基于图像测量的微刻线尺高精度检测

在高精度激光二坐标标准装置上实现了线宽2μm、最小线间距10μm的微刻线尺的高精度检测.采用高精度差动式激光干涉测长系统作为测长基准,高倍光学镜和高分辨力CCD组合作为精密光学瞄准定位反馈,设计了采样窗自动识别算法实现了条纹图像的自动识别瞄准,提出了采样窗内双向逐行扫描及3σ准则剔除离群点的边缘提取算法,提高了边缘检测精度.微刻线尺线间距的测量不确定度优于0.3μm,k=2,测量的重复性标准差优于20nm.     

大口径平行光管实时检焦系统

大口径平行光管作为实验室测试和标定必不可少的设备,已经普遍应用于各种光学设备的标定与检测中。但是光管因为震动、温度的梯度变化和空气扰动等影响因素出现离焦现象时,会导致平行光管出射光发散角增大,测量结果可信度降低。针对以上问题,本文提出了一种利用五棱镜作为光反馈元件的小型焦面监测装置,采用CCD作为图像采集装置,利用软件实现系统离焦量的计算,可对大口径平行光管的焦面进行长时间高精度的监测。经过计算机仿真与试验表明:本系统检焦分辨力可以达到45μm以内,满足实验室检测设备精度要求     

ICF靶丸表面形貌及球度误差检测

为了对ICF靶丸的表面形貌及球度误差进行高精度测量,开发了一台五轴坐标测量机,并采用锥光全息技术的激光测头实现对靶丸表面的高精度、非接触检测。首先,根据靶丸表面的结构特点,改进了基于最小二乘的球度误差评价算法;然后,介绍了作为实验平台的五轴坐标测量机的整体配置,推导了该坐标测量机的测量数学模型,该坐标测量机可实现在多个姿态下对靶丸的非接触取点测量;最后,在相同条件下,进行了5次实验测量,其结果表明:靶丸球度误差测量的均值为0.0021 mm,标准差为2.07 x10^-4 mm。该检测方法可以满足对靶丸表面形貌及球度误差高精度、高稳定性的测量要求。     

一种圆管类工件直线度激光测量系统

设计了一种圆管类工件直线度激光测量系统,提出了一整套关于圆管类工件定心、内径获取和直线度计算的方法。研制了高精度的自动定心机构,采用双锥体同轴定心法实现测量系统在圆管类工件内的高精度自动定心。通过位置敏感探测器(PSD)和准直激光获得圆管各截面中心坐标,结合旋转扫描机构获得圆管内径测量值,并采用最小二乘椭圆拟合算法进行定心误差修正,最后进行数据处理,计算出工件直线度。实验结果表明,该系统定心准确度可达20μm,内径测量准确度可达5μm,测量重复性稳定在7μm以内,直线度测量准确度在40μm以内。     

激光干涉仪非线性的测量

激光干涉仪和高精度位移传感器的非线性一般为1～5nm,为了对这样的非线性进行测量,必须使用高精度测量方法,并建立高精度测量装置。文中描述了高精度拍频法布里 珀罗激光干涉仪,和利用它对工业激光干涉仪的非线性进行的测量实验。测量范围大于1.3μm,测量不确定度约为2nm。     

高精度零件热变形量测量系统

设计了一种高精度测量零件受热变形量的实验装置.用恒温箱控制温度变化及保持温度稳定,利用电感测头对测量进行定位;同时,利用双频激光干涉仪对电感测头间距离进行精确测量,测头间的距离就是零件的受热变形量.理论分析和实验结果表明,这一系统具有较高的温度控制精度和测量精度.利用该系统对直径为50 mm的圆柱类零件在稳态均匀温度场中相同温度变化下的直径热变形量进行了5次重复性测量,其重复性误差为0.5μm.     

基于无参考结构清晰度的自适应自动对焦方法

针对自动对焦系统,提出了一种基于单帧图像无参考结构清晰度的自适应变步长爬山搜索策略.该方法利用了无参考结构清晰度可提供的离焦量先验信息:当离焦量大时,大步距粗调快速逼近准焦位置;当离焦量小时,小步距微调准确定位准焦位置.该方法在不降低调焦精度的情况下,大大减少了自动对焦所需的图像数量和决策次数.实际系统实验结果表明,新...     

离焦量对空气中YAG激光诱导Cu等离子体空间特性的影响

利用Nd:YAG脉冲激光在空气中烧蚀Cu靶,产生激光等离子体羽,通过改变离焦量获得相应的等离子体的空间谱;用光谱学方法分析了三种离焦量下空间谱线结构和空间等离子体的电子温度演化规律;并对等离子体光谱的特性和产生机制进行了讨论.结果表明:离焦量对等离子体的谱线强度、谱线结构、电子温度的空间特性都有影响,特征谱强度最大值出现在空间位置1.0mm附近,离焦量为-2mm时电子温度最高.     

基于光纤延时线的大尺寸测量方法

对激光热稳频技术的稳频原理和机理进行研究,提出双纵模激光空间合成场强分布为测量原理的大尺寸高精度测量方法,同时把光纤延时线、光纤组倍增和光开关倍增三级级联,应用光纤延时线代替扫描机构构造新型光学测试系统,实现无导轨大尺寸的高精度测量。采用波前探测和图像恢复技术相结合的波前修正系统,减小和消除激光束的变形和抖动。实验结果表明：该系统的重复性优于0.5μm,测量误差小于10μm。     

一种基于亮度阈值的激光光斑中心定位算法

激光光斑图像的光斑中心定位是激光位移检测中的关键技术之一.为提高桥梁挠度测量系统的实时性能,本文针对测量中激光光斑图像的特点,提出了一种确定光斑中心位置的方法.利用激光图像中光斑区域与其它区域亮度差别较大的特点,确定亮度阈值并将光斑图像进行二值化处理,得到一幅仅有激光光斑的图像,根据圆上平行弦的中点连线通过圆心的原理,通过求弦的中点确定圆心.本方法原理简单,计算量小,计算速度快,能够满足测量系统的实时性要求,已在测量实验中取得了较好的效果.     

ICF实验中靶位姿的视觉检测

惯性约束核聚变(ICF)实验中,靶定位精度直接影响打靶的成功率.本文利用三个CCD从不同的视角得到靶的图像,综合三个CCD的特征值计算靶的空间坐标和方位旋转矩阵,从而确定其在空间的六维位姿.对于特征值的提取,本文采用“模板匹配”和“椭圆轮廓拟合”相结合的数据融合图像处理技术,并利用双立方插值法实现了亚像素的测量精度,从而使微型靶的定位精度达到了微米级.实验结果表明,该检测方法稳定性好,定位的重复性误差小于1μm且获得了优于2 μm的测量精度.     

跨尺度微小型零件的测量与装配

针对跨尺度微小型零件的精密装配中显微视觉视场狭小与零件的特征尺寸跨度较大相矛盾的问题,研究了跨尺度零件的位姿检测技术,基于高、低倍显微视觉单元研制了自动装配系统,系统采用模块化体系结构及先看后动的装配控制模式.提出局部特征拼接法实现了跨尺度零件的定位测量,使用标定尺对系统坐标系之间的误差角进行了标定,采用参考基准法辅助对显微视觉单元切换后的装配基准进行定位.设计测试模板对系统测量精度进行了验证,结果显示高倍显微视觉单元的同轴度测量精度优于1.5 μm,平行度精度优于1μm.利用研制的装配系统进行了装配实验,实验结果表明,关键零件的装配精度满足工艺要求.该装配系统可稳定、可靠地完成跨尺度微小型零件的自动装配.     

基于MTF的十字线目标自动调焦算法

十字线目标作为调焦系统中的常见目标,其调焦精度是影响调焦系统测量结果的关键因素。传统的调焦函数在灵敏度和实时性方面不能完全满足自动调焦要求。基于调制传递函数(modulation transfer function,MTF)的自动调焦算法通过连续测量多幅图像在固定频率下的MTF值绘制调焦曲线,得到调焦曲线的唯一极值点即正焦位置;在Matlab运行环境下,与现有算法进行比较,结果表明,基于数字图像MTF的调焦函数可实现单张图片的清晰度值计算仅用0.01s,该算法实时性更好、灵敏度更高,具有应用价值。     

基于单缝衍射原理的圆度误差测量方法

提出了一种全新的圆度误差光学自动测量方法.新方法基于单缝衍射原理,利用工件的圆度误差来改变衍射单缝的宽度,进而改变衍射条纹的间距.在测量单缝衍射中央明纹的宽度时,提出了用最小二乘法对测量到的衍射图像的光强分布进行二次曲线拟合,并由拟合得到的数学表达式,确定衍射暗条纹的精确位置.由导出的工件圆度误差与单缝衍射中央明纹宽度之间的关系,用最小二乘法对工件的圆度误差进行了评定.测量结果表明,新的圆度误差测量方法是可行的,圆度误差的相对不确定度小于1.4%,并且测量系统具有操作方便、精度高的优点,新方法也可应用于锥角、直线度误差等其它几何量的精密测量中.     

一种彩色大面阵航空遥感相机前向像移补偿机构设计及精度分析

提高彩色大面阵航空遥感相机地面分辨力需设计像移补偿环节以消除工作时CCD像面的像移,本文在分析航空遥感器4种像移补偿方式及像移补偿机构设计原则的基础上,针对某航空遥感器的要求设计了一种前向像移补偿机构,利用等径共轭凸轮机构将电机旋转转化为直线运动,并配合精密直线导轨约束运动自由度。具有传动简单,精度较高的优点,可有效的避免传动误差。分析了原动件输入速度波动、制造误差对像移补偿残差的影响,并对像移补偿总体效果进行了评价。试验数据及数据分析表明,像移补偿机构的补偿残差小到600μm/s,动态目标发生器及外场航拍图像良好,满足使用要求。     

基于目标轮廓的附着物定位与剔除方法

工业现场清洁过的微型工件表面仍会有少量灰尘、发屑等附着物存在,在微型工件的视觉检测系统中会因其改变提取的目标轮廓而影响检测结果.为此,以灰尘与工件存在较小差异的任意位置和形状的一类附着物为考察对象,以区域生长提取的目标轮廓为先验背景,研究附着物定位与剔除算法.首先,荻取沾染附着物的工件图像,采用基于区域的分割算法做处理,以建立工件轮廓的先验知识;其次,从曲率角度定位附着物轮廓角点,以此剔除附着物轮廓;最后,根据先验知识自动修复断开的外轮廓.实验结果显示,加入附着物去除与修复算法后测量精度没有降低,测量结果误差6 μm以内,图像边缘的定位准确度能够给予保证.表明所研究的附着物定位与剔除方法使检测系统在允许微小附着物存在并且不影响测量精度的情况下,实现了目标轮廓的正确判别,提高了视觉检测系统的可靠性.     

高精度星敏感器星点光斑质心算法

高精度星敏感器星点光斑的质心精度是星敏感器整体精度的基础,它需要达到角秒级的量级。因此,提出了一种基于亚像元相关法的星像质心算法。这种算法是利用互相关匹配实现图像定位的原理,将星像质心定位到亚像素上来提高质心精度。它可以克服由于系统误差和图像采集所带来的误差。根据系统的光学参数设计以及星像的光谱、亮度及其在视场中的位置特征,仿真得到点列图模型,针对视场内与光轴的不同夹角仿真制作一系列亚像元理想模板,然后对星像加高斯随机噪声,把有随机噪声的星像与理想星像进行相关运算来求星像质心精度。通过仿真实验,得到相关法具有较高的星像质心精度,定位精度可以优于1/12个像素的量级。     

利用正弦条码尺实现位移测量

根据一维正弦条码对位移进行编解码的原理,提出了一种绝对位移和相对位移测量的新方法。该方法通过对一维正弦条码图像进行傅里叶频谱分析, 根据首条码的相位值进行粗定位,并对该条码进行中心几何定位实现连续位移的精确测定。误差分析表明:位移测量误差完全取决于首条码中心几何定位。为此,采用亚像素定位技术建立了正弦条码尺测位移的原理装置,并对 2米远处步距分别为 1.5cm 和 1mm 时正弦条码尺的两种垂直位移进行了测量,测量值的最大误差为 0.036mm,标准差优于 0.024mm。     

Tracking laser radar for 3-D shape measurements of large industrialobjects based on time-of-flight laser rangefinding andposition-sensitive detection techniques

A tracking laser radar device is proposed for the 3-D measurement of the shapes of large industrial objects. The measuring system includes a servo-controlled measuring head and small reflectors attached to the object. The sensor consists of a tracking sensor, a pulsed time-of-flight rangefinder and angle encoders. The implementation of the tracking sensor and its test results are explained in detail. Tracking is accomplished by illuminating the reflectors of the target object and focusing the reflected light on the surface of a four-quadrant (4Q) position-sensitive detector, the signals of which are used to drive the servo motors of the measuring head. The test results show a tracking sensor resolution of about 0.003 mm (σ value) and bias of about ±0.1 mm when the distance and angle of the target reflector vary in the ranges 2-5 m and ±45°, respectively. The pointing accuracy of the tracking system was better than ±0.3 mm     

Shadow Doppler technique for sizing particles of arbitrary shape

The output from a linear diode array is used in a modified laser Doppler velocimeter to measure the size and shape of irregular particles. The sizing accuracy for transparent and opaque particles between 30 and 140 μm is better than 10%. The inaccuracy caused by trajectories that lay at angles of less than 24° to the axis of the array was less than +5%, and a further inaccuracy of +5% was caused by defocusing of the particle from the center of the velocimeter measuring volume by up to ±500 μm. The advantages of the shadow Doppler technique over other techniques for sizing irregular particles, such as amplitude systems with pointer volumes, are that the shadow Doppler technique records shape, the optical arrangement is more robust, less precise alignment is required, and the equipment can be constructed at low cost.