外场激光光斑中心检测算法研究

激光光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术。检测算法的精度及速度直接影响了测量的精度及速度。针对外场环境下干扰较强的特点,研究了重心法、Hough变换法以及圆拟合算法,通过理论分析与实验,提出一种改进的激光光斑中心检测算法,提高了中心检测的精度、速度及抗干扰性,可用于外场环境的实时光学测量。     

高精度光斑中心定位算法

光斑中心定位是光学测量中的关键技术之一,检测算法的精度和速度直接影响了测量的精度及速度,传统的检测算法如灰度质心法、Hough变换法等在检测精度或速度上存在不足。鉴于此,提出了一种高精度光斑中心定位算法,该算法不仅能定位光斑中心还能拟合出圆半径。用计算机生成的光斑和实验生成的光斑对该算法进行验证,并与其他传统算法进行比较,结果表明,该算法的误差小于0.5像素且比其他经典算法更精确。     

激光光斑位置精确测量系统

设计了一种激光光斑位置测量系统,用于提高激光照射器监测系统测量激光光斑位置时的测量精度.分别介绍了测量系统的组成及它们的信号连接关系.针对激光光斑图像采集过程中的后向散射现象,提出基于异步距离选通的激光后向散射抑制技术.为了克服大气湍流扰动对激光光斑成像的影响,利用改进的盲解卷积算法对激光光斑图像进行事后图像处理.最后,对光斑图像进行畸变校正,并利用高斯曲面拟合算法提取光斑位置.设计了若干仿真实验,并应用该系统处理了实际外场实验.结果表明,所设计的激光光斑位置测量系统的测量精度不超过0.3 pixel.     

大型轴系轴心的激光旋转测量方法

研究了大型轴系轴心的激光旋转测量方法,利用CCD相机采集激光光斑图像,通过数值拟合算法计算激光光斑所形成圆周的圆心位置,用以测量轴系轴心的空间位置。该方法消除了激光器装配定位误差导致的指向偏差和激光器不稳定导致的光束漂移。建立了激光旋转测量法测量精度的数学模型,进行数值模拟,计算结果表明:测量精度与激光旋转半径无关,与光斑采样点数成正比,接收屏与轴系轴心的垂直度偏差对测量精度影响不大。利用改进的最小二乘法进行数值拟合,进一步提高了激光旋转测量法的测量精度。     

动载体光电平台视轴稳定精度的检测

提出一种动载体光电平台视轴稳定精度的检测方法.介绍了光学测量原理,讨论了光电平台视轴稳定精度检测系统的实施路线,并对该系统使用的自准直光学成像系统、高速数字CMOS相机和光斑检测算法进行了研究.由安装在光电平台照准架上的平面反射镜反映光电平台视轴指向角度的变化,用高速数字CMOS相机采集图像,并通过计算图像之间归一化的...     

高精度太阳跟踪传感器研究

针对现有光伏发电过程中太阳跟踪传感器检测精度低、检测算法复杂等问题,提出了一种基于光学位置检测原理的太阳跟踪传感器方案,方案利用线性CCD检测太阳光线位置后实现传感器和太阳方向的偏差角度测量。为提高光线位置检测精度,在现有的质心算法基础上进行了算法改进,采用加权质心算法对光线中心位置进行定位。同时,为了使传感器实现从日出到日落全过程中的太阳跟踪,传感器中嵌入了依据视日运动轨迹的太阳位置计算程序。实验数据表明,传感器的检测精度可达0.1°,验证了方案的可行性和准确性。     

分块非线性加权在车灯检测仪校准器光轴角测量中的应用

针对传统光轴角测量系统中人为因素干扰导致的重复性能降低等不足,设计一种基于图像处理技术与高精度电控转台相结合的自动测量方案。分析了照明光斑光强分布特性,提出了一种基于图像区域分割的最优非线性加权的特征点提取算法。该方法根据光强与灰度的线性关系,将光强量化到3个区间。然后分析灰度因素在特征点定位中的影响;针对不同区间应用局部最优加权法则以实现局部最优化处理。最后,利用光轴偏转角与特征点在像面上位移的对应关系,计算得到光轴角测量值。开展了光斑特征点重复性实验并分析了光轴角检测精度,结果表明:该系统在不同光强、不同角度条件下重复性好,测角精度优于60.18″。与激光光源的光轴角测量实验对比,该算法在光斑光强分布不均的条件下仍能完成稳定且精确的光轴角测量。     

双光斑重叠式PSD空间点位测量系统研究

针对空间点位测量的问题,设计了一种新型双光斑重叠式PSD空间点位测量系统。构建了测量系统的测量平台和运动控制平台,并将光电位敏传感器PSD作为测量系统测头上的靶标,形成了空间测量三角形,采用逐次逼近算法,使两个光斑在PSD上轮流交替跟踪,实现了测量系统的自动跟踪,并利用PSD对于光斑重心采集的原理,判断两光斑重合情况,进行了空间点位信息的采集测量。以某型航空发动机8级涡轮转子叶片为测量对象,用三坐标测量机和本测量系统分别对其进行了测量对比试验。研究结果表明,测量系统对距离测量系统1.5 m远处,对目标点的测量偏差为亚mm级,正向偏差维持在0.4 mm以内,负向偏差维持在-0.25 mm以内。     

应用于三坐标测量机的半光斑成像式激光测头

运用半光斑成像原理研制出一种新型的半光斑成像非接触激光瞄准测头,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并对该测头重复性瞄准触发精度、不同光学特征表面的灵敏度特性进行了实验研究.实验结果表明该测头重复性瞄准测量不确定度在1 μm以内,测量灵敏度可达30～60 mV/μm,测量角度在不增加辅助措施的前提下可以达45°,综合性能达到传统三角法光学测头的性能.该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合其他测长仪器可以实现自由曲面的快速、精确测量,具有广泛的应用前景和较强的实用价值.     

同轴度同步旋转测量的空间投影解析

研究了国际上同轴度准直测量的专利发展状况。在这些专利材料研究的基础上,对2轴三维空间准直测量建立数学模型,用三维空间的思想来描述一个运动的准直激光在一个同步旋转轴的垂直二维平面位置测量装置上的投影,解决同轴度测量空间解析问题。通过试验检测同轴测量空间坐标的位置变化。原来的激光光斑在从动轴垂直平面中为椭圆曲线,在位置检测器件坐标中曲线也发生了改变,并且展示了角偏差变化和轴心的位置变化对曲线的影响。     

曲面透明件雾度和透光率实时测试仪

为了实现大型曲面透明件雾度和透光率的实时测量,设计了一种由LED作为光源、双积分球作为信号测量端的雾度和透光率测试仪。在系统工作原理上完成了透光率和雾度的理论推导,然后进行了光源光谱分布对系统测试结果影响的仿真分析,光学设计,积分球参数设计以及支撑调整机构设计,提高了系统的测试精度和效率。最后,对大型曲面透明件雾度和透光率实时测试仪进行标定和样品测试。测试结果表明:标准雾度片的透过率绝对误差均小于0.4%,雾度绝对误差均小于0.3%,用户提供样品的透过率测量值与理论计算值的偏差亦小于0.4%,满足用户要求。     

电容角位移式智能金属管浮子流量计的研究

基于浮子流量计普遍流量方程及电容角位移式传感器检测机理的新型智能金属管浮子流量计，实现了对流量的精确测量。本文详细介绍该流量计计量原理、转换器的设计、信号的智能化处理、样机标定及误差分析，给出了3台样机均显示可喜成绩，获得较高精度。     

适用于光黏工艺的干涉仪公差保证方法

空间干涉测量系统是空间引力波探测的重要组成部分。本文介绍了一种全玻璃材料的差频激光干涉仪的组成结构和工作原理,对差频干涉仪中双相干光束的匹配对准难题,介绍了一种适用于光黏装配工艺的角度公差和位置公差保证方法。这种方法采用了监测系统和微量调整机构相结合的方式,首先,监控系统可以实现光线相对位置的实时测量,给出被调整光线的调整方向和调整量;然后,微量调整机构可以在平面移动和轴向转动3个自由度上,对目标器件实现微米量级的微量调整;监控过程和调整过程反复迭代,可实现对光学元器件的高精度位置控制和角度控制。实验结果表明,在调整方向上角度公差优于80μrad,位置公差优于85μm。本方案基本满足差频激光干涉仪的装配精度需求,为后续更高精度的装配奠定基础。     

Three-dimensional surface profile measurement of a cylindrical surface using a multi-beam angle sensor

To investigate the application of the multi-beam angle sensor (MBAS) to high-precision optical aspheric and freeform surfaces, which are critical components in optical systems, we present a method of using an MBAS to reconstruct an aspheric surface from angle data. The MBAS is based on a multi-autocollimator system with a microlens array, which can split the beam into several spots and can convert centroid detection of the light intensity into an angle measurement. The MBAS is designed to address the curvature-range problem via a circumferential scan better than other methods and automatically eliminates the tilt error caused by rotation of a workpiece. Using a tracking technique, the MBAS can automatically determine focal spot positions from the centroid measurement of the light intensity. This is directly related to the accuracy of the angular difference measurement. The experimental results confirm the feasibility of using an MBAS for 3D surface profile measurements of cylindrical surfaces.     

盾构姿态测量中基于边缘检测的中心定位算法

振动对盾构测量系统的影响较大,提出了基于光阑的测量方案对原系统加以改进。鉴于光斑存在随机噪声污染,采用中值滤波技术,有效地降低了其对光斑中心定位的影响。对多种边缘检测算子作了比较研究,并利用其对激光光斑进行边缘检测,实现了聚焦光斑的准确定位。     

Note: An adhesion measurement setup for bioinspired fibrillar surfaces using flat probes

Current adhesion measurement setups designed for experiments on bioinspired fibrillar surfaces, either commercial or constructed in-house, do not allow adhesion measurements with in situ visualization, high resolution, high force range, and controlled alignment at the same time. In this paper a new adhesion tester is presented, which enables contact experiments with controlled tilt angle (accuracy of ±0.02°). This allows the use of flat probes and thus greatly simplifies the determination of experimental parameters such as pull-off strength or Young's modulus. The deflection of a double-clamped glass beam is measured by laser interferometry with an accuracy of ±60 nm, which yields a precise force measurement over three orders of magnitude force range without changing the glass beam. Contact formation and detachment events can be visualized in situ. The current adhesion tester is designed for force measurements in the range of 1 μN to 1 N and fills the gap between macroscopic tests and atomic force microscopy measurements.     

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.     

角接触球轴承外圈沟位置标准件的检定

针对测量角接触球轴承沟位置时没有沟曲率样板或其达不到精度要求的问题,利用仪表和量块,从工件中检定沟位置标准件,提高了测量精度。     

高精度丝杠动态检测装置的设计

丝杠是机械传动中重要的传动部件,其自身精度往往对整个装置的精度起着决定作用,因此,丝杠精度的检测有着极其重要意义。以往的测量方法精度不高,测量效率低。针对上述问题,该文提出了一种新的动态测量方案,利用双频激光干涉仪作为长度测量基准,PC机作为信息处理工具,能够对环境、热胀冷缩因素造成的偏差进行补偿,有效地提高了测量精度和测量效率。     

基于截面测量数据的大型卷曲复杂曲面的B样条精确建模方法

针对高性能航空透明件等大型卷曲曲面逆向工程测量的便利性、建模效率与精度的需要,提出了一类大型卷曲复杂曲面的B样条精确建模方法。首先利用高精度激光跟踪仪得到卷曲模型的系列截面数据,采用迭代算法计算出用于数据参数化的点集回转轴线,实现了各截面数据的序化;其次,为保证模型边界的准确性和样条曲面等参数线不发生扭曲,提出了点集的边界延拓方法,形成了双向有序的建模数据。最后,为提高样条曲面的控制点阵列和满足下游加工操作的需要,提出了采用截面扫略技术实现该类大型复杂曲面的单张曲面建模。实例验证了该方法的有效性和可行性。