JJF 1669-2017三轴转台校准规范-(高清原版).pdf
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1、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 布市场监管总局市场监管总局三轴转台校准规范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
2、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市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人: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市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3
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市场监管总局市场监管总局引 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
4、6 92 0 1 7市场监管总局市场监管总局三轴转台校准规范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
5、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
6、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
7、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市场监管总局市场监管总局的坐标零位。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
8、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 9
9、2 0 1 7市场监管总局市场监管总局6 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
10、 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
11、 92 0 1 7市场监管总局市场监管总局7 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
12、.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
13、接触并读数。旋转安装基准4J J F1 6 6 92 0 1 7市场监管总局市场监管总局面并移动量块,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;
14、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 7市场监管总局市场监管总局f=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
15、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W
16、y 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市场监管总局市场监管总局图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
17、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
18、is i n(9)7J J F1 6 6 92 0 1 7市场监管总局市场监管总局 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
19、-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市场监管总局市场监管总局 b)数据处理及结果数据处理同7.2.4
20、.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
21、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
22、6)W2=(Y1 2+Y1 6)/2-(Y2 2+Y2 6)/2/2(1 7)9J J F1 6 6 92 0 1 7市场监管总局市场监管总局W3=(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W
23、1、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
24、,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
25、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市场监管总局市场监管总局图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
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