3维激光切割加工法矢测量系统

为了提高３维激光加工中示教录返编程的精度和效率,本文利用借机测量系统的概念,并采用激光点光源测头和３点测量法,研制了用于现有数控５轴联动激光切割机的法矢测量系统,通过精确测量加工轨迹上型值点的领域信息来实现加工所需信息－法矢的测量。     

基于PSD的小型激光测头的设计

利用位置敏感探测器(PSD)频率响应高、接口电路简单、数据采集快等特点,设计了一种小型、动态激光三维测头。该测头采用激光三角法原理,利用凹凸双透镜光学系统进行激光缩束以提高测量精度,利用平面反射镜增加光程以减小体积,并对各具体参数和整体结构进行了详细的设计。该测头系统拥有体积小,精度高,反映快的优点。     

虚拟齿轮测量中心测头系统可视化建模

通过对虚拟齿轮测量中心测头可视化实现方法进行研究,分析了测头信号的采集原理和测头结构,确定了测头的参数化结构模型。在VC++6.0基础上采用数据库检索和3DMAX建模方法,生成不同参数的3DS格式测头模型,并利用数据库检索调用测头模型文件,最终在虚拟齿轮测量中心加载显示实际效果图。     

激光测微头的设计研究

以CCD获取测量信号为基础的激光三角法测量技术被广泛运用于物体的非接触式测量。以激光三角测量的原理为基础并以点激光为例,详细分析了实用光学系统测头设计中各个参数对系统测量精度和测量范围的影响,提出了一组实用参数,并在此基础上完成了一个高精度激光测微头的设计。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

在机测量线激光传感器安装位姿的全局标定

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器 安装位姿标定方法。 建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测 量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。 考虑了机床定位误 差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。 采用半径为 35 mm 的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标 定后圆孔测量误差为 0. 051 6 mm,测量精度提高了约 96% ,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。     

激光三角测量传感器的精密位移测量

本文论述了激光三角法测量位移时，其象点位置随被测物面位移的变化规律；推导出激光散射用与成象角之间的关系；讨论了激光三角测量传感器结构参数的设计方法。     

扫描测头中CCD摄像机测量模型和坐标转换

基于激光三角法测量原理的扫描测头广泛应用于现代的工业生产中,现已成为人们研究的重点,而CCD摄像机是扫描测头的核心部位。本文通过介绍基于线结构光扫描测头的测量原理,引出了CCD摄像机的测量模型和坐标转换,使其成为研究扫描测头的核心技术。阐述了扫描测头在自主研制的关节臂测量机上的应用。     

线结构激光仿型测量中的视觉跟踪算法

分析国内现有线结构激光测量系统的特点,提出一各地ＣＮＣ系统的线结构激光仿型测量的视觉跟踪算法;该算法给出了一套较为完整的跟踪策略,解决了超视距和成像则头的自适应调节问题。     

扫描平面激光坐标测量系统校准方法的优化

介绍了一种基于旋转平面激光单站测角、多站交汇的坐标测量系统,并对其校准方法进行了优化.分析了系统的测角方式和多传感器交汇测量的特点,阐述了基于传统方法的单基站方位信息测量原理及系统结构,并提出了相应的单站结构参数和系统参数校准方法.针对转轴直线和光平面的特点,设计了配套附件并借助经纬仪标定了结构参数,同时通过接收器确定...     

激光能量分布对瞬态射角测试系统的影响分析

在测量瞬态射角时,针对激光器光源的多模结构会影响在PSD上输出坐标的问题,论文分别从PSD的数学模型和二维PSD对双光束的位置探测实验出发,来探究激光光斑对于瞬态射角测量精度的影响.结果表明光点的位置坐标与光点的能量分布有着密切的关系,为此设计一种特殊的激光器以减小这种影响.     

Multi-beam laser probe for measuring position and orientation of freeform surface

This study develops a novel optical non-contact probe that measures the position and orientation (normal vector) of a freeform surface. The probe system comprises a five-laser-beam projector and a charge-coupled device (CCD) camera. The probe is integrated on a three-axis platform. Five designed laser beams project onto a measuring surface, where five light spots are observed. The CCD captures the image of this surface and processes it. The 3D coordinates of the five light spots can be then computed. The normal direction at the central spot on the measuring surface is determined from two crossed curves through the coordinates of these five light spots. Two crossed curves are constructed using the Bezier method. The normal vector is the cross-product of two tangent vectors to the two crossed curves at central spot. A scheme for calibrating and making measurements using this five-laser-beam probe is proposed and verified experimentally. Experimental results demonstrate that this five-laser-beam probe system can measure the position and orientation of a freeform surface. The range of depths that can be measured using this probe is 2.4 mm and the range of angles is 40°. The positional measuring accuracy of the complete system is approximately 30 μm while the orientational accuracy is 1.8°.     

光针轮廓扫描技术测量内螺纹曲面

分析了激光光针扫描在测量内螺纹曲面时的特性及影响精度的因素。根据光斑在被测面的噪声分布特点,采用中值滤波与小波阈值去噪相结合的综合滤波算法对光斑图像进行了去噪处理,其中中值滤波可以有效地消除光斑图像中的脉冲噪声,而基于小波变换的阈值去噪算法可以消除图像中的高斯噪声。通过综合滤波算法对光斑图像进行处理,可以有效消除激光光斑噪声,消除图像噪声对测量精度的影响,同时保持了光斑图像的细部特征。根据激光光斑图像在倾斜被测物体表面光强分布特点,设计了近似圆拟合算法来确定光斑中心,该算法相对传统算法具有计算量小、计算效率高,适合在线检测的特点,可以克服测量面倾斜对激光光斑中心的影响。利用采用上述方法的坐标机激光光针扫描系统,对标准内螺纹量规进行测量,对比应用前后的测量结果,螺距精度提高了0.48 mm,中径测量精度提高了0.44 mm,牙型角精度提高0.57°。     

用碘酸钾粉末倍频分析法测定激光光斑

为了测量不可见的激光光斑大小,文中在激光粉末倍频测试分析的实验方法的基础上,选取适合当前条件的CCD摄像法进行了实验。获取激光光斑的一维光强分布,并运用激光光斑的高斯拟合算法(最小二乘法)处理数据,同时也考虑了粉末对光斑的散射作用,并为此拟合出了经验公式。获得的结论是,运用粉末倍频法精确计算激光光斑的直径是可行的,该方法误差约为3.6%。     

基于旁瓣光束衍射反演的强激光远场焦斑测量方法

针对大型激光装置使用纹影法无法实现旁瓣光束弱信号区域光强分布精确测量的问题,提出了基于旁瓣光束衍射反演的纹影法强激光远场焦斑测量方法.采用逆向推演间接测量的研究方法,沿光路传播逆方向推导,以旁瓣光束衍射光强图像和相位图像作为输入,通过计算获得未遮挡前旁瓣光束远场焦斑分布.相比传统基于纹影的远场焦斑测量方法,本文的主要改...     

X轴分离式高速原子力显微镜系统设计

为了提高原子力显微镜(Atomic Force Microscope,AFM)的成像速度,本文提出了一种新的AFM结构设计方案并搭建了相应的实验系统。在该方案中,Y、Z扫描器集成于测头内驱动探针进行慢轴扫描和形貌反馈;X扫描器与测头分离,驱动样品做快轴扫描。X扫描器采用高刚性的独立一维纳米位移台,能够承载尺寸和质量较大的样品高速往复运动而不易发生共振;同时Z扫描器的载荷实现最小化,固有频率得以显著提高。为了避免测头的扫描运动引起检测光束与探针相对位置的偏差,设计了一种随动式光杠杆光路;为了便于装卸探针以及精确调整激光在探针上的反射位置,设计了基于磁力的探针固定装置和相应的光路调节方案。对所搭建的AFM系统的初步测试结果表明,该系统在采用三角波驱动和简单PID控制算法的情况下,可搭载尺寸达数厘米且质量超过10g的较大样品实现13μm×13μm范围50Hz行频的高速成像。     

激光数字化仿形测量与加工系统

简要阐述激光数字化仿型测量与加工系统的基本原理以及在数控加工中心上的实现方法,探讨实现激光数字化仿型测量系统的软硬件条件、部分硬件电路以及集成方式。实践表明,激光数字化仿型测量与加工系统在机械制造领域有着良好的应用前景。