精密可控工作台的实验研究

实验探讨和研究了精密可控工作台的位移测量系统，计算机控制系统和微位移系统。实现了传统光学到尺数字化，使具有0．5mm刻度值的标准刻尺达到了1μm的分辨率和2μm的测量精度，并成功地用于精密可控工作台的位移实时测量，具有一定的实用价值。     

基于C8051F020光电位移传感器的设计

文章详细介绍一种基于C8051F020单片机为核心开发的光电式大量程拉线位移测量系统，该系统可以通过温度传感器，测量环境温度，并对位移测量结果进行温度修正，最大量程可达到6．5m，精度为0．1mm；系统具有自动采集、运算和存储测量数据的功能，可用RS232和USB接口与计算机通信。     

轮对综合参数光电自动检测系统

车辆轮对尺寸参数和踏面缺陷的检测是保障车辆运行安全的重要措施。介绍了一种基于光电检测技术的轮对综合参数自动检测系统。该系统运用精密激光位移传感及数字图像处理方法，并结合精密运动控制，实现了轮缘厚度、轮缘高度、车轮直径、轮对内侧距、轮辋厚度、轮辋宽度等主要尺寸参数，以及踏面擦伤和剥离等表面缺陷的非接触自动检测。该系统的尺寸参数测量精度为0．2mm，擦伤深度测量精度为0．1mm，剥离长度测量精度为1．0mm。现场实验结果表明，系统的检测精度和重复性可满足车辆段修现场使用要求。     

大尺寸直径非接触光电检测系统研究

提出了一种基于激光位移测头的大尺寸直径光电测量系统，可用于直径达φ52200mm的大尺寸工件的非接触测量。文章详细论述了测量系统结构、工作原理及同轴度测量方法，并对影响测量精度的主要误差来源进行了分析，结果表明测量精度达0．02mm。     

汽车配光镜面形测试系统的研究

论述了研制的汽车配光镜面形测试系统的原理、结构、测试结果及讨论。系统采用了性能优良的接触式位移传感器和工业控制计算机，同时检测表示面形特征的几个特殊点的位移，并与标准值比较和判断；利用程序逻辑控制器(PLC)、气动元件和伺服电机控制被测件的定位、传感器的测试过程和激光打标机的工作。系统性能稳定可靠、测试速度快、抗电磁及振动干扰能力强，精度达到国家有关标准所规定的要求，可全自动在线检测。系统与高精度的三坐标测量仪比较，其测试数据平均偏差小于0．03mm，重复性误差小于0．01mm．测量一个工件时间不超过30s．系统已在现场使用半年，运行良好，节省了大量的劳动力，提高了产品质量和劳动生产率。     

高速铁路无缝钢轨纵向位移在线监测方法研究

无缝钢轨在温度改变时会发生纵向位移,严重时引发胀轨、断轨,影响行车安全。针对此问题本文提出一种基于磁致伸缩原理的非接触式钢轨纵向位移在线监测方法,设计了系统总体方案、传感器安装方式以及基于卡尔曼滤波的数据处理算法。系统经标定和校准,测量最大示值误差为0.07 mm。为减小温度变化对测量结果的影响,通过温度实验研究了温度补偿算法,在50℃的温度变化范围内测量位移输出漂移不大于0.05 mm。在大西高铁线的现场试验结果表明,该系统能实现测量范围±100 mm的钢轨纵向位移监测,测量精度达0.1 mm。     

三坐标精密移动平台的研制

为使测量探针能在风洞实验时精确测量出某一确定点的压力、流速等数据，研制了一台三坐标精密移动平台。测量探针安装在该平台上，不仅能够在x、y、z三个方向精密移动，而且能够到达指定的空间位置。平台的单向移动精度为0．01mm。平台的每个移动方向主要由滑动丝杆副、滚动导轨副、基于容栅传感器的数显位移测量系统等结构组成。     

基于电涡流传感器的微位移测量系统的设计

针对金属物体微位移测量困难的问题,设计了一种基于电涡流原理的位移测量系统。文中使用一种新型桥式结构设计了系统的硬件电路,完成金属物体的位移量到电压量的转换;使用软件拟合的方法对传感器信号进行非线性补偿和温度补偿,提高传感器的测量精度以及稳定性。测试结果表明,在0～2 mm量程范围内电涡流传感器位移测量系统的线性度小于0.75%,最小仅有0.25%,满足金属物体微位移测量的要求。     

基于线结构光的三维垂线位移测量方法

垂线测量法是观测大坝变形位移的一种简便而有效的方法,在实际大坝变形监测中得到广泛应用。 针对现有垂线坐标 仪大多只能测量垂线二维位移且结构复杂的问题,本文提出了一种基于线结构光的三维垂线测量方法。 基于垂线测量中垂线 方向不变,利用线结构光测量原理实现垂线三维位移测量。 首先,本文采用线结构光测量获取垂线二维位移,然后基于垂线上 固定标志点的成像光线和垂线相交于一点的事实,综合垂线二维测量结果和通过相机内参数恢复的固定标志点成像光线方程, 实现垂线三维位移测量。 实验结果表明,本方法在水平面内 Y 方向上的位移测量精度为±0. 1 mm,在水平面内 X 方向和竖直 Z 方向上的位移测量精度达到±0. 05 mm,测量范围为 0~ 80 mm。 相较目前垂线位移测量方法,本文方法垂线位移测量精度和测 量范围更高,且测量结构简单。     

巧用百分表自制量检具

百分表是一种长度测量工具,其测量杆的直线位移,通过机械传动系统转变为指针在表盘上的角位移,沿圆周上有均匀的刻度,其分度值为0,01mm,测量范围有0～8mm、0-5mm、0～10mm 三种。 百分表由于其轻巧价廉、读数清晰、操作简单、精度高等优点,得到了广泛的应用,如测量内径,深度,找正工件,测量形位误差以及作为指示装置等等。     

交变光场时空耦合型位移测量系统的研制

针对现有光栅精密刻划加工难度大制约测量精度的问题,设计了一种以交变光场为测量媒介的时空耦合线性位移测量系统。该测量系统利用四路正交的交变光场与四组正交的正弦透光面调制耦合形成电行波信号实现高精度位移测量。在对测量系统测量原理分析的基础上,建立了该系统的理论模型和误差模型,通过仿真详细分析了该系统在时间相位不正交、空间相位不正交以及结构安装不平行时的误差规律。开展实验验证了一次、二次和四次谐波的产生原因,根据误差来源改进了测量装置的结构,优化了相应的参数。实验结果表明:在180mm测量范围内,用栅距0.6mm的测量系统实现了±0.4μm的测量精度。该测量系统规避了现有光栅精密刻划的问题,结构简单、安装方便,为光学位移测量提供了新思路。     

轮胎动态实验台往复运动位移自动测控系统

往复运动位移的自动测控系统是轮胎动态实验台的核心部分，它直接影响实验台的性能。文中提出一种由磁致伸缩线性位移传感器、MAXl95A／D转换器和AT89C52单片机组成的往复位移自动测控系统。现场使用和实验表明，该系统的测量误差小于1mm，具有测量精高、可靠性好和环境适应性强等优点。     

基于时间参考点的差动式线阵CCD位移传感器

为了将线阵CCD应用于实际工程的大尺寸位移测量,利用线阵CCD像元空间与输出时间的对应关系,提出了一种差动式测量的线阵CCD位移传感器测量系统。分析了线阵CCD位移测量存在的问题,结合线阵CCD中像元空间与驱动脉冲之间的对应关系,提出一种以时间为参考点的差动式测量方法。该方法用两个空间上对齐、时间上错开半个积分周期的线阵CCD检测透光挡板上等间距分布的透光光线的位置变化;通过计算两个CCD上输出光信号的时间差,用匀速扫描测量原理实现对空间位移的测量。用雷尼绍激光干涉仪对所研制的线阵CCD位移传感器进行了校准,结果显示：在有效测量范围（600.05 mm）内,经过修正后的测量误差可控制在±2 μm以内,验证了用差动法实现线阵CCD大尺寸精密位移测量的可行性。     

基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种高精度的二维位移测量传感器,利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量。测量系统主要包括三片PSD传感器(包括PSD光敏面和发光管)、低噪声的信号调理和AD采集电路,采用三片PSD正交布局方案,通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度。设计了六自由度的PSD标定测试系统,用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试。测试结果表明,PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°,标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°,测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°,满足系统0.5mm和0.5°的指标要求。此外,对PSD传感器的环境适应性进行了评估。PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点,成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中。     

基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统

针对移动大尺寸圆柱体工件两端的表面形貌特征,利用三维激光扫描仪设计了一种快速长度在线检测系统。基于三维激光扫描仪可在短时间内连续高速获取大量测量数据的特点,系统在虚拟环境下构造出自适应测量形状的虚拟测量基准面,采用二维误差分离方法抑制系统误差和运动误差,识别定位工件两端端点并计算其到虚拟测量基准面的位移;最后结合多传感器融合模型获取三维位移场测量结果。另外,测试前用三坐标测量机精密测量过的相似形状圆柱体工件对系统进行了校准修正。为验证系统的精度和可靠性,分别对处于（1 000±25）mm内不同直径的圆柱体工件进行了长度检测。结果显示,系统可在1 s完成直径约为50 mm工件的长度测量,检测分辨力为0.010 mm,检测精度达到0.050 mm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和高效性,可满足在线生产中对大尺寸工件控制和检测的要求。     

A laser-based machine vision measurement system for laser forming

Laser forming continues to be a promising technology in manufacturing due to its fast speed, flexibility, and low-cost. Measurement of deformation after laser forming is widely needed to verify its convergence to the intended shape in academic research. With the development of laser forming, high requirements on the measurement of the deformed work-piece have been sought such as a 3D profile of the deformed surface, a large measuring range, and measuring convenience. In this paper, a laser-based machine vision measurement system was developed to measure the 3D profile of deformed surface by a one-off scanning process. Based on the 3D profile data, the vertical displacement of the deformed plate was calculated for bending analysis. In addition, as one of the important feature parameters, transverse shrinkage was automatically determined through a novel image-based method during the scanning process. A measuring accuracy of 0.03 mm for vertical displacement measurement and 0.0125 mm for transverse shrinkage were achieved in the developed measurement system. This measurement performance is acceptable in most of the laser forming processes currently studied.     

窄间隙条件下基于光纤Bragg光栅的曲面位移测量

在充分利用光纤Bragg光栅既是敏感元件又是传光元件这一特点的基础上,提出一种在曲面空间间隙小于1 mm的窄间隙条件下,测量两曲面间相对位移的方法。设计一种矩形弹片式传感探头,利用其挠度与应变之间存在的对应关系,通过应变对光栅Bragg波长的调制,获得光栅Bragg波长偏移量与曲面位移之间的线性关系。通过双光纤光栅的应变差动成功消除了光纤Bragg光栅存在的温度干扰问题。结果表明,当曲面相对位移量在0.35～0.85 mm范围内时,测量系统的灵敏度达2.54 nm/mm,线性度优于1%。     

光强正交调制型位移传感器的数学模型与误差分析

针对传统光学位移测量方法对环境要求高和制造精度难以提高等问题,提出了一种以交变光场为测量媒介的新型线性位移检测方法。基于提出的方法,设计了一种光强正交调制型位移传感器。该方法采用基于光强正交变化的两路电驻波合成电行波信号,通过对行波信号时间先后的测量实现空间位移的测量。为了深入理解传感器的传感机理,推导了传感器的测量模型,分析了与传感机理相关的关键因素对测量误差的影响。根据测量原理和测量模型的理论分析,研制出传感器原理样机,通过实验测试了各种关键因素对测量误差的影响,并进一步优化设计了传感器结构与参数。实验显示,优化后的传感器在108mm测量范围内的测量精度达到±0.5μm,是一种新的无需精细刻划的位移检测方案。     

滑动式光纤布拉格光栅位移传感器

为克服现有光纤光栅位移传感器设计中存在的传力介质弹性系数易改变、滑块易产生偏移等对测量精度的不利影响,提出了一种滑动式位移传感器。楔形滑块的滑动面和限制面的采样互相垂直、等强度梁的变截面和一体化、滑动面圆弧化等特殊设计,使传感器具有抗滑动干扰性、梁挠位移测量的高灵敏性、长期往复测量的耐磨性等优点。阐述了传感器测量原理,加工制造了传感器原型,并开展了全面的性能测试。测试结果和误差分析表明:传感器在0~100mm的量程中,灵敏度为20.11pm/mm,精度达到0.099 5%F.S,具备良好的微位移测量能力;重复性误差和迟滞误差分别仅为0.705%和0.403%,且抗蠕变性能良好,可满足机械装备、土木工程等重大设施的结构健康监测对位移、变形测量的精度和长期稳定性要求。