干涉检查技术

关键词: 部件 局部 干涉 加工

干涉检查技术(精选八篇)

干涉检查技术 篇1

1 五轴数控加工中的干涉检查

1.1 应用干涉检查技术的实践意义

现阶段, 在我国各项生产制造的基础环节中, 采用五轴数控加工部件较为常见, 但在不同技术支撑下的加工效果不尽相同, 所制作出来的加工部件质量也略有差异。究其原因在于, 五轴数控加工设备在原有基础上进行了优化改造, 较传统车床设备多出两个自由度, 所以, 在五轴数控加工过程中极易发生加工部件碰撞的现象。基于此, 五轴数控加工中干涉检查环节极为重要。在实践过程中, 为了简化五轴加工中更新刀具位置和方向的计算, 刀具和夹具用分层包围盒结构进行建模[1]。同时, 为了应用计算机图形学中高效的三维物体碰撞检查的分离轴理论, 对自由曲面进行八叉树建模。实践表明, 五轴数控加工中的干涉检查环节的有序进行能够提升加工效率及加工部件的质量。

1.2 五轴数控加工中干涉检查的步骤分析

五轴数控加工环节中的干涉检查首先进行的是刀具包装盒碰撞检测, 该项内容是在八叉树的第一层子节点之间所进行的。如果该过程发生部件干涉, 则对其下层的子节点递归进行干涉检查, 直至确定了部件的具体干涉位置。当确定了发生干涉节点的位置, 或者确定子节点没有发生干涉时, 五轴数控加工过程中的干涉检查过程则停止, 而进入到下一环节———递归环节当中。在递归过程中, 只对发生干涉的节点进行处理, 没有发生干涉的部位则不需要处理。至此, 完成五轴数控加工环节的干涉检查。

2 五轴数控加工干涉检查技术分析与研究

通过采用五轴数控加工中的干涉检查技术对生产过程做适当的维护, 可以在一定程度上避免刀具及部件发生碰撞。在实施干涉检查的过程中, 在刀具部位所实施的包装盒碰撞检测是在设备中的节点间进行的。当在包围体之间检查到干涉时, 对表面八叉树叶子节点中的离散表面点采用离散矢量法进一步检查, 以确定加工部件是否的确与刀具间发生了干涉现象[2]。在具体实施检测的过程中, 可将干涉检查分为局部干涉检查与全局干涉检查, 这两种技术的应用都给实践工作带来了便利, 且后者的作用更为显著。

2.1 五轴数控加工中局部干涉检查技术研究

五轴数控加工过程中所应用的局部干涉检查技术主要依托刀具干涉检查算法实现。该方法的计算过程较为繁琐, 而且即便是通过局部干涉检查以后, 仍存在一些干涉节点, 或是产生新的干涉点。尽管如此, 五轴数控加工中的局部干涉检查技术的应用也为实践带来了新的加工理念, 并且在此基础上探究新的技术方法来对加工质量进行改良。

2.2 五轴数控加工中全局干涉检查技术研究

在五轴数控加工局部干涉检查技术实施的基础上, 提出了全局干涉检查的方法, 该技术能够借助空间中的三维坐标系变换的原理, 对所加工部件的复杂曲面进行干涉检查, 进而提高了管控刀具落点的准确度。另外, 基于碰撞的时间和空间的相关性原理, 下一个循环时发生干涉的节点通常在上一次干涉的节点附近。一般情况下, 在检查之前, 首先检查上次发生干涉的节点的周围, 采用这种方法可以降低逐层遍历的计算负载。

通过五轴数控加工过程中所进行的全局干涉检查技术的应用, 简化了计算步骤, 即对干涉点的检测是通过最小二乘法确立最小包容区域以及刀具姿态最优偏转轴及偏转角。为了防止在偏转过程中产生新的干涉, 确立了刀具落点或轨迹的有效区域, 数控加工过程掌控了偏转角度能够避免刀具干涉的发生概率[3]。

3 结束语

通过对五轴数控加工干涉检查技术进行细致的研究, 并结合具体的实践过程来判断, 将该技术应用于实际工业生产的过程中是极为可行的。在实践中, 应用全局干涉检测技术的五轴数控加工过程的实施效果较好, 能够将曲面监测点变换至加工设备刀具局部坐标系中, 进而通过判断落点来实施干涉检查。这样一来, 不仅在一定程度上降低了计算量, 而且提升了五轴数控加工环节的工作效率。可见, 五轴数控加工中的全局干涉检查技术具备一定的可行性, 在此项技术支撑下的生产加工过程更为高效。

参考文献

[1]王国勋, 舒启林, 王军, 王宛山.复杂曲面五轴加工干涉检查的研究[J].中国机械工程, 2014.

[2]刘雄伟, 张平, 刘飞鹏, 徐志洋.基于三角面——三角形相交检测的五轴数控加工碰撞干涉检测算法研究[J].机床与液压, 2011.

云纹干涉载频调制技术及分析 篇2

云纹干涉载频调制技术及分析

在物体变形场的测量中,云纹干涉的载频调制技术有重要作用.在云纹干涉中,对称光照明产生的.衍射光沿试件栅表面的法线传播并产生干涉.通过改变照明光的入射角度,可实现变形条纹场的空间调制.通过光程差的分析说明了载波条纹产生的机理,得出了载波频率与照明光入射角度变化之间的关系式.利用三点弯曲加载结合二维载频调制实验,给出了实验结果.证明了在初始条纹较少的情况下,载频调制技术能有效地测量物体的位移场.

作 者:孙平SUN Ping  作者单位:山东师范大学,物理与电子科学学院,济南,250014 刊 名:光子学报  ISTIC PKU英文刊名:ACTA PHOTONICA SINICA 年,卷(期):2007 36(8) 分类号:O348 关键词:物理光学   云纹干涉   调制   载波  

干涉检查技术 篇3

1 PROE二次开发技术的相关研究

Pro/ENGINEER[1]二次开发工具为Pro/TOOLKIT, 该工具具有充分拓展Pro/ENGINEER功能的能力, 为用户提供一个相对庞大, 且运用在底层资源调用的C语言函数库与头文件, 要编写一个相对完整的二次开发程序必须采用Pro/TOOLKIT工具。编写源文件包括:程序源文件、资源文件, 其中资源文件又包括:信息资源文件、菜单资源文件、对话框资源文件, 在文件编写过程中, 一旦发生错误, 便可利用Pro/TOOLKIT工具自带的Make file进行修改。装配模型主要发展趋势是由图表达的拓扑结构向树表达的登记层次结构发展, 装配建模体外与内在的关系主要集中以下方面:一是必须将这些信息恰当组织起来, 充分支持整个CAD系统;二是装配模型应囊括哪些信息。现阶段, 我国对Pro/ENGINEER二次开发技术的研究不够深入, 设计工作流程缺乏一定的完善, 导致设计人员的每一道工作流程都很难达到基本标准, 不能对设计工作的严谨性与安全性起到充分保障[2]。据此我们必须将三维建模技术充分应用其中, 根据相应数据来实现数字化系统, 根据系统特点适时调整, 利用相关数据来进行计算, 有利于设计工作的顺利开展, 为Pro/ENGINEER二次开发技术的发展奠定重要条件。

2 三维建模技术在装配干涉检查中的实际应用

三维建模技术是一门通过软件来实现模型的技术手段, 具有直观、形象的特点, 在工程设计与系统设计中都得到了充分应用[3]。常见的三维建模技术包括:构造型立体几何表达法、边界表达法、参数表达法以及单元表达法等。当前我国对三维建模技术的研究不够深入, 其成就理论相对较少, 未能形成科学系统的理论体系。为了促进Pro/ENGINEER二次开发, 相关人员必须将三维建模技术充分应用到装配干涉检查中去。CATIA[4]是法国Dassault System公司旗下的CAD/CAE/CAM一体化软件, 先进已得到世界范围内的认可, ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析 (FEA) 软件, 能与多数计算机辅助设计, 软件接口, 实现数据的共享和交换。

三维技术应用功能相对广泛, 首先, 能对工程设计中涉及到的所有不同机械建模呈现的问题进行有效解决, 对具有复杂性的逆向工程、曲面变形进行科学合理的设计, 并能及时生成建模数据, 应用价值非常高;同时, 能根据工程设计中的部件问题进行合理设计, 充分促进整个机械工程设计的速率及质量的提高;三维建模技术能对装配中的问题进行有效解决, 加入部分设计经验及规则制度, 为后续设计提供帮助, 充分提高系统运行速度。此外, 三维技术能够对EXCEL数据进行有效处理。不仅能很好保障数据的正确性, 还能将这些数据转化为相应的子系统, 对装配干涉检查起到至关重要的作用。

三维建模技术具有很高的应用价值, 该技术具有一定的灵活性与变化性, 能实现电子设备的互联, 能充分提高系统运行速度, 且会顺应时代的发展, 对其及时更新。相关人员在应用这种技术时必须按照一定步骤实施, 利用相关零件组合成为逻辑实体, 以此确保数据的精确性, 最后再对网格剖分进行相应调整, 与此同时依照零件外形之间存在的拓扑关系进一步明确其相应的特征, 完成模型制作, 对模块自身的辅助特征进行科学合理的加工操作, 进而完成相应的造型工作。

3 结束语

随着我国科学技术与经济水平的不断发展, 我国的软件开发迅速得到发展, 但在当前发展局势下, 越来越多的问题逐渐产生。引发这些不良现状的主要原因是由于相关人员对Pro/ENGINEER二次开发技术的研究深度不够。据此, 我们必须加强对Pro/ENGINEER二次开发技术的有效研究, 使我国工程系统与设计系统皆能得到有效应用, 使其更具科学性、严谨性。此外, 我们应将三维技术充分应用到整个设计工作中, 对设计人员的素质水平进行强化, 未经培训的设计人员不能让其立即上岗作业, 相关研究人员应该对三维技术不断进行发展与创新, 充分拓展该技术的应用领域, 保障设备质量, 促进整个机械行业的全面发展。

摘要:Pro/ENGINEER是美国参数技术公司旗下CAD/CAM/CAE一体化的三维软件, 在国内产品设计领域中占据着重要位置。Pro/E第一个提出参数化设计概念, 并采取单一数据库对其相关性问题进行解决, Pro/E主要采用模块方式, 可进行草图绘制、装配设计、零件制作与加工处理等, 充分满足用户需求。

关键词:PROE,二次开发,三维建模

参考文献

[1]梁彦超, 徐筱欣.基于PROE的船舶机舱三维布置设计研究[J].船舶工程, 2011 (03) :69-71+74.

[2]刘玉秦, 宋彦.基于Pro/TOOLKIT的Pro/E二次开发技术研究[J].制造业自动化, 2011 (20) :6-9.

[3]刘玉刚.基于PROE技术的分级破碎机设计与分析[J].选煤技术, 2012 (04) :79-81+84.

[4]李显明, 李卫国, 周亮, 王平.基于Pro/E和VB的齿轮库二次开发[J].机电一体化, 2012 (05) :61-64+82.

[5]梅启元.Pro/E软件定制开发实现分析[J].电子机械工程, 2013 (01) :60-64.

干涉检查技术 篇4

本文以UG为平台对车削加工中的碰撞和干涉检查的算法进行了分析和研究, 把三维实体间的碰撞检查简化为二维多边形之间的碰撞检查, 即在车削仿真过程中将两物体间的检查变成平面内多边形间的重叠性检查, 只要生成部件实体模型的多边形之间没有重叠现象, 则两个实体之间就不会存在碰撞干涉, 反之则一定存在碰撞干涉。最后, 通过仿真实例说明所提方法的合理性与有效性。

1 碰撞干涉的定义

R·K·Culley从时空的角度给出了发生碰撞干涉的定义:即在某一个时刻t, 如果空间中位于L1, L2, L3, …, Ln 的n个物体S1, S2, S3…, Sn 中, 存在一对或多对物体同时占据某块空间, 那么就认为发生了碰撞干涉。在加工过程仿真中干涉检查具体为检查加工过程中的刀具、工件、夹具、机床元件以及环境物体之间的碰撞。由于干涉检查往往都有实时性的要求, 而且也是干涉回避及其它空间规划问题的基础, 因此, 算法的效率及可靠性 (无漏判或误判) 是干涉检查算法研究的核心。

2 碰撞干涉检查的算法

零件加工过程包括加工过程的碰撞监测和加工过程干涉碰撞检查。加工过程的碰撞监测是考虑具体的加工环境因素的影响, 包括机床工作加工空间、所用夹具和加工刀具等因素。加工过程的碰撞监测可以采用区域干涉检验的方法, 即在任意时刻, 将切削刀具包围轮廓和静止件 (机床和夹具等) 包围轮廓作二维布尔运算, 如有相交情况, 则说明该加工位置有碰撞情况发生, 对应的加工指令需要修改。进行干涉检查时需要在插值点将加工刀具主偏角和副偏角与直线倾斜角度进行比较, 对于直线段轮廓, 将与该插值点的直线倾斜角进行比较, 对于圆弧段轮廓, 则与该插值点在圆弧轮廓的切线的倾斜角进行比较。

对于圆弧段轮廓有顺时针圆和逆时针圆两种情况。干涉检查时根据加工零件轮廓的内外表面和刀具切削加工方向 (从左向右切削和从右向左切削) , 对刀具角度和加工轨迹倾斜角度的比较要进行调整。以右手刀外轮廓加工为例, 对于直线和圆弧的干涉检查如图1所示。图中a, b, c分别是被加工表面为直线、外凸弧线和内凹弧线的情况。Kr为主偏角, Krt为副偏角, E为刀尖角, A为与切削加工方向相反的倾斜角, B为与切削加工方向相同的倾斜角。当A>Krt时, 刀具的副切削刃和零件表面就发生干涉, 当180°+B<180°-Kr时, 刀具的主切削刃和零件表面干涉, 这时车削就会发生过切。对于加工方向和加工轮廓的不同, 以上判别式要进行调整。零件加工过程干涉碰撞检查是刀具在切削加工过程中, 刀具与已加工过的表面或待加工的表面间的干涉与碰撞检查, 其具体检查算法流程如图2 所示。

3 碰撞检查的实例

本文以UG为平台对数控车削仿真过程中的干涉检查进行了理论分析和实例验证。为了进行车削仿真过程中的干涉检查, 作者建立了车床, 刀具, 工件和夹紧装置的三维模型。仿真过程中碰撞检查的部件模型如图3所示, 分别为仿真系统中参与碰撞干涉检查的各个部件的实体模型。

图4所示为在车削外圆时, 系统检查到的刀架与工件端面发生的碰撞。此时, 系统会弹出碰撞警告消息, 并且在代码显示区域显示错误的代码行。在进行外表面车削时刀具与卡盘发生碰撞的检查结果, 系统同样会弹出警告消息, 并且在代码显示区域显示错误的代码行。

4 结语

本文对车削加工仿真中碰撞干涉检查的算法进行了深入的研究, 并以UG为平台, 通过实例对车削加工仿真过程中可能发生的碰撞干涉进行了实例分析。进一步验证了仿真算法的正确和有效性。这一算法的实际应用能减少加工中刀具和原材料的浪费, 提高生产效率, 对虚拟加工和制造也具有很重要的意义。

摘要:碰撞和干涉检查是加工过程仿真的主要内容, 采用区域干涉检查法, 将车削仿真过程中三维实体间的碰撞检查简化为二维多边形之间的碰撞检查, 并以UG为平台对仿真过程中可能发生的碰撞干涉进行了实例分析, 验证了算法的正确性和有效性。

关键词:车削加工,仿真,碰撞检查

参考文献

[1]Cullev R K, Kempf K G.Acollision detection algorithmbased onvelocty and distance bound[C].IEEE International Conferenceon Robotics and Automations Proceeding, 1996.

[2]赵继政, 魏生民, 杨彭基.数控加工验证技术及误差分析[J].机械工业自动化, 1998, 4 (2) .

[3]陈元琰, 张晓竞.计算机图形学实用技术[M].北京:科学出版社, 2000.

干涉检查技术 篇5

1 干涉/间隙检查

1.1 干涉/间隙检查定义

1.1.1 干涉检查

检查零件数模在设计整车装配位置是否与其他零件数模存在干涉问题,分为静态干涉和动态干涉。静态干涉指零件之间在数模中静止位置就存在穿透状态;动态干涉指模拟零件运动状态(如轮胎包络)或评估所需设计安全距离内与其他零件产生接触或穿透状态。

1.1.2 间隙检查

检查零件在设计位置是否存在与其他零件的静态或动态间隙不足问题。为实现安保防灾要求,运动件、高温件、易磨损件一般与周边零件有一定的间隙要求,该间隙要求由系统工程师提出,间隙检查人员配合检查。

1.2 干涉/间隙检查流程

干涉/间隙检查工作应贯穿整个开发过程,由粗到细,由虚到实,做到每一个环节都不遗漏。

干涉检查根据项目周期可以分为设计过程中的干涉检查、后期进行验证干涉检查,以及后期发生设计变更后的干涉检查。对于设计过程中的干涉检查需要对分析的结果进行实时的跟踪,并检查所关注的干涉是否已经消除或引起新的干涉。

对于零件更新后,零部件的干涉检查又分为单个零件与系统之间的干涉检查和一组零件与周围零件的干涉检查。

每个阶段的干涉检查都要有检查报告、完善干涉问题清单,对每一个阶段的零件更改做详细记录,方便后面查找零件更改的原因,好的改进措施也可整理成经验教训。

1.2.1 整车开发过程中干涉/间隙检查工作阶段划分

主要划分为以下4个阶段(如图1所示)。

(1)概念设计、总体布置阶段:划分合理的零部件布置位置和区域,考虑零件制造装配误差及运动关系,严格控制静态/动态间隙要求,零件变形及制造误差均要考虑在内,检查并指导零件开发设计,校核其空间位置关系,协调解决设计过程中出现的干涉问题,平衡空间间隙要求,在节点数据锁定后,应用Vis Mockup软件对设计数模进行干涉检查。

(2)详细结构设计阶段:对整车零部件数模进行多次干涉间隙检查(见下文说明),按设定空间位置设计零部件,对零件周边间隙进行自检,按标准要求规范数模设计,发布符合要求的正确状态数模,及时处理设计/验证/生产过程中出现的干涉问题,零件更改后及时告知相关联区域。

(3)样车试制验证阶段:对样车进行排查,发现可能的动/静态干涉问题,其主要是针对管线布置所进行的检查。

(4)正式生产阶段:通过组织定期进行评审,及时发现因为零部件状态变异、生产装配工艺变异等主要原因导致的问题,并迅速进行整改,避免出现大规模质量问题,确保生产与设计的一致性,以及保证生产的顺利进行。

1.2.2 整车开发过程中干涉/间隙检查工作职责划分

干涉/间隙检查不能简单地定义为某一方的职责,因为干涉问题并非技术难题,而是显而易见的问题。而且,产品开发涉及多个区域,每个阶段都有起主导作用的区域,只是在不同的开发阶段干涉检查的工作内容与方式有所不同,所以各区域负责只能说明在这个阶段起着主导作用。各区域工作职责见表1,其中英文字母“R”表示负责;字母“A”表示认可;字母“S”表示支持;“I”表示通知;字母“C”表示考虑;“N/A”表示本项不适用。

1.2.3 干涉/间隙检查时间规划

整车数模干涉检查工作在整个项目开发过程中共需要进行3次,分别是T1/T2数据发布之前及T2数据发布之后(如图2所示)。

1.3 干涉/间隙检查规范

干涉检查从整车角度看,也可以分为系统内部零件的干涉检查和系统与系统之间的干涉检查。整车可以分为若干个系统,如车身、底盘、内饰、外饰、动力总成、开闭件及线束等。零部件的干涉检查又分为单个零件与系统之间的干涉检查和一组零件与周围零件的干涉检查。

对于零件更新后,零部件的干涉检查又分为单个零件与系统之间的干涉检查和一组零件与周围零件的干涉检查。

1.3.1 干涉/间隙检查的一般规范步骤

(1)在做干涉/间隙检查前,要先获得满足要求的锁定版本数据,并正确生成JT文件。只有已经锁定并正确生成JT文件的数据,才会被用于数据检查工作,以保证各方工作数据的一致性及可追溯性和Vis Mockup中数据的完整性

(2)针对所要检查的数据,明确其干涉/间隙技术要求,间隙要求由相关零部件工程师给出。

(3)干涉检查后要出检查报告,报告中包括干涉件所属位置、涉及干涉的零部件名称、干涉量的大小,进而帮助设计人员对零部件模型进行必要的修改。

1.3.2 干涉/间隙检查技术要求

针对不同的零件,干涉/间隙检查技术的要求也不尽相同,发动机、变速器到周边零部件间隙技术要求见表2。

2 Vis Mockup干涉/间隙检查

2.1 Vis Mockup简介

Vis Mockup是总布置做干涉/间隙检查工作最常用的软件之一,除做干涉检查外,它还有很多其他的功能,比如剖视、测量等。它最主要用于产品的几何性分析,可以帮助产品开发工程师、制造装配过程工艺人员发现产品早期的设计缺陷,干涉检查也就是其中的一项工作,这样就可避免设计失误,缩短产品上市周期,减少物理样品成本。通过数字化产品生成和验证多重设计方案同时进行,大大降低了产品的开发成本。Vis Mockup可以在正常的速率下操作巨大模型(如汽车、飞机等),得到全部零部件的细节,可以帮助用户查看大型集成产品的设计状态。此外,它还可以和很多软件如I-DEAS Series、Pro/engineer、CATIA、Unigraphics、CADDS 4X/5/Solid Designer等进行无缝口,使用过程非常方便。

注:1.FF——前置前驱车型,FR——前置后驱车型,MR——中置后驱车型;2.行人头部保护要求,儿童头部保护区域为65,成人头部保护区域为85。

2.2 干涉/间隙检查方法

结合零件间隙技术要求,设定干涉/间隙检查量值,筛选出不满足或超过设定值的检查结果,再结合UG软件,仔细核查Vis Mockup软件检查的结果是否一致,定义问题类型并出报告。间隙检查功能用来查找小于或者等于设定的最小间隙值的所有零件,可以设置最小间隙值为0,从而只找出有接触或者穿透的零件,在静态单元对之间有3种方法来检查间隙。

(1)矩阵间隙(Matrix Clearance):在分析的所有单元之间,两两检查间隙值。

(2)选择对象的间隙(Selected Clearance):在一个或者多个选择的单元对之间进行间隙检查。

(3)组之间的间隙(Group to Group Clearance):检查在2组单元之间的单元对的间隙,对组内的单元则不进行间隙分析,进行组之间的间隙分析之前,必须对单元进行分组。执行组间隙分析,首先创建至少2个组,在3D Clearance工具条上,或者从间隙分析菜单上,选择“设置间隙(Set Clearance)”,然后输入“最小间隙值”,选择“Clearance→Group to Group Clearance→Setup”,在“Group to Group Clearance Setup”对话框中,为2组单元对选择不同的组,选择“Clearance→Group to Group Clearance→Run”,系统将开始计算在2个定义的组不同零件间进行间隙分析。

Vis Mockup干涉/间隙检查结果类型:P为穿刺即干涉(penetrate);C为接触(contact);D为有间隙(distance);U为未知(unknown),需进一步分析。VisMockUp干涉/间隙工具条如图3所示。

3 结论

本文主要阐述了利用Vis Mockup软件进行干涉检查工作,在整车开发的关键节点,通过vismockup软件对数据进行有效的干涉/间隙检查,大大提高了工程师进行干涉检查的效率,其检查结果便于统计,可靠性高,按以上所述干涉检查流程完成干涉检查工作,能大大降低后期造车出现干涉/间隙不足问题的风险,节约了大量开发成本。

参考文献

[1]杨振兴,康辉.Vis MockUp在虚拟制造中的应用[J].环球市场信息导报,2011(1).

[2]陈天凡,汤文成.虚拟装配及其工艺[J].工艺与装备,2004(11).

干涉检查技术 篇6

为尽快解决马尔百分表检查仪示值误差的校准方法难题, 我们通过查阅相关技术资料, 对其结构及工作原理有了进一步的认识。它是以光栅尺为读数基准, 通过工作台下丝杠的位移带动工作台上百分表或扭簧表的指针发生位移, 用这个位移量与其标准光栅尺的位移量产生的差值来对表类产品的示值进行检定的。

该仪器标准光栅尺的精度为 (0.2+L/100) μm, 其中L为检测点至零位的距离, 单位mm。首先要解决的是校准用计量标准器问题, 我们按其精度决定用精度为± (1.5×10-6L) μm的激光干涉仪作为计量标准器, 对其示值误差进行计量校准。

我们的校准方法是以激光干涉仪的读数为基准, 使马尔百分表检查仪的工作台处于零位。将马尔百分表检查仪光栅读数与激光干涉仪的读数同时清零。当马尔百分表检查仪的工作台由于其自身丝杆的运动而发生指示值的变化时, 固定在工作台上的激光干涉仪的反射镜也发生同样的位移量。在马尔百分表检查仪的显示屏及激光干涉仪的显示屏上可分别读到两者的位移量, 这两者的差值即为我们测得的马尔百分表检查仪的示值误差。

2 校准用计量标准器的装夹方法

马尔百分表检查仪出厂计量校准证书及相关技术文件规定, 该仪器的校准温度为 (20±2) ℃, 湿度不大于70%。我们决定在恒温效果好, 温度、湿度均符合要求的公司计量室进行检定。

根据校准方法及激光干涉仪的工作要求, 考虑到节约成本等因素, 我们用计量室的三坐标测量机的立柱与龙门架、理石平台及自行设计制作的卡具, 如图1所示进行安装。将马尔百分表检查仪置于理石平台上, 将激光干涉仪的激光头置于基座上, 将激光干涉仪的干涉镜装夹在三坐标测量机的立柱上, 用自制反射镜座将激光干涉仪的反射镜固定在马尔百分表检查仪的工作台上, 然后进行其校准的具体操作。

3 示值误差的校准方法

进行示值误差的校准时, 我们首先用手动方式将马尔百分表检查仪的工作台置于机械零位以下, 然后用该仪器的软件功能自动将其升至机械零位, 此时固定于马尔百分表检查仪工作台上的激光干涉仪的反射镜也处在零位。将马尔百分表检查仪及激光干涉仪的读数同时清零, 然后在马尔百分表检查仪的测量软件上设置检测点, 用自动方式进行示值误差的逐点校准。每一检测点的测量值分别为马尔百分表检查仪光栅的行程量及标准激光干涉仪的行程量, 我们分别从各自的显示屏中读出, 两者的差值即为示值误差, 从而完成对马尔百分表检查仪示值误差的校准。

4 校准中应注意的问题

在试验具体操作过程中我们总结出: (1) 激光干涉仪的安装一定要正确稳固, 否则将影响校准的准确性。 (2) 检测点的选择一定按马尔百分表检查仪的测量软件所规定的校准位置与间隔进行, 否则将影响校准的准确性。 (3) 校准前必须用手动方式将被校准仪器工作台处于机械零位以下, 因为只有这样才能保证马尔百分表检查仪按其软件功能自动从机械零位开始校准。 (4) 马尔百分表检查仪能自动监测光栅测头位置, 当测头位置超出量程范围, 会有报警音出现, 应立即停止运转, 退回测头, 以免损坏仪器。 (5) 不得撞击传感器, 不得拧动传感器上的螺丝钉, 以防传感器失灵, 影响精度。

结语

经过反复多次的实验证明, 只要我们有严谨、科学的工作态度, 加以精细的工作方法, 用激光干涉仪替代增量探头完全可以对马尔百分表检查仪的示值误差进行计量校准。

在探索马尔百分表检查仪示值误差的校准方法实验过程中, 虽然我们面对许多难题, 但这些问题的解决更新了我们的创新理念, 提高了我们分析问题、解决问题的能力。新校准方法节约了购买进口标准检具增量探头的大量资金, 提高了检测质量, 降低了检测误差。做到质量一流, 效益一流, 让企业永葆生机, 确保良好的效益和可持续发展

摘要:为进一步提高指示表类量具产品的质量, 我公司2011年购入一台德国生产的OPTIMAR100型马尔百分表检查仪。该仪器的示值误差在德国是用增量探头进行计量校准的, 在我国目前还没有厂家生产这样的计量标准器, 且我国现行国家计量检定规程有效版本JJG201-2008《指示类量具检查仪》中也没有规定该类型仪器示值误差的校准方法, 导致这台仪器进厂验收校准无法进行。为保证该仪器始终能在良好的计量性能状态下工作, 其示值误差的校准方法成了摆在我们面前的一个迫切需要解决的难题。

关键词:计量标准器,示值误差,计量校准,激光干涉仪

参考文献

[1]JJF1001—1998, 通用计量术语及定义[S].

干涉检查技术 篇7

测向接收机的作用是把从测向天线中收到的射频信号转换成中频信号, 供测向处理器分析。以前大多数接收机都是全部使用模拟电路, 但目前最先进的接收机已把数字技术和数字信号处理器引入到接收机中。ITU对用作VUHF频段无线电监测的模拟或数字接收机的关键性能指标有以下典型推荐值:

数字接收机比模拟接收机在频率转换、滤波、增益控制和解调上有更优越的性能和灵活性。数字接收机将模拟中频信号数字化, 并经过数字信号处理器实现滤波、微调谐和解调。数字化中频输出可用作进一步的处理, 如调制度、带宽和信噪比等指标的测量。干涉仪测向机只需从接收机的模拟中频输出中提取相位信息。

在接收机的射频特性方面, 接收灵敏度越高越好, 但是高灵敏度的射频放大器往往会导致较差的线性度, 产生接收互调, 使接收机产生大量的假信号, 影响正常接收。因此, 接收机除了有高的灵敏度外, 高的二、三阶互调截获点和低的噪声系数也至关重要。

除了要有合适的性能指标外, 测向接收机的两个通道都必须是同型和同本振, 以确保两通道的相幅一致。

接收机可采用模块化设计, 一台接收机可容纳2路射频接收通道, 且采用同源的本振。接收机频率覆盖20-3000MHz, 第一中频4.5GHz;射频前端配置非常灵活, 有可选的射频带阻滤波器器和宽带放大器。通常情况下可不加放大器以获得好的线性度;在信号很微弱时可接入放大器, 牺牲线性度来换取高的灵敏度。

测向系统通常安装在地势最高的山顶, 以达到最大的覆盖范围。但往往广播电台也出于此目的将发射台放在同一山顶, 这种情况经常碰到。为了避免由于附近强信号造成的阻塞, 在这种情况下可在射频前端插入广播频段的20dB带阻滤波器。

计算机可通过以太网接口对接收机进行控制, 实现频率设定, 功能器件选择, 滤波器、解调方式、增益控制、静噪的设置, 以及接收机自检等等功能。接收机模拟中频输出直接用于干涉仪测向。

二、测向处理器

来自双通道接收机的两路模拟中频信号在测向处理器中提取出相位差信息, 作相关运算后得出示向度。测向处理器通常是装有信号处理器的计算机, 由信号处理器来完成相位差的测量, 再由计算机作相关运算, 并完成测向显示功能。

测量相位差通常有两种方法, 一种是用鉴相器直接测量两路模拟中频信号的相位差, 再作A/D转换, 该方法通常应用在窄带信号;另一种方法是先把模拟中频信号经A/D转换, 数字中频数字下变频成基带信号, 最后在DSP中作FFT及相位差提取, 通常用在宽带测向。后者的测量精度往往比前者要高, 下面介绍基于这种方法的设计方案

快速宽带测向系统通常先把两路宽带中频信号作A/D转换成数字中频, 再经数字下变频 (DDC) 后成基带信号。对基带信号经FFT转成频域, 同时保留两路信号在同一时刻的相位信息。对在频率域上信号进行数字鉴相得到相位差数据作相关运算, 最后得出相应的示向度 (如图3左图) 。也可以将基带时域信号先进行数字鉴相, 再作FFT (如图3右图) 。两种方法中前者的鉴相精度会略高于后者, 尤其在低信噪比的情况下。

有两种方法实现以上功能:一种是基于计算机的方法:A/D转换和数字下变频由硬件实现, FFT、数字鉴相和相关运算在计算机上由相应软件实现。因为A/D转换和数字下变频目前都有专用的芯片和处理板, 无需对硬件编程, 实现较为简单。但大量的运算在计算机上完成会影响测向处理的速度。另一种是基于DSP/FPGA的方法:所有功能均由硬件实现, 除了A/D转换和数字下变频专用芯片外还需要有高速信号处理器。这种方法需要对DSP作繁复的编程, 但测向处理的速度较快, 测向的实时性强。而且运用DSP还可以完成对信号的解调、采集以及对接收机增益等的控制等。运用FPGA和DSP来代替计算机完成测向处理的功能, 而计算机仅用于实现数据接口和结果显示的功能。以下是基于这种方法的测向处理的设计构想。

双通道接收机输出的两路模拟中频信号经ADC和DDC完成数字化、下变频和数字滤波, 再在FPGA中完成复信号的FFT。由于用FFT运算复杂, 用DSP实现时占用大量资源, 速度较慢 (ADSP作1024点FFT要将近1ms) , 不利于宽带高速测向。FPGA具有高的可重配置性、巨大的I/O带宽、高速的运算能力能完成系统控制逻辑和执行运算速度快的算法, 完成1024点复数FFT仅需几十微妙。两路频域基带信号在DSP中完成数字鉴相和相关运算。

以上方法都是通过FFT加窗的方式来得到在FFT带宽内信号的对应解析度频谱的示向度。解析度越细, 完成一次FFT带宽测向的时间越长。另外还可以先对基带时域信号依指定的解析度带宽作窄带滤波, 再做时域鉴相。这种方法可以避免FFT的加窗泄漏造成的频谱干扰, 但实现起来比较困难。

参考文献

[1]吕庆玲.计算机网络安全与病毒防护[J].福建电脑, 2011, 1 (1) :85-86.

基于相位干涉仪的同时信号测向技术 篇8

1 基于相位干涉仪同时信号测向原理

图1为N基线基于相位干涉仪的同时信号的测向系统示意图,当平面电磁波从θ方向入射到线阵时,各阵元接收到的信号为

式中,{ dk}Nk =- 1 1为各天线阵元至0阵元( 第一个基线为0阵元) 的距离,也称为基线长度[1]。各基线接收到的信号分别进行数字化滤波,将滤波后接收通道0的输出信号分别与其它各通道滤波输出在同一信道内的信号进行相关运算,输出各阵元接收信号与0阵元接收信号的正交相位差,送至相位差测量与测向处理机。

当有同时多信号到达时,可对各阵元进行FFT变换,即对各阵元的输出信号进行频域处理,并进行门限检测,实现同时多信号频域分离,根据频率标记出每个信号所在信道,这就是频域信道化。

因此,对时域重叠频域分离的信号进行测向,先进行频域分离,再分别对处在同一信道内的信号进行鉴相和测向处理的方法称为基于相位干涉仪的同时信号测向。该方法包括多相数字信道化和一维多基线干涉仪测向两大核心技术。

1. 1 多相数字信道化技术

传统的数字信道化技术结构复杂,处理速度相对较慢且对硬件要求高,难以满足电子战侦接收机对瞬时宽带信号实时处理以及高精度测量的要求,所以引入了一种高效的数字信道化接收机系统。该数字信道化接收机系统是一种实时宽带数字接收机[2],采用了多相滤波和短时傅里叶变换( STFT) 相结合的算法结构,即多相FFT技术[3],能实现对宽带信号的实时滤波、检测和参数测量。其优点是不仅具有较高的时频测量精度和检测灵敏度,而且数据输出率低,降低了对后续的处理系统的要求。

如图所示为多项滤波器的FFT结构,该结构的优点在于通过抽取降低STFT预算处理的速度,便于硬件实现。

实现多相FFT算法结构的推导公式如下

其中N = p×q,k = 0,1,…,N - 1,k' = mod[k,q],p为抽取率,q为FFT点数。为第i路的q点FFT的结果。图2中,wi( m) = w( mp + i) ,i = 0,1,…,p - 1为中汉宁窗第i个多相分支的系数。

在图2所示的算法结构中,一帧数据( 长度为N) 被抽取为p路,每路q个点,加窗后通过q点的FFT模块后再进行q点串行p路并行的合成滤波,其中第i路的合成滤波器结构如图3所示。合成滤波器以先进先出( FIFO) 方式,q点串行p路并行输入输出。

多相FFT模块可分批分次地对不连续的p个信道同时进行检测,例如对第0,p,2p,…,( q - 1) p号信道同时并行检测,然后接着对第1,p + 1,2p + 1,…,( q + 1) p + 1号信道进行同时并行检测,以此类推,最后对第p - 1,p + p - 1,2p + p - 1,…,( q - 1) p + p - 1号信道同时并行检测,1帧数据共需要进行q次同时并行检测才能完成N个信道的检测。因为算法采用多路并行结构,所以多相FFT模块的数据处理速度和数据输出率等同于任意一路的数据处理速度和数据输出率。对于某一路而言,q点的FFT的运算量比N点FFT的运算量小得多,所以处理速度快很多,同时多相FFT模块的单路输出数据率降为STFT模块的1 / p,因此实时性和低输出数据率都得到保证。

1. 2 一维多基线相位干涉仪测向技术

一维线阵干涉仪测向系统的组成如图3所示,当平面电磁波从θ方向入射到线阵时,各阵元接收到的信号为

式中,{ dk}N- 1k= 1 为各天线阵元至0阵元的距离,也称为基线长度。接收通道0的输出信号分给其他各通道的相关器,输出各阵元接收信号与0阵元接收信号的正交相位差至相位差测量与测向处理机。

图 4 干涉仪系统结构

相位差测量与测向处理机首先测量各基线有模糊的相位差{ k(t) }N-1k=1 ,k( t) ∈[- π,π) ,k

然后再利用长短基线的关系,对{ k(t) }N- 1k = 1 解模糊和相位校正,计算信号的到达方向θ。

假设最短基线长度d1与单侧最大测向范围θmax满足式( 6) ,此时相位差1与方向θ具有单调对应关系,可以通过式( 7) 求解信号的到达方向

由于长基线解模糊后的相位误差较小,可由短基线求得的无模糊相位逐级求解长基线的无模糊相位并进行相位校正

解模糊后的相位都与来波方向具有唯一对应的关系

原理上任何一个相关器解模糊后的输出均可用来测向,但由于长基线相关器的输出精度高,诸多干涉仪测向系统为了简化计算,通常只用最长基线的相关器输出进行测向

根据最优估计理论,应该要求估计量与实测值的误差平方最小,即

对式( 11) 中变量θ求导,并令导数为0,可得到方向的最小二乘估计

对式( 12) 中的各参量求全微分,可得到其对测向误差的影响

这表明,在基线方向( θ = ±π/2) 误差发散,不能测向; dk/ λ越大误差越小; 此外应尽可能减小频率抖动、基线抖动和系统的相位误差。

由式( 8) 的相邻解模糊和相位校正算法可见,短基线的相位误差会被放大相邻基线比,然后再进入相邻长基线的解模糊计算,如果放大后的上级相位误差与本级相位误差之和达到π以上,就会发生解模糊错误,且会传递到下一级。因此,要求各级的相位误差必须满足

假设各级相关器的相邻基线比与最大相位误差都一致( dk + 1/ dk= n,δøkmax= δømax,k) ,则式( 14) 可简化为

在实际系统设计中,应按照系统能够达到的相位误差δmax来选择合适的相邻基线比n。

2 计算机仿真

考虑到脉冲流密度以及信号处理能力的限制,假定在各种噪声条件下同时接收到3个脉冲信号,频率分别为1. 2 GHz,2. 3 GHz和3. 5 GHz,信号到达角分别为10°,22°和30°,根据上述原理进行仿真。

如图5所示,改测角方法能够较为准确地测量出信号的到达方向角,且有一定的同时信号分辨能力; 图6所示,对3个信号角 度测量的 误差随信 噪比 ( SNR) 变化,当SNR > 2 d B时,测量精度基本保持在0. 01以下,满足电子侦察机对角度测量的要求。图7表示了单信号载频1. 2 GHz,入射角为1° ~ 90°时对测量结果的影响

图 6 测量误差与 SNR 的变化曲线

图 7 入射角与测量角的均方差之间的线性关系

从图中可看出,不同当来波信号的入射角度比较小时,相应的测角误差也会变较小,随着入射角度的增加,测角的误差也会呈现相应的增加趋势。仿真结果验证了入射角度在( 0°,60°) 测角误差相对较小,这与实际测量中测角范围在( - 60°,60°) 内吻合。

3 结束语

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