CN116734742B - 一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法。本发明涉及绝对距离动态测量技术领域，本发明进行动态绝对距离测量精度准备，确定扫频干涉动态绝对距离测量系统的绝对简谐振动轨迹和当前位置的绝对简谐振动轨迹；对比扫频干涉动态绝对距离测量系统和光栅传感器(包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等)的测量结果，确定两种测量的绝对简谐振动轨迹的最大示值误差，进行精度评估。本发明解决了由目标运动导致的扫频干涉动态绝对距离测量中无法进行动态精度评估这一难题。本发明可以在无法进行同步测量绝对轨迹时完成动态精度评估。本发明可以在无法获得光栅传感器测量信号时完成动态精度评估。
Description
技术领域
本发明涉及绝对距离动态测量技术领域，是一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法。
背景技术
扫频干涉动态绝对距离测量系统性能依赖于扫频光源的扫频特性、目标表面特性、非线性校正算法以及环境等条件。为了对其性能进行评估，通过精密仪器比对实现对特定系统性能指标进行评估这一举措越来越受到重视。然而测量系统受扫频干涉测量方法的特殊性以及目标运动的不确定性，难以进行如同对静态目标测量的精度标定，即在动态同步测量中难以对扫频干涉动态绝对距离测量系统的测量精度进行评估。所以目前急需设计一种针对运动目标进行测量的扫频干涉动态绝对距离测量系统动态测量性能的评估技术框架，为动态绝对距离测量系统提供评估方案和技术支撑。
发明内容
本发明为克服现有技术的不足，本发明为动态绝对距离测量提供评估方案和技术支撑。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明提供了一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法，本发明提供了以下技术方案：
一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估装置，所述装置包括：准直器、运动位移台、角锥棱镜、导轨和激光干涉仪；
所述准直器、运动位移台、和激光干涉仪均设置在导轨上，所述角锥棱镜设置在运动位移台上，准直器发出光束射入角锥棱镜，激光干涉仪发出光束射入角锥棱镜。
一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法，所述方法基于一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估装置，所述方法包括以下步骤：
步骤1：进行动态绝对距离测量精度评估准备，确定扫频干涉动态绝对距离测量系统的绝对简谐振动轨迹和当前位置的绝对简谐振动轨迹；
步骤2：对比扫频干涉动态绝对距离测量系统和光栅传感器的测量结果，包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪，确定两种测量的绝对简谐振动轨迹的最大示值误差，进行精度评估。
优选地，所述步骤1中准备过程具体为：
将目标置于导轨平台上，设置被测目标角锥反射镜固定在电动位移平台的作用下进行规则运动，通过将可进行三维调整的准直器反复调整，分别确定扫频干涉动态绝对距离测量系统出光准直器、运动目标的安装位置，以达到光束传播路径与导轨完全平行并能够使测量光经目标反射后仍回到准直器收光口径内。
优选地，将目标移动调整到靠近准直器的一侧并保持静止，此时，记录十次扫频干涉绝对距离测量系统测量值与十次光栅传感器的测量值，包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪，将此位置设置为零点；
将目标向着远离准直器的方向进行固定距离的移动，之后设置目标进行简谐运动，分别同步记录扫频干涉绝对距离测量系统与光栅传感器的绝对简谐振动轨迹，包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪实验反复进行N次，直到移动到导轨的另一侧不能再移动为止。
优选地，所述步骤1中轨迹获取步骤具体为：
对扫频干涉动态绝对距离测量数据进行处理，可实现测量时长对应的第一个采样点时刻的绝对距离值进行求解，并通过外差干涉对除零点外目标处于不同位置时的简谐振动轨迹/>进行求解，通过组合零点绝对位置Rm0与当前位置的第一个点绝对距离值/>简谐振动轨迹/>便得到扫频干涉动态绝对距离测量系统的绝对简谐振动轨迹通过下式表示：
对光栅传感器的测量数据进行处理，将当前位置的光栅传感器得到的绝对简谐振动轨迹与零点位置/>的示值作差，包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪，便得到当前位置的绝对简谐振动轨迹/>通过下式表示：
优选地，所述步骤2具体为：
当扫频干涉动态绝对距离测量系统与光栅传感器给出同步测量结果时，分别在每个位置处给出每次绝对简谐振动轨迹比对的差值(t取所有描绘本次目标振动轨迹的所有采样点对应的时刻)作为扫频干涉动态绝对距离测量示值误差集合RE，所有示值误差最大值/>作为扫频干涉动态绝对距离测量最大示值误差，全部示值误差分布用于评估不确定度。
优选地，当扫频干涉动态绝对距离测量系统与光栅传感器不能给出同步测量结果时，可通过迭代比较两个待比对绝对简谐振动轨迹的所有点的差值之和最小来确定两个轨迹的最优同步时间TP，然后再分别在每个位置处给出每次简谐振动轨迹比对的差值/>作为扫频干涉动态绝对距离测量示值误差集合RE，所有示值误差最大值/>作为扫频干涉动态绝对距离测量最大示值误差，全部示值误差分布用于评估不确定度。
优选地，当无法获得电动位移台的光栅传感器(激光干涉仪、激光测振仪等)测量信号时，可以分别再每个位置处给出被测目标每次简谐振动的扫频干涉动态绝对距离测量轨迹的多个极值选取极小值，也可选取极大值，然后计算出每个位置处测量轨迹多个极值的标准差作为扫频干涉动态绝对距离测量的标准差，全部位置处标准差的最大值作为扫频干涉动态绝对距离的最终标准差。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法
本发明具有以下有益效果：
本发明与现有技术相比：
本发明解决了由目标运动导致的扫频干涉动态绝对距离测量中无法进行动态精度评估这一难题。本发明可以在无法进行同步测量绝对轨迹时完成动态精度评估。本发明可以在无法获得光栅传感器测量信号时完成动态精度评估，包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
以下结合具体实施例，对本发明进行了详细说明。
具体实施例一：
根据图1所示，本发明为解决上述技术问题采取的具体优化技术方案是：
本发明提供一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估装置，所述装置包括：
准直器、运动位移台、角锥棱镜、导轨和激光干涉仪；
所述准直器、运动位移台、和激光干涉仪均设置在导轨上，所述角锥棱镜设置在运动位移台上，准直器发出光束射入角锥棱镜，激光干涉仪发出光束射入角锥棱镜。
按照图1所示的比对装置图进行配置，首先将目标置于导轨平台上，设置被测目标(角锥反射镜等合作目标)固定在电动位移平台的作用下进行规则运动(本发明暂以简谐运动代替)，通过将可进行三维调整的准直器反复调整，分别确定扫频干涉动态绝对距离测量系统出光准直器、运动目标的安装位置，以达到光束传播路径与导轨完全平行并能够使测量光经目标反射后仍回到准直器收光口径内。
首先将目标移动调整到靠近准直器的一侧并保持静止，此时，记录十次扫频干涉绝对距离测量系统测量值与十次光栅传感器的测量值，包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪，将此位置设置为零点。然后将目标向着远离准直器的方向进行固定距离的移动，之后设置目标进行简谐运动，分别同步记录扫频干涉绝对距离测量系统与光栅传感器(包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等)的绝对简谐振动轨迹ΔRn(t)(n可从1取到N，N为除零点外的总实验次数)。如此反复进行N次实验，直到移动到导轨的另一侧不能再移动为止。
具体实施例二：
本申请实施例二与实施例一的区别仅在于：
本发明提供一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法，所述方法基于一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估装置，所述方法包括以下步骤：
步骤1：进行动态绝对距离测量精度准备，确定扫频干涉动态绝对距离测量系统的绝对简谐振动轨迹和当前位置的绝对简谐振动轨迹；
步骤2：对比扫频干涉动态绝对距离测量系统和光栅传感器(包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等)的测量结果，确定两种测量的绝对简谐振动轨迹的最大示值误差，进行精度评估。
具体实施例三：
本申请实施例三与实施例二的区别仅在于：
所述步骤1中准备过程具体为：
将目标置于导轨平台上，设置被测目标角锥反射镜固定在电动位移平台的作用下进行规则运动，通过将可进行三维调整的准直器反复调整，分别确定扫频干涉动态绝对距离测量系统出光准直器、运动目标的安装位置，以达到光束传播路径与导轨完全平行并能够使测量光经目标反射后仍回到准直器收光口径内。
具体实施例四：
本申请实施例四与实施例三的区别仅在于：
将目标移动调整到靠近准直器的一侧并保持静止，此时，记录十次扫频干涉绝对距离测量系统测量值与十次光栅传感器(包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等)测量值，将此位置设置为零点；
将目标向着远离准直器的方向进行固定距离的移动，之后设置目标进行简谐运动，分别同步记录扫频干涉绝对距离测量系统与光栅传感器(包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等)的绝对简谐振动轨迹，实验反复进行N次，直到移动到导轨的另一侧不能再移动为止。
具体实施例五：
本申请实施例五与实施例四的区别仅在于：
所述步骤1中轨迹获取步骤具体为：
对扫频干涉动态绝对距离测量数据进行处理，可实现测量时长对应的第一个采样点时刻的绝对距离值进行求解，并通过外差干涉对除零点外目标处于不同位置时的简谐振动轨迹/>进行求解，通过组合零点绝对位置Rm0与当前位置的第一个点绝对距离值/>简谐振动轨迹/>便得到扫频干涉动态绝对距离测量系统的绝对简谐振动轨迹通过下式表示：
对光栅传感器(包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等)的测量数据进行处理，将当前位置的光栅传感器(包括但不限于光栅传感器，还可采用激光干涉仪、激光测振仪等)得到的绝对简谐振动轨迹与零点位置/>的示值作差，便得到当前位置的绝对简谐振动轨迹/>通过下式表示：
具体实施例六：
本申请实施例六与实施例五的区别仅在于：
所述步骤2具体为：
当扫频干涉动态绝对距离测量系统与光栅传感器给出同步测量结果时，分别在每个位置处给出每次绝对简谐振动轨迹比对的差值(t取所有描绘本次目标振动轨迹的所有采样点对应的时刻)作为扫频干涉动态绝对距离测量示值误差集合RE，所有示值误差最大值/>作为扫频干涉动态绝对距离测量最大示值误差，全部示值误差分布用于评估不确定度。
具体实施例七：
本申请实施例七与实施例六的区别仅在于：
当扫频干涉动态绝对距离测量系统与光栅传感器不能给出同步测量结果时，可通过迭代比较两个待比对绝对简谐振动轨迹的所有点差值之和最小来确定两个轨迹的最优同步时间TP，然后再分别在每个位置处给出每次简谐振动轨迹比对的差值作为扫频干涉动态绝对距离测量示值误差集合RE，所有示值误差最大值/>作为扫频干涉动态绝对距离测量最大示值误差，全部示值误差分布用于评估不确定度。
具体实施例八：
本申请实施例八与实施例七的区别仅在于：
当无法获得电动位移台的光栅传感器激光干涉仪、激光测振仪测量信号时，可以分别再每个位置处给出被测目标每次简谐振动的扫频干涉动态绝对距离测量轨迹的多个极值(本例选取极小值，也可选取极大值)，然后计算出每个位置处测量轨迹多个极值的标准差作为扫频干涉动态绝对距离测量的标准差，全部位置处标准差的最大值作为扫频干涉动态绝对距离的最终标准差。
具体实施例九：
本申请实施例九与实施例八的区别仅在于：
本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以用于实现如一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法
具体实施例十：
本申请实施例十与实施例九的区别仅在于：
本发明提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其所述处理器执行所述计算机程序时实现一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
以上所述仅是一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法的优选实施方式，一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于该思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变化，这些改进和变化也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估方法，所述方法基于一种扫频干涉动态绝对距离测量精度评估装置，所述装置包括：准直器、运动位移台、角锥棱镜、导轨和光栅传感器，光栅传感器可采用激光干涉仪或激光测振仪替代；
所述准直器、运动位移台、和光栅传感器均设置在导轨上，所述角锥棱镜设置在运动位移台上，准直器发出光束射入角锥棱镜，光栅传感器发出光束射入角锥棱镜；其特征是：所述方法包括以下步骤：
步骤1：进行动态绝对距离测量精度评估准备，确定扫频干涉动态绝对距离测量系统的绝对简谐振动轨迹和当前位置的绝对简谐振动轨迹；
所述步骤1中轨迹获取步骤具体为：
对扫频干涉动态绝对距离测量数据进行处理，可实现测量时长对应的第一个采样点时刻的绝对距离值进行求解，并通过外差干涉对除零点外目标处于不同位置时的简谐振动轨迹/>进行求解，通过组合零点绝对位置/>与当前位置的第一个点绝对距离值、简谐振动轨迹/>便得到扫频干涉动态绝对距离测量系统的绝对简谐振动轨迹通过下式表示：
(1)
对光栅传感器的测量数据进行处理，将当前位置的光栅传感器得到的绝对简谐振动轨迹与零点位置/>的示值作差，便得到当前位置的绝对简谐振动轨迹/>通过下式表示：
(2)；
步骤2：对比扫频干涉动态绝对距离测量系统和光栅传感器的测量结果，确定两种测量的绝对简谐振动轨迹的最大示值误差，进行精度评估。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是：所述步骤1中准备过程具体为：
将目标置于导轨平台上，设置被测目标角锥反射镜在运动位移平台的作用下进行规则运动，通过将可进行三维调整的准直器反复调整，分别确定扫频干涉动态绝对距离测量系统准直器、被测目标的安装位置，以达到光束传播路径与导轨完全平行并能够使测量光经目标反射后仍回到准直器收光口径内。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征是：将目标移动调整到靠近准直器的一侧并保持静止，此时，记录十次扫频干涉绝对距离测量系统测量值与十次光栅传感器的测量值，将此位置设置为零点；
将目标向着远离准直器的方向进行固定距离的移动，之后设置目标进行简谐运动，分别同步记录扫频干涉绝对距离测量系统与光栅传感器的绝对简谐振动轨迹，实验反复进行N次，直到移动到导轨的另一侧不能再移动为止。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是：所述步骤2具体为：
当扫频干涉动态绝对距离测量系统与光栅传感器给出同步测量结果时，分别在每个位置处给出每次绝对简谐振动轨迹比对的差值，t取所有描绘本次目标振动轨迹的所有采样点对应的时刻，作为扫频干涉动态绝对距离测量示值误差集合/>，所有示值误差最大值/>作为扫频干涉动态绝对距离测量最大示值误差，全部示值误差分布用于评估不确定度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是：
当扫频干涉动态绝对距离测量系统与光栅传感器不能给出同步测量结果时，可通过迭代比较两个待比对绝对简谐振动轨迹、/>的所有点的差值之和最小来确定两个轨迹的最优同步时间/>，然后再分别在每个位置处给出每次简谐振动轨迹比对的差值作为扫频干涉动态绝对距离测量示值误差集合/>，所有示值误差最大值/>作为扫频干涉动态绝对距离测量最大示值误差，全部示值误差分布用于评估不确定度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征是：
当无法获得运动位移台的光栅传感器测量信号时，分别在每个位置处给出被测目标每次简谐振动的扫频干涉动态绝对距离测量轨迹的多个极值、/>，选取极小值，也可选取极大值，然后计算出每个位置处测量轨迹多个极值的标准差作为扫频干涉动态绝对距离测量的标准差，全部位置处标准差的最大值作为扫频干涉动态绝对距离的最终标准差。
7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-6的方法。
8.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征是：所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-6的方法。
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