阐述了实现高精度、宽测量范围的智能化气动测量系统的工作原理和主要设计方法,介绍了用于提高测量精度、扩展测量范围和实现智能测量的建立在软硬件基础上的自校准三次测量法、增益可编程控制测量放大器和非线性修正技术的工作原理,给出了部分软件的流程图,并对误差修正前后的测量系统的精度进行分析.

本文设计了一种焦距为6.5～52mm的可见光变焦距光学系统,视场角为6.6°～52°.设计中选取5个焦距位置进行了计算,采用负组变倍和正组补偿方式,实现连续变焦.设计结果表明其成像质量良好,其中75lp/mm处的调制传递函数值均大于0.6,弥散圆直径小于像元尺寸.最后采用插值拟合的方法进行了凸轮曲线的设计,该系统具有长度短,成像质量好,凸轮曲线平滑易于加工,工艺性好等优点.

随着空间光学技术的发展,对于空间相机地元分辨率的要求越来越高,而且必须具有多光谱成像能力,因此空间相机光学系统的设计要满足视场大和畸变小的要求.本文以共轴三反射光学系统为基础,研究了一种新型的三反射光学系统.该系统不仅中心遮拦小、光学畸变低,而且实现了全色和多光谱ccd的合理排布.设计结果表明:当光学系统的焦距为f=12 000 mm、f数为12、成像谱段位于450～900 nm时,视场角可以达到1.6°,光学系统的线中心遮拦比低于1/3,光学畸变量小于0.5％,在50 lp/mm处调制传递函数优于0.47,成像质量达到衍射极限,可以满足多光谱高分辨率空间相机对地遥感的使用需求.

根据长悬臂测量机具有长悬臂和弱刚度的特性,分析了测量机动态力的来源,研究了动态力对测量机测量误差的影响和测头附加动态误差的来源,得出测量机测头附加动态误差具有三维特性,各个方向附加动态误差与3个方向导轨系统振动特性有关。推导了悬臂测杆系统振动数学模型,根据该模型采取了相应的动态力控制措施,实验结果证明了所采取控制措施的有效性。

根据纳米三坐标测量机结构、误差分布特征和精度要求,选用微型三光束平面激光干涉仪分离测量机误差。设计了误差分离装置,实现了干涉仪平移、偏摆、俯仰和垂直高度的调整以及反射镜垂直角度的精密调整。从原理上分析了45°反射镜光路转折对干涉仪测量结果的影响,实验结果证实了该装置可以实现标准量示值误差、导轨直线度线值误差和俯仰、偏摆、滚转误差的一次性分离,减小传统仪器分离方法由于发热、振动和非实时测量带来的附加误差,误差修正精度可以提高5倍。

利用现代精度设计理念设计纳米三坐标测量机的结构，选用高精度的零部件进行组装，解决了传统阿贝误差问题，通过研究现代精度保障理论和技术，进行纳米级水平的误差源全面分析，推导各个不确定度分量的计算公式，根据给定的精度指标设计合理的精度，提出所需检定仪器的具体技术指标，精度设计的结果满足了纳米三坐标测量机的测量精度要求．

研究了影响快速探测坐标测量机动态测量精度的特性参数与测量精度之间的关系。通过实验分析了移动速度和测量位置对测量机定位误差的影响，以及测头DDC参数对测头等效作用直径的影响。研究结果表明：测量机的动态测量误差重复性好并可以修正；由于不同移动速度下，气浮导轨刚度和不同驱动电机加速度曲线引起的桥架附加振动不同，因此不同结构测量机存在不同最佳临界移动速度；测量机沿不同方向触测时，存在与移动速度有关的不同最佳测量空间；逼近距离对测头等效作用直径d的影响远远大于触测速度和移动速度对d的影响。

为了分析弱刚度气浮导轨对测量机动态测量误差的影响,根据三坐标测量机气浮导轨分布情况和摩擦力特点,应用动力学知识对气浮导轨弱刚度和单边驱动引起的动态测量误差的传递路径、影响因素、表现形式进行系统的研究,推导了单边驱动引起的气浮导轨振动变形振幅的理论计算公式.分析结果表明,振动的主要激励是驱动力与惯性力形成的力偶,振幅大小与驱动加速度波动相关.应用谱分析方法对数据进行处理,验证了理论分析结果,气浮导轨振动引起的动态测量误差是测量机误差的主要成分之一,各误差分量相关性较强,测量机存在最佳测量速度.

机构的末端刚度特性对制造装备的定位精度、顺应性和动态特性等有十分重要的影响,为了消除机构奇异位形,使机构具有更大的承载能力、更高的刚度和精度、更好的动态特性等,常需要可控的机构刚度来满足不同的需要;在全自由度并联机构的基础上,分析通过增加冗余驱动支链实现末端刚度需求的设计方法。根据螺旋理论分析了支链单驱动副并联机构的逆雅克比矩阵,建立了驱动刚度到末端刚度的映射关系矩阵,分析了各支链刚度到机构末端刚度分量的叠加规律,并根据末端刚度需求建立了一种通过增加冗余驱动支链实现末端刚度要求的方法;最后通过Stewart并联机构案例对上述理论进行了验证,实现了末端刚度接矩阵解耦的设计要求。

利用反应谱法对±800k V电子式电流互感器进行抗震性能的可靠性分析,通过模态分析提取互感器前6阶振型进行分析,进而在8级烈度地震作用下,分析互感器传感头部分产生的最大位移,为软导线长度提供依据,同时验证了互感器整体结构强度满足8级烈度地震抗震要求。