动中框轴并调整目标,使目标中心画圆最小,见图8(a)。通过光电自准直仪与棱体确定将外框旋转1 8 0,将外框用夹具固定,准直望远镜不动,转动中框轴并调整目标,使目标中心画圆最小,见图8(a)。使准直望远镜对准目标中心,记下准直望远镜水平方向示数X1,转动外框轴1 8 0 后,使准直望远镜读出目标中心在水平方向示数X2。2)测量内框、中框轴线间距离Yi分别将两个同心圆目标安装在内框轴两端,打开白炽灯光源,使光源从目标的背面照亮目标。将外框轴用插销锁定,再将中框架置于水平位置后用插销锁定。使准直望远镜对准目标中心,转动内框轴并调整同心圆目标,使目标中心画圆最小,见图8(b)。通过光电自准直仪与棱体确定将中框旋转1 8 0,将外框轴用框锁与底座锁定,准直望远镜不动,转动内框轴并调整目标,使目标中心画圆最小,见图8(b)。使准直望远镜对准目标中心,记下准直望远镜竖直方向示数Y1,此时三个框架均用插销锁定,转动中框轴1 8 0 后固定,使准直望远镜读出目标中心在竖直方向示11J J F1 6 6 92 0 1 7数Y2。3)测量外框、内框轴线间距离Zi使准直望远镜,记下准直望远镜水平方向示数Z1,见图8(b)。此时三个框架均用插销锁定。通过光电自准直仪与棱体确定将外框旋转1 8 0,使准直望远镜对准目标中心,读出目标在水平方向示数Z2。图8 三框轴线相交度校准简图b)数据处理及结果三框轴线相交度计算公式为:=2X1-X22 2+Y1-Y22 2+Z1-Z22 2(2 0)21J J F1 6 6 92 0 1 7 由式(2 0)计算得到值,表示三轴相交度不大于。7.2.6.2 激光跟踪仪校准法a)校准程序将三轴转台调平,使方位框(外框)轴铅锤,俯仰(中框)轴线水平,横滚(内框)轴线铅锤。将激光跟踪仪安置在距转台5m处,对准三轴转台。在三轴台方位轴框(外框)架上下固定两个镜座,俯仰(中框)轴框架上水平固定两个镜座,横滚(内框)轴框架上下固定两个镜座。将激光跟踪仪靶镜引至横滚(内框)靶镜座上,转动横滚(内框)轴,采集激光跟踪仪数据用分析软件拟合计算出一个回转圆的中心坐标,然后将激光跟踪仪靶镜引至另一个横滚(内框)靶镜座上,转动横滚轴,采集激光跟踪仪数据用分析软件拟合计算出另一个回转圆的中心坐标。根据两圆心坐标可构造出横滚(内框)轴回转轴线。同上原理可标定俯仰(中框)轴线和方位(外框)轴线回转轴线,利用计算机软件计算出方位(外框)轴线距横滚(内框)轴线之间的距离Z、俯仰(中框)轴线距横滚(内框)轴线之间的距离Y和方位(外框)轴线距俯仰(中框)轴线之间的距离X。图9 激光跟踪仪校准相交度示意图b)数据处理及结果轴线相交度:=2X2+Y2+Z27.2.7 角位置定位误差7.2.7.1 光电自准直仪法a)校准程序将多面棱体安装在转台被校准转轴上,并使多面棱体轴线与转台旋转轴线重合,同轴度误差应不大于0.0 1mm,棱体各工作面与转台旋转轴的轴线的平行度(塔差)不31J J F1 6 6 92 0 1 7大于1 0。启动转台,使旋转轴处于角位置显示0 为起始位置,记录光电自准直仪读数a0,将旋转轴顺时针依次转动棱体面固定的角度,并记录光管的读数ai(i=1,2,n),n为棱镜面数。方法同上,使旋转轴处于角位置显示0 为起始位置,记录光电自准直仪读数b0,将旋转轴逆时针依次转动棱体面固定的角度,并记录光管的读数bi(i=1,2,n),n为棱镜面数。连续测量N次(N5)数据并记录。图1 0、图1 1、图1 2分别为内框、中框和外框角位置定位误差校准示意图。图1 0 内框轴角位置定位误差校准示意图图1 1 中框轴角位置定位误差校准示意图41J J F1 6 6 92 0 1 7图1 2 外框轴角位置定位误差校准示意图b)数据处理ea i=ai-a1-i(2 1)eb i=bib1-i(2 2)式中:ea i 顺时针旋转对应校准位置的角位置示值误差;eb i 逆时针旋转对应校准位置的角位置示值误差;i 棱体相应面的棱体偏差。(i=1,2,n,n为需要校准的位置数。)单次测量的角位置示值误差最大值:e+=m a xea i,eb i;最小值:e-=m i nea i,eb i连续测量N次(N5),取每次测量值的最大值的平均值和每次测量值的最小值的平均值为角位置示值误差的最大值+和最小值-。+=1NNi=1e+i(2 3)-=1NNi=1e-i(2 4)7.2.7.2 光栅测角系统方法将校准光栅测角系统转轴与转台转轴通过联轴节连接在一起,并使转台轴线与光栅测角系统同轴,同轴度0.0 0 2mm内。启动转台,使旋转轴处于角位置显示0 为起始位置,记录转台的示值a0,编码器的示值c0,将旋转轴顺时针依次转动棱体面固定的角度,并记录光管的读数ai,编码器的示值ci(i=1,2,n),n为需要校准的位置数。方法同上,使旋转轴处于角位置显示0 为起始位置,记录转台的示值b0,编码器器的示值c0,将旋转轴逆时针依次转动棱体面固定的角度,并记录光管的读数bi,编51J J F1 6 6 92 0 1 7码器的示值ci(i=1,2,n),n为需要校准的位置数。角位置误差编码器校准示意图如图1 3所示。连续测量N次(N5)数据并记录。图1 3 角位置误差编码器校准示意图数据处理:ea i=(ai-a1)-(ci-c1)(2 5)eb i=(bi-b1)-(ci-c1)(2 6)式中:ea i 顺时针旋转对应校准位置的角位置示值误差;eb i 逆时针旋转对应校准位置的角位置示值误差。单次测量的角位置示值误差最大值:e+=m a xea i,eb i;最小值:e-=m i nea i,eb i。连续测量N次(N5),取每次测量值的最大值的平均值和每次测量值的最小值的平均值为角位置示值误差的最大值+和最小值-。+=1NNi=1e+i(2 7)-=1NNi=1e-i(2 8)7.2.8 角位置定位重复性a)校准程序同角位置定位精度7.2.4 a)。b)数据处理计算第i个测量位置N次测量对应的角位置误差的平均值:i=1NNk=1ea i k(2 9)计算第i个测量位置的重复性:61J J F1 6 6 92 0 1 7i=31N-1Nk=1(ea i k-i)2(3 0)定位重复性:=m a xi(3 1)7.2.9 角位置定位分辨力a)校准程序在校准各轴角位置定位误差后,任选被测轴的一个位置,读取光电自准直仪读数a1 1后,通过输入分辨力当量位置指令角度使转台被测轴产生运动,读取光电自准直仪读数a2 1。每个转向重复上述试验3次,记下光电自准直仪相应读数a1 i,a2 i。i=1,2,3,并记录数据。b)数据处理ei=a2i-a1i,i=1,2,3(3 2)E=(e1+e2+e3)/3(3 3)式(3 2)、式(3 3)中:a1i 被测轴在选定位置的光电自准直仪读数,();a2 i 被测轴在a1 i位置增加当量指令角度后的光电自准直仪读数,();ei 被测轴单次测量角位置定位分辨力;E 计算得到的角位置定位分辨力。7.2.1 0 角位置定位稳定性校准程序按照角位置定位精度方法进行准备,选取被测轴,光电自准直仪对准后保持位置指令不变,待工作稳定后记录转台角位置读数,每隔半小时记录角位置读数i,i=1,n,至规定的时间为止。则角位置定位稳定性:R=31n-1ni=1(i-)2)(3 4)式中,为记录的角位置数据的平均值。=ni=1in(3 5)7.2.1 1 角速率相对误差7.2.1 1.1 定角测时法校准程序:转台被测框闭合,其余框机械框锁。使转台被测框工作在速率方式,按给定的指令速率稳定运转后,设置转台的同步角度间隔脉冲输出,将同步角度间隔脉冲连接到频率计测量相邻脉冲的间间隔时,连续测量1 0次(|0.0 0 5/s,测量次数不小于3次),得到间隔时间T1,T1 0。定角间隔选取原则如下:71J J F1 6 6 92 0 1 71/s,定角间隔为1;1/s 1 0/s,定角间隔为1 0;1 0/s,定角间隔为3 6 0。平均时间:T=1nni=1Ti(3 6)角速率相对误差:U=1Tg|T-Tg|(3 7)式中:Tg 给定速率下被校准轴转过给定角度所用时间的名义值;T 给定速率下被校准轴转过给定角度所用时间的平均值。7.2.1 1.2 定时测角法同光栅测角系统角位置校准方法,将标准光电编码器安装在被测轴上,使编码器的运动轴与转台被校准轴重合,同轴度误差不大于0.0 0 2mm,通过数据采集通道定时采集光栅测角系统的角位置值。使转台被测框工作在速率方式,按给定的指令速率稳定运转后,按照定时间隔信号采集光栅测角系统的角位置增量值,连续测量1 0次(|0.0 0 5/s,测量次数不小于3次),得到:1,1 0。定时的间隔选择参考定角测时角度间隔的选取方法。角位置增量平均值:=1nni=1i(3 8)角速率相对误差:U=1g|-g|(3 9)式中:g 给定时间下被校准轴在给定的时间内转过的角度增量的名义值;给定时间下被校准轴在给定的时间内转过的角度增量的平均值。7.2.1 2 角速率平稳性角速率平稳性校准程序同角速率相对误差,数据处理:a)定角测时法=1T1N-1Ni=1(Ti-T)2)(4 0)式中:N 按照给定速率选定的次数。b)定时测角法=11N-1Ni=1(i-)2)(4 1)81J J F1 6 6 92 0 1 77.2.1 3 角速率分辨力校准程序:使被校准框轴工作在速率方式,给定需要校准的速率指令,使被校准轴稳定运动,采用7.2.1 1角速率示值误差校准方法,计算平均速率1,按照工作的速率选型定角间隔或者定时间隔,得出T1,T1 0,或者1,1 0。改变转台的给定速率,在1速率指令下增加速率分辨力R的速率指令值,及指令为1+R,得到T1,T1 0,或者1,1 0R=|-|(4 2)=T或=T(4 3)=T或=T(4 4)式中:给定速率下运动轴的平均速率;给定速率增加最小速率指令增量后运动轴的平均速率;给定速率增加最小速率指令增量后,运动轴的规定采样时间内角度增量实测值的平均值;T 给定速率增加最小速率指令增量后,运动轴转过定角间隔时间的平均值。7.2.1 4 幅频特性a)校准程序在三轴转台安装好模拟负载,三轴分别校准。动态信号分析的信号源输出扫频信号给到三轴转台的运动轴,同时信号给到分析仪的通道1,转台采集信号源信号,控制转台按照信号指令运动,并将对应的运动信息通过输出接口反馈到动态信号分析仪的通道2。信号分析仪自动计算通道1和通道2的幅值变化和相位变化。输入信号的频率范围,测量步距及起始频率根据指标要求进行设定。系统幅频特性校准简图如图1 4所示。图1 4 系统幅频特性特性校准简图b)数据处理通过动态信号分析仪采集对应频率的幅值特性和相位特性即为对应校准轴的频率特性曲线,分别记录对应频率的幅值误差和相位误差。7.2.1 5 正弦运动失真度a)校准程序:91J J F1 6 6 92 0 1 7同角位置及角速率特性光栅测角系统校准方法,将标准光栅测角系统安装在被测轴上,使光栅测角系统的运动轴与转台被校准轴重合,同轴度误差不大于0.0 0 2mm。在被测轴达到稳定的正弦运动状态后,由数据采集系统按给定的采样周期采集光栅测角系统的角运动信息,并生成数据文件。正弦周期内的采样点数P应不少于1 0 0个,且宜分段选取,见表4。表4 正弦周期内的采样点数频率范围/H z采样点数P个0.114 0 01.133 0 03.152 0 05.11 0 0 采样周期TS与采样点数P的乘积应尽可能与正弦摆动周期T一致,其相对误差应小于0.5%。相对误差按公式(4 5)计算:|(TSP-T)T|0.5%(4 5)式中:TS 采样周期;P 采样点;T 正弦摆动周期。采样周期数n应不少于3个,应分段选取,见表5。表5 采样周期数频率范围/H z采样周期数n个0.10.530.61511 0 b)数据处理将采集的n个周期的角位置数据进行傅里叶分析,获得各次项系数A1 1A1n,Am1Am n。按公式(4 6)计算各次项系数平均值Ak,其中k=1m。Ak=ni=1Ak in(k=1,m)(4 6)按公式(4 7)计算波形失真度:=mk=2A2kA11 0 0%(4 7)02J J F1 6 6 92 0 1 7 式中:m 谐波项次数,m应不小于3。7.2.1 6 正弦运动幅值误差校准程序同7.2.1 5正弦运动失真度,数据处理:将采集的n个周期的角位置数据进行傅里叶分析,求取各周期的1m次项系数,可按公式(4 6)计算各项系数平均值Ak。则一次项系数平均值为:A1=ni=1A1in(4 8)式中:A1 幅度平均值;A1 1A1n 各周期的一次项幅度值。按公式(4 9)计算幅度误差A:A=|A1-A|(4 9)式中:A 给定幅度。7.2.1 7 正弦运动频率误差a)校准程序采集的n个周期的角位置数据,扣除摆动中心位置值。由于采样数据的离散性,在实际采集的角位置数据中,往往没有角位置为运动中心位置的数据。应使用两个由小于运动中心到大于运动中心的两个数据Y-i,Y+i及对应的采样序列数X-i,X+i进行线性插值。b)数据处理按公式(5 0)计算过零点的X0i。X0i=X-i-Y-iY+i-Y-i(i=1,2,3,n)(5 0)式中:X-i 过零点负采样数据的采样序列数,并且有X+i=X-i+1;Y-i 距离零点最近的负采样数据;Y+i 距离零点最近的正采样数据。按公式(5 1)计算两过零点值之间的间隔Tz i:Tz i=X0i+1-X0i(5 1)按公式(5 2)计算n个周期过零点值之间的平均间隔Tz:Tz=n-1i=1Tz in-1(5 2)12J J F1 6 6 92 0 1 7 按公式(5 3)计算角位置正弦摇摆运动频率F0:F0=1TsTz(5 3)按公式(5 4)计算频率误差F:F=|F0-F|(5 4)式中:F 给定频率,H z。7.2.1 8 磁场强度磁场强度校准点位置示意图如图1 5所示。图1 5 磁场强度校准点位置示意图a)校准程序在内框架内,距侧面1 0mm处任选八点(宜均匀分布,如图1 5),用磁强计分别测量各点X、Y、Z三个正交方向的磁场强度x i、y i和z i(i=1,2,8)。b)数据处理按公式(5 5)计算i:i=2x i+2y i+2z i(5 5)式中:i 工作台磁场强度,mT;x i X方向的磁场强度,mT;y i Y方向的磁场强度,mT;z i Z方向的磁场强度,mT。7.2.1 9 引北镜反射平面与引北轴轴线方位垂直度a)校准程序:将光电自准直仪置于被测轴一侧。平面镜装于轴的一端,使光电自准直仪对准平面镜,调整光电自准直仪使之与平面镜垂直,然后将被测轴置于零位。光电自准直仪读取X方向(即水平方向)的示数aX1,Y方向(即竖直方向)的示数aY1。从零度开始旋转被测轴1 8 0,光电自准直仪读取X方向(即水平方向)的示数22J J F1 6 6 92 0 1 7aX2,Y方向(即竖直方向)的示数aY2,其中aY2-aY13倍要求的垂直度精度。b)数据处理引北镜反射平面与引北轴轴线方位垂直度:=aX2-aX12(5 6)7.2.2 0 引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度a)校准程序1)调整平面镜将光电自准直仪置于被测轴一侧。平面镜装于轴的一端,使光电自准直仪对准平面镜,调整光电自准直仪使之与平面镜垂直,然后将被测轴置于零位。光电自准直仪读取X方向(即水平方向)的示数aX1,Y方向(即竖直方向)的示数aY1,从零度开始旋转被测轴1 8 0,光电自准直仪读取X方向(即水平方向)的示数aX2,Y方向(即竖直方向)的示数aY2,aY2-aY13。引北镜反射平面与引北轴轴线方位垂直度:=aX2-aX12 调整平面镜,使=aX2-aX1213 式中:引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度。2)校准垂直度将被测轴置于零位,将光电自准直经纬仪置于被测轴一侧。平面镜装于轴的一端,使光电自准直经纬仪对准平面镜,调整光电自准直经纬仪水平并使之与平面镜垂直。光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数X1,从零度开始旋转被测轴1 8 0,光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数X2。引北镜反射平面与引北轴轴线方位垂直度位置:1=aX2-aX12 转动光电自准直经纬仪瞄准引北直角棱镜,光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数2引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度1:1=1-2=aX2-aX12-2 式中:aX2 光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数;aX1 光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数;2 光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数。32J J F1 6 6 92 0 1 7使光电自准直经纬仪反转1 8 0,瞄准镜头倒镜1 8 0,对准平面镜,调整光电自准直经纬仪水平并使之与平面镜垂直。光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数aX3,从零度开始旋转被测轴1 8 0,光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数aX4。引北镜反射平面与引北轴轴线方位垂直度位置:3=aX4-aX32 转动光电自准直经纬仪瞄准引北直角棱镜,光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数4。引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度2:2=3-4=aX4-aX32-4 式中:X4 光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数;X3 光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数;4 光电自准直经纬仪读取X方向(即水平方向)的示数。引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度校准示意图如图1 6所示。图1 6 引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度校准示意图b)数据处理校准得到的引北直角棱镜反射法线与引北轴轴线方位垂直度:=1+228 校准结果表达校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或报告至少应包括以下信息:a)标题:“校准证书”或“校准报告”;b)实验室名称和地址;42J J F1 6 6 92 0 1 7c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的接收日期;h)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;i)校准装置的溯源性及有效性标识;j)校准环境的描述;k)校准结果及其测量不确定度的说明;l)校准证书或校准报告签发人的签名、职务或等效标识;m)校准结