Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние углоизмерительной техники 8
1.1 Автоколлиматоры 8
1.2 Интерференционные приборы 13
1.3 Гониометры 17
1.4 Лазерный гониометр 24
1.4.1 Лазерный динамический гониометр в задачах калибровки многогранных призм и преобразователей угла 28
1.4.2 Бесконтактное измерение угловых параметров движения объекта с помощью лазерного динамического гониометра 29
Выводы по главе 1 32
Глава 2. Гониометр на основе фотоэлектрического преобразователя угла 33
2.1 Принципы построения динамического гониометра на основе фотоэлектрического преобразователя угла. 34
2.2 Бесконтактное измерение углового положения "внешнего" объекта . 37
2.3 Особенности динамического гониометра, обусловленные использованием фотоэлектрического преобразователя угла 40
2.3.1. Временной метод интерполяции в динамическом гониометре 41
2.3.2. Систематическая погрешность и возможность ее компенсации 42
2.4 Отдельные компоненты динамического гониометра и требования к ним...44
2.4.1. Фотоэлектрический преобразователь угла ..,.44
2.4.2 Нуль-индикатор 45
2.4.3 Привод 49
2.4 А Конструкция и компоновка динамического гониометра 51
Выводы по главе 2. 57
Глава 3. Влияние нестабильности скорости вращения на случайную погрешность динамического гониометра 58
3.1 Влияние широкополосной составляющей нестабильности угловой скорости вращения 65
3.2 Влияние узкополосной составляющей нестабильности угловой скорости вращения 71
Выводы по главе 3 78
Глава 4. Результаты экспериментальных исследований динамического гониометра на основе фотоэлектрического преобразователя угла 79
4.1 Калибровка ЛИР-3170А 79
4.1.1. Исследование долговременной воспроизводимости систематической погрешности ЛИР-3170А 83
4.1.2. Исследование влияния температуры 92
4.1.3. Определение случайной погрешности ЛИР-3170А 101
4.2 Результаты использования разработанного динамического гониометра при калибровке многогранной призмы 101
Выводы по главе 4.
Заключение 111
Список использованной литературы 112
Приложение 118
- Бесконтактное измерение угловых параметров движения объекта с помощью лазерного динамического гониометра
- Бесконтактное измерение углового положения "внешнего" объекта
- Влияние узкополосной составляющей нестабильности угловой скорости вращения
- Исследование долговременной воспроизводимости систематической погрешности ЛИР-3170А
Введение к работе
Актуальность работы
В настоящее время угловые измерения ведутся во многих областях науки и техники: в машиностроении и приборостроении - для контроля геометрических параметров изделий и их пространственного положения, для точного позиционирования рабочих органов измерительной аппаратуры и станков; в навигации и ориентации - для определения положения ориентируемого объекта относительно выбранной системы координат или какого-либо ориентира; в строительстве - для контроля отдельных элементов и сооружений в целом; в астрономии и геодезии - для определения координат небесных или наземных объектов и т.п. Сфера использования методов и средств угловых измерений постоянно расширяется, что подтверждается большим числом публикаций, авторских свидетельств и патентов [1-12].
Важной тенденцией развития методов и средств угловых измерений является стремление к их полной автоматизации, повышению оперативности и надежности получаемой измерительной информации. Вследствие этого возникают требования к простоте конструкции, надежности в эксплуатации;, высокой точности в достаточно большом диапазоне измеряемых или контролируемых угловых величин, возможности унификации отдельных узлов и даже конструкции в целом, высокой метрологической достоверности получаемых результатов, увеличению быстродействия, повышению срока службы измерительного прибора.
Одним из важнейших требований при проведении угловых измерений является обеспечение высокой точности, характеризуемой погрешностями измерений в десятые и даже сотые доли угловой секунды. Так например, современные визуальные автоколлиматоры фирмы Moeller-Wedel достигают точности угловых измерений порядка 1 угл.сек., а цифровые - порядка 0.03 угл.сек [9].
5 Наиболее интересным (с точки зрения дальнейшего развития) для нас
является гониометрический метод угловых измерений. Современные пути
развития измерительной техники привели в последние годы к производству
цифровых гониометров, использующих в качестве отсчетного лимба
фотоэлектрические преобразователи угла (ФПУ). Известный лазерный
динамический гониометр [67] позволяет сегодня решать углоизмерительные
задачи с точностью порядка 0.03 угл.сек. Но его создание является довольно
дорогостоящим и технически сложным вследствие использования в качестве
образцового датчика угла кольцевого лазера, технология производства которого
достаточно сложна.
Все высокоточные углоизмерительные системы и комплексы (цифровые автоколлиматоры, интерферометры, лазерные гониометры) являются довольно дорогостоящими (несколько десятков тысяч долларов) и поэтому ими могут оснащаться крупные промышленные предприятия или национальные метрологические институты. Для малых и средних предприятий возникает потребность в недорогих и менее точных углоизмерительных системах. Например, для производства датчиков угла, одной из первостепенных задач выходного контроля является проведение процедуры калибровки изделий с минимальными временными и экономическими затратами. Для таких задач может быть вполне достаточно точностей порядка 0.5 угл.сек.
Данная работа направлена на разработку и исследование нового типа гониометра - динамического гониометра на основе фотоэлектрического датчика угла.
Цель работы - разработка нового типа. динамического гониометра с использованием в качестве отсчетного лимба фотоэлектрического преобразователя угла.
Поставленная цель достигается решением следующих задач:
разработка принципов построения динамического гониометра на основе ФПУ;
разработка и исследование метода повышения точности угловых измерений динамического гониометра, основанного на измерении и последующем исключении систематической погрешности ФПУ;
теоретический анализ погрешности временного метода интерполяции, обусловленной нестабильностью скорости вращения;
разработка и изготовление макета гониометра;
экспериментальное исследование точностных характеристик динамического гониометра.
Научная новизна проведенных исследований заключается в том, что в ходе их выполнения впервые:
Разработан метод угловых измерений с помощью динамического гониометра на основе фотоэлектрического преобразователя угла;
Предложен метод предварительной калибровки фотоэлектрического преобразователя угла, позволяющий повысить точность измерений в несколько раз;
Получена модель погрешности угловых измерений, учитывающая нестабильность скорости вращения ротора гониометра;
Исследована зависимость результатов измерений от изменения окружающей температуры и определен дрейф систематической погрешности во времени.
Практическая ценность
В работе получены следующие практические результаты:
- разработанные новые методы угловых измерений, базирующиеся на теории
лазерной динамической гониометрии и использовании фотоэлектрического
7 преобразователя угла, привели к созданию углоизмерительной системы
нового типа - динамического гониометра на основе ФПУ;
созданы принципы построения нового класса динамических гониометрических систем на основе ФПУ, нашедших практическое применение.
показана перспективность метода предварительной калибровки и последующей компенсации систематической погрешности ФПУ для повышения точности динамического гониометра;
определено влияние низкочастотной и высокочастотной составляющей нестабильности угловой скорости вращения на результаты измерений при использовании временной интерполяции;
показано, что систематическая погрешность ФПУ имеет хорошую долговременную воспроизводимость.
Бесконтактное измерение угловых параметров движения объекта с помощью лазерного динамического гониометра
Калибровка дискретных преобразователей угла (таких, как магнитные преобразователи, индуктосины, оптические кодовые датчики и т.п.), а также угловых мер (многогранных призм, лимбов и др.) являлась основной задачей; для решения которой разрабатывались первые лазерные гониометры. Рассмотрим схему ЛДГ, предназначенного для калибровки многогранных призм (рис. 1.10)
В целом эта схема укладывается в общую схему ЛДГ, показанную на рис. 1.9, однако имеет свои особенности, характерные для решения конкретной задачи. В данном случае ЛДГ состоит из КЛ1, установленного на поворотной платформе 2, которая приводится во вращение с помощью привода 3. Вместе с КЛ на поворотной платформе расположена подлежащая аттестации многогранная призма (МП) 4. На неподвижном основании установлен нуль-индикатор 5, умножитель частоты выходного сигнала КЛ 6, счетчики 7 и вычислитель 8. Важным отличием данной схемы является оптический нуль-индикатор (НИ), необходимый для привязки в динамике к граням МП. При вращении МП, в моменты совпадения нормалей к граням с визирной осью НИ, последний вырабатывает короткие импульсы, формирующие интервалы суммирования периодов выходного сигнала КЛ. Кроме того, выходной сигнал КЛ проходит через умножитель частоты, позволяющий увеличить разрешающую способность КЛ. Числа периодов выходного сигнала КЛ, получаемые при суммировании счетчиками, поступают на вычислитель. Помимо задач калибровки преобразователей и угловых мер, модифицированная схема ЛДГ позволяет расширить область практического использования гониометрического метода измерений. Например, известны системы, построенные на основе ЛДГ и позволяющие решать следующие задачи углоизмерительной техники: - бесконтактное измерение углового положения объектов; - создание угловых шкал; - определение ориентации объектов. Одним из важных направлений развития методов и средств угловых измерений является создание систем бесконтактного измерения угловых перемещений объектов различного класса. Среди задач, стоящих перед такими системами, следует отметить определение ухода стабилизированных в пространстве объектов (в первую очередь, гироприборов) и измерение параметров угловых движений испытательных стендов. Обе задачи в связи со сложным характером движения контролируемых объектов требуют от измерительных систем предельных значений, как по точности измерений, так и по частоте опроса и диапазону измерений [58]; Традиционные средства измерений (автоколлиматоры, интерферометры), как правило, не удовлетворяют этим требованиям. Сравнительно небольшая модификация ЛДГ (рис. 1.11) позволила решить поставленные задачи методом бесконтактного измерения угловых параметров движения объекта [59]. Предложенный метод позволяет оценить угловое положение объекта относительно некоторого опорного направления. Метод использует сканирование светового луча элементом сканирования, вращающимся вместе с КЛ 2, играющим роль носителя угловой шкалы.
Оптическим путем задаются три направления: опорное направление А; направление, характеризующее положение контролируемого объекта В; направление С, сканируемое с некоторой угловой скоростью. За опорное направление А принимается нормаль к неподвижной поверхности опорного зеркала 5. Направлением, определяющим угловое положение объекта, является нормаль к отражающей поверхности контролируемого зеркала 6, находящегося на объекте. Сканируемое направление С жестко связано с элементом сканирования. При сканировании в некоторые моменты времени направление С совпадает с направлениями А и В. Сканирование обеспечивается за счет вращения поворотного стола 1 и МП 3. При вращении поворотного стола световой пучок НИ 4, установленного на неподвижном основании, падает на грань МП и при отражении сканируется в плоскости, ортогональной оси вращения. В моменты нормального падения светового пучка на зеркало 5 или 6 с выхода НИ снимаются импульсы, формирующие интервалы суммирования. На счетчиках 7, внутри данных интервалов производится суммирование периодов выходного сигнала КЛ. Сосчитанные счетчиками числа периодов поступают на вычислитель 8, где производится измерение угла между опорным и контролируемым зеркалами и, соответственно, определяются угловые перемещения объекта.
Частота / измерения углового положения контролируемого зеркала 6 определяется произведением угловой скорости вращения поворотного стола С1 на число граней МП и:
Как было показано в главе 1, лазерный динамический гониометр является современным, высокоточным и универсальным прибором, позволяющим решать многие актуальные задачи измерительной техники, такие, например, как измерения углов между гранями многогранных призм, бесконтактные угловые измерения, проводить калибровку цифровых преобразователей угла (как инкрементных так и кодовых), определять угловое положение поворотных столов и т.п. Результаты исследований ЛДГ опубликованы, например, в работах [60-67].
КЛ, входящий в состав ЛДГ, безусловно, можно считать непревзойденным преобразователем угла, обладающим сверхвысокими разрешением и линейностью угловой шкалы [67]. Однако его использование создает некоторые сложности при разработке и изготовлении ЛДГ. Например, ограниченный диапазон скоростей вращения (36...3607с), необходимость использования токосъемного устройства для передачи и съема сигналов, а также для подачи на вращающийся КЛ напряжения питания. Помимо этого, необходимо учитывать, что использование такого сложного и дорогостоящего устройства, как ЛГ, существенным образом влияет на стоимость гониометра и его рыночную конкурентоспособность.
Задачей данной работы является создание гониометра нового типа, сравнительно недорогого, позволяющего производить угловые измерения с умеренно высокой точностью в динамическом режиме. В целях создания такого гониометра в предлагаемой работе рассматривается вариант построения гониометра, работающего, так же как и ЛДГ, в динамическом режиме, но использующего в качестве угловой шкалы инкрементный преобразователь угла.
Бесконтактное измерение углового положения "внешнего" объекта
Определение такой важной погрешности является относительно простой процедурой, а полученные численные значения этой погрешности («паспорт» ФПУ) в дальнейшем вводятся в программное обеспечение системы обработки данных и затем компенсируются по соответствующим алгоритмам. Таким образом, найденная систематическая погрешность будет являться поправкой к результату измерения угла между гранями МП.
Для определения систематической погрешности (калибровки) преобразователя угла в динамический гониометр с ФПУ временно устанавливается КЛ (например, на поворотную платформу 2 вместо МП 10, рис. 2.1) и дополнительное приспособление, содержащее токосъемное устройство, которое служит для передачи на вращающийся КЛ напряжения питания и съема его: выходного сигнала. При вращении вала гониометра КЛ вырабатывает эквидистантные по углу импульсы (например, для КМ-11 это примерно 106 импульсов за оборот КЛ), которые суммируются в интервалах между метками ФПУ. Получаемые в результате такой процедуры значения углов для каждой пары меток на диске могут отличаться от номинального значения 5 цены деления шкалы на некоторую величину, являющуюся функцией угла поворота (р, Д(ф) = А(ф)к - б, где А - целое число импульсов КЛ, а к - его масштабный коэффициент. Таким образом с помощью КЛ, находятся значения, являющиеся разностью номинального значения цены деления шкалы (например, 72 угл.с для ФПУ типа ЛИР-3170А) и фактического (измеренного) углового значения между метками шкалы. После определения систематической погрешности ФПУ, как функции угла поворота, КЛ снимается с прибора, и дальнейшие угловые измерения проводятся уже только с учетом результатов калибровки ФПУ.
В разработанном ДГ используется инкрементный ФПУ ЛИР-3170А со встроенной муфтой, выпускаемый «СКБ Измерительные Системы». Принцип работы преобразователя основан на фотоэлектрическом считывании растровых сопряжений. В состав преобразователя (см. рис.2.4) входит растровое измерительное звено, состоящее из подвижного измерительного растра 1 с 18000 линий и неподвижного индикаторного растрового анализатора 2.
В состав растрового анализатора входят 4 поля считывания А, А, В, В, каждое из которых имеет пространственный сдвиг относительно предыдущего на 1/4 периода растра. Параллельный световой поток, сформированный конденсором 7 осветителя 3, проходя через растровое сопряжение, анализируется 4-х квадрантным фотоприемником 5. Соединенные соответствующим образом фотоприемники позволяют получить два ортогональных токовых сигнала ІА и 1в, постоянная составляющая которых. не зависит от уровня освещенности.
Кроме измерительных сигналов углового перемещения преобразователь имеет сигнал референтной метки (РМ). Этот сигнал, на графике IRi, вырабатывается, в общем случае, один раз за оборот вала и позволяет использовать преобразователь как датчик положения. При полном совпадении аналогичных кодовых растров Е и Д световой поток, принимаемый одной из секций фотоприемника 6 в 3-4 раза больше, чем при любом другом взаимном положении этих кодовых растров. Ширина сигнала РМ по уровню 1/2 от ее амплитуды не превышает периода одного из сигналов перемещения. Для фиксирования этого уровня вне зависимости от интенсивности осветителя 4 организован опорный сигнал: световой поток осветителя 4 через диафрагму Г поступает на вторую секцию фотоприемника 6.
Важным моментом, оказывающим непосредственное влияние на точность угловых измерений с помощью гониометра на основе ФПУ, является выполнение требований, предъявляемых к установке, закреплению, изготовлению и эксплуатации как отдельных компонент гониометра, так и целых узлов его конструкции. Как уже было сказано выше, ФПУ вносит некоторую систематическую погрешность в результат измерений. Для успешной компенсации этой погрешности и обеспечения ее стабильности во времени, его следует правильно установить в ДГ. При этом допусками для установки ФПУ являются значения, приведенные на чертеже рисунка 2.5. Кроме этого, следует строго соблюдать электрические (напряжение питания +5В±5%, потребляемый ток 150 мА) и механические характеристики, указанные в Таблице 2.1. Оптический нуль-индикатор предназначен для определения момента совпадения двух направлений в динамике: направления на объект (нормали к отражающей поверхности) и опорного направления (оптической оси нуль-индикатора). Устройство может использоваться как составная часть, динамического гониометра для калибровки многогранных призм. Кроме того, НИ может использоваться в ДГ, предназначенном для бесконтактного измерения углового положения "внешнего" объекта (см. раздел 2.2.). В этом случае световой пучок НИ сканируется вращающейся многогранной призмой. Оптическая схема НИ представлена на рис.2.6. НИ представляет собой двухлучевой интерферометр Тваймана-Грина со светоделительной призмой типа бипризмы Дове и интегральной регистрацией интерференционной картины фотоприемником. В качестве источника света используется светодиод. Свет от источника (S) проходит конденсор (К) и падает на диафрагму Д х, которая находится в фокусе объектива (О (). Сформированный параллельный пучок света после прохождения диафрагмы Д 2 приобретает прямоугольную форму. Далее световой пучок падает на входную грань (1) бипризмы Дове (Пр).
Влияние узкополосной составляющей нестабильности угловой скорости вращения
Принципы построения динамического гониометра на основе ФПУ, изложенные в главе 2 были реализованы в созданном макетном варианте гониометра. Макет гониометра был изготовлен по соответствующей конструкторской документации.
С использованием созданного макета ДГ был проведен цикл экспериментальных исследований. При проведении экспериментальных 4 исследований решались следующие задачи: - калибровка ФПУ ЛИР-3170А с помощью КЛ и использование найденной в процессе калибровки систематической погрешности ФПУ при составлении алгоритма работы ДГ; - исследование долговременной стабильности систематической погрешности ФПУ; - исследование влияния температуры окружающей среды на систематическую погрешность ФПУ; - проведение на макете ДГ измерения углов аттестованной многогранной Ф призмы и оценки реальных точностных характеристик созданного ДГ. Для обеспечения высокоточных угловых измерений с помощью разрабатываемого ДГ с ФПУ в режимах, описанных в главе 2, необходимо осуществить процедуру калибровки ФПУ. Блок-схема экспериментальной установки для проведения калибровки ФПУ ЛИР-3170А представлена на рис.4.1, а фотография - на рисунке 4.2. Блок электроники 4 включает в себя внешние источники питания для двигателя, обеспечивающего стабильное вращение вала ДГ, внутренней электроники ФПУ 3 и электроники КЛ 10. Одновременно с этим, блок электроники с помощью входящих в его состав устройств формирования и согласования входных сигналов, обеспечивает передачу данных от КЛ и ФПУ на вход интерфейсной платы 8, подключенной через шину ISA/PCI к ЭВМ 9. Интерфейсная плата содержит 10 счетчиков сигналов: по 3 счетчика на каждый из информационных каналов (КЛ, ФПУ1 и ФПУ2) и отдельный счетчик для тактирования импульсов. Съем данных производился с использованием деления меток ФПУ с заданным коэффициент деления. Процесс калибровки производился при следующих параметрах: - число меток ФПУ - 18000 (соответствует ФПУ ЛИР-3170А); - число оборотов ротора ДГ - 25 (оптимальное число для набора массива статистических данных); - коэффициент деления - 50. При заданном коэффициенте деления 50, из 18000 меток в калибровке использовались только 360, что соответствует калибровке датчика по меткам, расположенным через 1. Полученные данные, содержащие информацию со счетчиков о числах импульсов, обрабатывались для нахождения систематической погрешности исследуемого ФПУ. Алгоритм обработки (скрипт), написанный в программе Origin (см. Приложение), представлен в виде блок-схемы (рис. 4.3). В начале работы программы обработки результатов данные импортировались в прикладной пакет Origin. После этого вводились параметры (число меток и коэффициент деления) ФПУ, а также направление вращения ротора поворотной платформы, при котором производится съем данных. В третьем блоке алгоритма производился так называемый «досчет» дробных импульсов по каналам ФПУ1 и ФПУ2 с использованием результатов суммирования импульсов высокостабильного кварцевого ГИ и после этого производилась проверка полученного массива данных на переполнение разрядности счетчиков (и при необходимости - корректировка данных). Затем определялась арифметическая полусумма данных по каналу ФПУ 1 и ФПУ2. Вследствие чувствительности КЛ к угловой скорости вращения Земли, и в зависимости от выбранного направления вращения, производилась соответствующая процедура корректировки данных. В заключение работы программы, после статистической обработки и нахождения дисперсии и СКО погрешности измерения определялась систематическая погрешность ФПУ. т Основной задачей измерений являлось определение систематической погрешности ФПУ (разности между фактическими значениями углов между метками ФПУ, измеренными с помощью КЛ, и их номинальными значениями, равными 1). Как уже отмечалось ранее, полученные данные используются в качестве поправки к результату измерений, проводимой с помощью ДГ на базе ФПУ. Рассмотрим экспериментальные данные калибровки ФПУ ЛИР-3170А, полученные при различных условиях. На рисунке 4.4 представлены 4 кривые (ccwl - ccw4), соответствующие щ значениям систематической погрешности ФПУ, полученным при вращении ротора ФПУ против часовой стрелки и их среднее значение (meanCCW). Значение погрешности составило ±1.2 угл.сек. Кривые построены по четырем сериям измерений, последовательно снятыми друг за другом (можно считать, что в пределах одной реализации) в течение 25 оборотов ротора ФПУ каждая. При этом задавалась постоянная угловая скорость вращения, равная 0,6 об/сек. При увеличенном масштабе хорошо видно (рис. 4.5) , что наибольшее различие кривых систематической погрешности ФПУ между собой находится в пределах ±0.05 угл.сек. Для каждой метки ФПУ, использовавшейся в измерениях, по всем 4 сериям измерений (25 оборотов в серии) с помощью стандартных средств программы Origin было оценено СКО. Полученные значения СКО показаны на рисунке 4.6. Средняя величина СКО составляет примерно 0.02 угл.сек, а СКО среднего 0.01 угл.сек. Найдем случайную погрешность калибровки ФПУ внутри серии из этих 25 оборотов. Изменения систематической погрешности выглядят следующим образом (для наглядности показаны только 12 из них - рис. 4.7). Максимальный разброс значений измеренной систематической погрешности от оборота к обороту при 25 значениях составляет ±0.3 угл.сек. График СКО систематической погрешности по 25 оборотам показан на рис. 4.8. Из графика видно, что СКО по 25 оборотам равно 0.135 угл. сек, а СКО среднего, соответственно равно 0.027 угл.сек, что соответствует СКО по 4 сериям измерений. Для противоположного направления вращения ротора ФПУ графики и интервалы погрешностей получаются схожими.
С целью исследования долговременной воспроизводимости систематической погрешности ФПУ были проведены ее измерения в течение, почти двухмесячного интервала. Кривые паспортного значения калибруемого ФПУ, полученные в разные дни, представлены на рисунке 4.9. Разброс результатов калибровки составил +0.12 угл.сек. (см. рис. 4.10, показывающий кривые в увеличенном масштабе). СКО в серии из этих 7 измерений находится на уровне 0.046 угл.сек. и показано на рис. 4.11.
Исследование долговременной воспроизводимости систематической погрешности ЛИР-3170А
В данной главе приводятся результаты испытаний разработанного ДГ. Испытания заключались в калибровке МП, предварительно аттестованной с помощью эталонной углоимерительной установки во ВНИИМ им. Д.И. Менделеева,
Схема экспериментальной установки приведена на рис. 4.30, а ее фотография - на рис 4.31. Подлежащая калибровке МП 4 устанавливается на поворотную платформу 2, вал которой привод 1 вращает совместно с ротором ФПУ 3. НИ 5, установленный на неподвижное основание, оптически связан с гранями поверяемой МП. Блок электроники 6 включает в себя все источники питания (для привода, электроники ФПУ и НИ) и устройство формирования исогласования сигналов. Интерфейсная плата 7 подключена в слот расширения ISA/PCI ЭВМ 8.
К блоку электроники ДГ подключаются 3 выходных сигналов ФПУ (один сигнал от референс-метки и два - от считывающих элементов) и выходной сигнал НИ. Выход блока электроники подключается ко входу интерфейсной платы. Основной функцией интерфейсной платы по-прежнему является подсчет периодов информационных сигналов (на этом этапе - ФПУ1, ФПУ2, время), поступающих между рабочими фронтами управляющего сигнала (в данном случае - сигнал НИ) и их фиксацию для дальнейшей передачи в ЭВМ.
Алгоритм обработки данных имеет следующую структуру. После импорта данных в программу Origin, задается число граней аттестуемой призмы, вводятся данные систематической погрешности данного ФПУ и указывается направление вращения ротора ФПУ. Далее, с использованием чисел, полученных при суммировании импульсов ГИ, осуществляется «досчет» импульсов ФПУ по каждому из каналов и после проверки на переполнение счетчиков и наличие сбоев данных, производится вычисление полусуммы данных по каналу ФПУ1 и ФГГУ2. Затем, полученные на этом этапе данные, корректируются на полученную при калибровке ФПУ систематическую погрешность. После проведения статистического расчета все данные о результатах калибровки МП выводятся на монитор в виде соответствующих графиков.
МП устанавливалась на поворотную платформу, которой задавалась постоянная угловая скорость вращения, равная 0.6 об/сек (обеспечивались сходные условия с этапом калибровки ФПУ). Опишем методику измерений на этом этапе. Определение систематической составляющей погрешности. а) В течение 25 оборотов поворотного стола производилось измерение углов р. к , между /-ой и /+1-ой гранями МП при ее фиксированном положении относительно поворотного стола. (/ .. - номер оборота, к - номер положения призмы на поворотном столе). б) Определялись средние значения по 25 оборотам: в) Из полученных значений вычитались номинальные значения углов между гранями призмы и определялись отклонения значений углов от номинала Др(., — см. рис. 4.32. г) Далее, производился разворот призмы относительно поворотного стола на угол 90, производились измерения, аналогичные измерениям по пп. а)-в), и определялись значения Д - 2. Затем призма еще 2 раза разворачивалась на 90 и каждый раз производились операции, описанные в пп. а)-в). Тем самым реализовывалась процедура так называемой кросс-калибровки, позволяющей получить оценку не только углов призмы, но и систематической погрешности самого гониометра, д) После окончания вышеуказанных действий, производилась статистическая обработка полученного массива значений Afy к следующим образом: к=\ График на рис. 4.33 показывает результаты 4-х измерений углов (их отклонения от номинала) МП при ее последовательном развороте на 90 (определялось влияние положения МП) и усредненное значение по ним (mean). е) Затем определялась систематическая погрешность прибора. Для этого находилась разность каждой кривой (ccwl-ccw4) и кривой их среднего значения (mean). После этого каждая кривая сдвигалось по фазе относительно предыдущей на величину, соответствующую развороту МП (на 45) после чего полученные кривые усреднялись (рис. 4.34). Из полученного графика видно, что погрешность сосредоточена на 1 и 2 гармониках. Предположительно, первая гармоника соответствует ошибке установки плоскости НИ, а вторая - ошибка установки плоскости МП относительно оси вращения [61]. Суммарная ошибка оказалась в пределах ±0.12 угл.сек. ж) Полученные средние значения углов МП сравнивались с паспортными значениями: где A(p[sp паспортные (результаты аттестации МП во ВНИИМ) значения отклонения углов призмы от номинала (Таблица 4.2). Полученные значения являются по сути дела результатами сличения разработанного гониометра с эталонной установкой и характеризуют его точность. Построим график по значениям Д[ (см. рис. 4.35) и покажем на общем графике (рис.4.36) кривые А{ и систематической погрешности прибора. В таблице 4.3 показана разность этих двух кривых, обусловленная погрешностью измерения углов МП на эталонной установке и ошибкой угловых измерений с помощью ДГ. Перейдем от значений погрешности определения межгранных углов МП (см. рис, 4.35) к значениям погрешности определения накопленного угла от первой грани до каждой последующей и покажем их на графике (рис. 4.37) и занесем результаты в таблицу 4.4 з) Далее, необходимо определить максимальное значение из всех найденных отклонений Амах, равное 0.35 угл.сек. Это значение будет являться максимальным значением систематической погрешности гониометра.
