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石英挠性加速度计组件的精密装配方法的研究

张利群  
【摘要】:石英挠性加速度计是惯性导航系统的核心器件,其装配精度要求很高,传统的手工装配方法利用工装和人眼实现零件间的对准、装配,对准精度较低、一致性差、效率低、劳动强度大,难以进一步提高加速度计的装配精度和性能。本文将视觉技术引入到加速度计装配领域中,设计了一套装配对准系统,实现了加速度计组件的高精度定位、对准操作,克服了传统手工装配方法的缺点。论文的主要工作和研究内容如下:1)具体分析了加速度计待装配组件和装配精度,明确了对准任务。围绕加速度计摆组件的对准任务进行了系统的结构设计,包括视觉模块、对准平台模块和计算机处理模块。其中视觉模块包含CCD相机、双远心镜头、光源等,主要完成图像采集、存储工作;对准平台模块包含x,y轴精密平移台,旋转台等,主要执行组件图像定位后的对准操作;计算机处理模块包含一系列图像处理算法和人机交互界面,主要完成组件图像的测量、定位任务。2)详细分析了组件图像处理的一系列算法,包括图像预处理,图像目标特征边缘的粗定位、精定位算法。针对先验亚像素边缘检测算法会因图像粗定位不准而导致亚像素定位不正确的问题,提出了适用于加速度计零件图像亚像素定位的算法——基于滑动边缘点的高斯拟合亚像素定位算法,其理想图像的圆心定位精度优于0.012个像素。根据摆组件零件的特点,设计了计算零件圆心和对称轴的定位方法,并与已有算法进行了对比实验,实验表明,本文定位算法的圆心定位不确定度优于0.021个像素,对称轴定位偏差不大于10-3度,具有很高的定位精度。3)分析了摄像机的小孔成像模型以及系统中四个坐标系的变换关系,对系统进行了线性标定。根据组件的对准操作流程设计了系统的软件交互界面,并进行了摆组件对准实验,实验表明:同轴度对准误差小于7μm,对称性对准误差小于0.02°,满足系统对准精度要求。


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