大型回转体空间异面直线角度光电检测系统研究

为实现大型回转体空间异面直线角度的自动精确 测量,以激光模组为光源,以精密位置测试传感 器象限探测器为敏感探测器件,以精密电控转台、多维调节结构为辅助装置,构建了测量系 统。通过调节,保证激光 出射光路与回转体轴线平行及电控转台轴心与回转体轴线重合。采用公共基准将异面角度映 射到同一平面, 两象限探测器分别安装于空间异面待测点,其坐标原点与待测点重合。电动转台控制激光光 束先后扫描象 限探测器坐标原点,光电转换并调理后获得起、止位置信号。最后,通过数据采集和处理, 获得空间异面直线角 度。在自然照明条件下,对空间角为5°的标准大型回转体进行了自动和手动两种模式的 重复实验。实验 结果表明,系统在自动模式下的绝对误差均值Δ′为0.005,满足了实际工程对大型回转体空间异面角度的精 度需求。     

简讯

用于速度计测的光传感器日本立石电机中央研究所试制成测量范围为0.01～100m/s的速度计测光传感器.如果向毛面上照射激光,因散射光的散乱干涉会产生斑点图象,若横向移动毛面,斑点图象就改变,由光传感器检出光强度的变化,并由此可求出速度.该传感器的标准误差小于1%(速度为1m/s时),目标距离为45mm.即使有±5mm变动,测量值仍能得到±0.5%的精度.传感器的光源使用波长为780nm的半导体激光.     

基于参考面约束的车载移动测量系统安置参数检校方法

车载移动测量系统是一种多传感器高度集成的测量设备,系统精度不仅取决于集成的传感器精度,还受激光扫描仪与组合导航系统之间安置参数检校的准确度影响。考虑到安置参数检校方法的便捷、有效性以及系统最终精度评估,提出一种基于参考面特征约束的车载移动测量系统安置参数检校方法。该方法根据包含系统安置参数的激光扫描点定位方程,利用参考面上的激光扫描点到参考面方程距离偏差最小作为约束条件,同时考虑到安置参数旋转量与偏移量间存在相关性,采用分步解算方法将旋转和平移量进行分开求解。最后,通过采集检校场和外场数据进行系统内符合和外符合精度评估。实验结果表明:该方法能够有效的消除安置误差影响,检校后内符合精度为0.007 m,外符合精度为0.024 m。     

利用双频激光对二维图像测量系统标定的方法

提出了一种快速高精度的二维图像测量系统的标定方法,对该方法进行了详细的分析.标定时,使CCD摄像机沿着二维图像测量系统的导轨移动,采集加工有1个圆孔的靶标件的图像,计算圆心在图像中的位置.同时,用双频激光干涉仪测量CCD摄像机的移动距离,得到标定所需要的多个特征点在物面中的位置及在对应图像中的坐标位置.利用这些特点计算出二维图像测量系统的摄像机标定参数,标定精度达到1 μm.     

基于激光位移传感器圆径测量的角度安装误差研究

基于激光位移传感器的工件圆径和圆度测量被广泛应用于工业现场的产品质量检测过程中。文中研究了激光位移传感器的角度安装误差对工件圆径测量结果的影响,并提出校准方法。首先,将定量分析位移传感器的角度安装误差与计算得到的圆径结果的误差之间的关系。其次,提出了一种位移传感器角度安装误差校准方法,该方法可在标准圆圆径未知的情况下,根据不同位置下的3个位移传感器的测量值,精确计算出传感器的角度安装误差。详细说明了该校准方法的建模过程,通过仿真确认角度安装误差校准方法的有效性。最后,利用三坐标测量仪对角度安装误差进行校准。实验结果表明,校准后的圆径测量误差从20 μm提高到1.5 μm。     

PSD传感器的原理及应用

介绍了由日本滨松公司研制开发的一种能提供感光表面连续移动光点位置信号的S3271－3274系列光电子位置敏感传感器PSD，指出了该系列PSD器件的性能指标，使用条件以及注间事项，最后分别给出了利用这些PSD传感器来进行液体浓度测量，固体硬度测量以及两平相对平行度测量的方法和示意图。     

利用平晶谱仪测量谱线波长的新方法

为了满足激光等离子体X射线波长测量的需要,在辅助光阑法的基础上,从理论上提出了一种用平面晶体谱仪确定波长的新方法.发展了改进的辅助光阑法来确定晶体面与记录面的交线到第一条辅助光阑的距离,并且利用某一条谱线的曲率得到记录面与晶体表面的夹角.这两个参量在一般的辅助光阑法中需借用参考谱线得到,而采用新的方法可在不使用任何参考谱线的情况下得到所有光谱线的波长.实际使用中通过增大光阑间的间距,根据不同的波长范围调节晶体与记录面的相对位置,可使波长的测量精度达1×10-3nm.     

无人机山区环境激光扫描路径规划方法研究

为了提升山区环境里无人机进行扫描时的飞行测量有效性和飞行效率，提出了一种结合传感器测量特性的路径规划方法，以激光传感器的最大测量距离和角度、飞行效率、巡检目标位置为约束，通过求解规划方程得到飞行的轨迹，从而保证无人机山区环境巡检的安全和效率。结果表明，结合Velodyne VLP-16，RS-LiDAR-16，HDL-32E 3种激光传感器的最大测量距离d以及测量角度θ等特性进行路径规划，规划优化效果分别达到了7.58%, 11.18%, 13.33%。该研究验证了山区激光扫描路径规划方法的有效性和正确性。     

平行平板横向剪切干涉仪波前重建精度的研究

在基于平行平板双光路横向剪切干涉仪中,如果 两个方向的平行平板之间存在角度误差,将会使得 两个方向的剪切干涉图的剪切方向不正交,最终影响波前测量的准确度。本文通过仿真实验 研究了两个方 向平行平板之间不同大小的角度误差对波前重建精度的影响,分析了不同条件下Zernike多 项式系数拟合 精度、重建波前均方根(RMS)及均方根误差(RMSE)与角度误差之间的关系以 及角度误差一定时,重建波前 RMS及RMSE与剪切量之间的关系。研究结果表明,为了提高波前重建精度,要尽量降低两 个平行平板之 间的角度误差,使用更多项Zernike多项式来拟合波前,并且保证剪切量与波 面尺寸比值大于10%。本文的 结论对于平行平板横向剪切干涉仪的装调将会起到一定的指导作用。     

基于多准直光的六自由度测量方法

提出了一种利用三个CCD探测三路准直光束位置以实现被测物六自由度测量的方法.测量系统包括两部分:一个反射镜和通过连接杆连接的两个CCD为移动部分,固接在被测物上;固定部分的光源、光开关和三个光学准直器产生三路准直光束.其中两路分别投射到两个CCD上,第三路经移动部分的反射镜反射回并由第三个CCD探测.被测物发生六自由度变化时,移动部分同步变化,三个CCD探测的光斑位置也随之变化,通过特定算法可解算出被测物六自由度运动.构建了一个可以表征六自由度测量特性的四自由度测量系统.测量结果表明:在相应测量范围内,与双频激光干涉仪或光电自准直仪测量值相比,系统偏摆角最大差值为1.27,滚转角最大偏差为1.03,两个平动位移最大偏差均小于1 m.     

硅片调焦调平测量系统测试平台

硅片调焦调平测量系统测试平台用于对光刻机硅片调焦调平测量系统的性能进行检测。该平台模拟硅片调焦调平测量系统在光刻机中的测量对象的运动和工作环境,由三自由度运动台吸附硅片模拟光刻机工件台的垂向运动,采用比较激光干涉仪和硅片调焦调平测量系统同时对硅片测量的结果作为其性能的评估依据。该平台测量精确可靠,可以用于精度、分辨率和重复性等性能指标的检测。     

Path control of a three-dimensional linear motional mechanicalsystem using laser

A sensory feedback controller for a three-dimensional linear-motion mechanical system is proposed. This controller specifies that the end-effector of the mechanical system will follow the path of a laser beam according to the operator's commands. Thus, it is possible to manually position the end-effector by moving the laser beam and specifying whether the end-effector should move forward or backward along its path. This system is ideal for manually operating robots. The sensor is designed to detect both the laser beam's direction and the end-effector's deviation from the beam's path. The experimental results confirm the viability of the proposed system. The controller can also be used for highly accurate servo-control because the position of the end-effector can be directly determined from the laser beam     

机器人激光扫描系统现场标定技术

针对机器人激光 扫描系统现场标定问题,提出了一种基于交比不变性的线结构光传感器标定方法,允许平 面参 照物在传感器测量空间中自由移动,通过摄像机拍摄多幅平面参照物的图像即可对光平面进 行标定;同时, 提出一种定点变位姿的机器人手眼关系标定方法,采用一个直径已知的标准球作为手眼标定 参照物,控制 机器人分别以纯平移运动和变姿态运动的方式带动视觉传感器对标准球的球心坐标进行测量 ,根据固定点 约束标定手眼关系。实验结果表明,本文标定方法有效、快速,可以用于机器人激光扫 描系统现场标定。     

光纤光栅激光传感器的研究现状及其应用

概述了光纤光栅激光传感器(FBGLS)的基本结构和特点,并着重介绍其波长型、偏振态型、相位型传感器的工作原理及发展现状,最后阐述了FBGLS的应用前景。     

基于数字照度传感器的光源跟随系统研究

为了让物联网传感节点在户外长期工作,研究了一个光源自动跟随系统,放置在上下、左右四个数字照度传感器进行光照强度检测,单片机对水平和垂直方向的光强度差值做出控制,使双轴电机运动直至水平或垂直方向上的两个传感器输出基本一致,达到自动跟踪光源的效果。本设计的控制系统测量精度较高,实现提供物联网传感节点持续可靠运行。     

共享激光器的分布式光纤气体传感系统

为了实现远端多节点的高效检测并降低成本,设计了一种新颖的分布式光纤气体传感系统。该系统采用共享一个工作于特种波长的分布反馈半导体激光器,将其置于一个本地控制节点内并通过双向光纤链路串联各远端检测节点,同时使用特殊设计的远端节点结构和光纤段,在每个检测节点,用两个Y型耦合器接入气室,将系统中信号分为上行流和下行流,避免来自其它节点信号影响并直接实现时分复用;并以三节点系统的瓦斯体积分数检测为例进行数值计算和实验。结果表明,激光二极管占总成本比重可由约60%降至约38%,且增加循环检测次数能使各节点测定气体体积分数的相对误差降低,首个节点的相对误差可降至0.2%以下,甚至更低,该方案能够精简高效地实现共享光源的分布检测。     

基于三维激光扫描的倾斜圆面直径测量系统

针对倾斜圆面的空间几何特征,提出将三维激光扫描技术与虚拟环境 引导定位结合的快速圆面直径测量系统。该系 统通过圆面边缘端点来约束移动激光扫描仪的扫描视角与深度,并在虚拟环境下实时跟随扫 描仪轨迹构建虚拟测量基准面, 进而参考已标识的端点与基准面相对位移变化,来逐步规划扫描仪的轴向运动路径,以此实 现边缘轮廓的自动高质量采样; 依据高度特征变化识别定位圆面边缘端点,并结合空间投影和最小二乘原理拟合出圆面直径 。为验证系统的精度和可靠性, 对处于不同倾斜状态的圆台工件(55±5mm)进行直径检测。结果显 示,系统可在3s内完成直径测量,检测分辨率为5μm、 检测精度为20μm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和 高效性,能很好满足在线生产中对倾斜圆面直径的检测要求。     

Strong fiber Bragg grating based asymmetric Fabry–Perot sensor system with multiple reflections for high sensitivity enhancement

A fiber Bragg grating based (FBG-based) Fabry–Perot (FP) sensor system utilizing multiple reflections between two strong FBGs with different reflectiveties to enhance the sensitivity is proposed. The different interference signals are obtained by using different multiple-path-matched Michelson interferometers (MIs). The system is lighted by the ultra-narrow line width erbium-doped fiber ring laser and the signal is demodulated by phase-generated carrier (PGC) scheme. The method to choose the optimal parameters of the FBG-based asymmetric FP sensor and the different matching MIs is analyzed. The experimental results show that each matching MI can steadily enhance the sensitivity of the demodulated signal in the bandwidth of 80–8000 Hz. The sensitivity of the system can be enhanced about 19.1 dB when the light reflects nine times between the two FBGs. Further more, this system can be used to extend the dynamic range and the effective working bandwidth and so on.     

轴快流CO2激光器气体压力控制

激光切割对激光功率模式、功率密度和功率稳定性要求很高,采用轴快流CO2激光器时,控制工作气体压力工作在最佳状态并保持其恒定是激光器输出连续、稳定功率的必要条件和关键技术之一。在深入研究激光器工作原理和影响激光输出功率因素的基础上,采用带积分分离的智能PID控制算法对工作气体压力进行调节。该过程控制算法简单实用,可以有效地提高气体压力控制精度,改善功率控制精度和稳定性,并用实验加以验证。     

Energy efficient geographical key management scheme for authentication in mobile wireless sensor networks

In wireless sensor networks, a sensor node communicates with a small set of neighbour sensor nodes and with the base station through a group leader or a cluster head. However, in some occasions, a sensor node required to move in the sensor networks. The node has to change its own position with the requirement of applications. Considering this phenomena, in this paper, we propose to design an angular function and private key management system authenticated by group leader for the transmission of a node. In the proposed scheme, the group is divided into sectors. The motion of the node is related with the angles to the group leader, which is the basis of our proposal. The nodes movement and activity should be tracked. The proposed scheme attains high connectivity and security with the help of the directional transreceiver. The lifetime of a node is increased, and it enables a node to move through the network and to transmit data to its neighbors.