基于小波变换的大尺度纳米级线位移测量方法研究

1 Introduction Up to now accuracy in magnitude of nanometer has been achieved in ultra-precision machining technology, the contour accuracy is up to λ/4: λ/10 for an ultra-precision machine with a movement range of 400: 1000mm, where, λ=0.633μm, and the surface roughness Ra is up to sub-nanometer; the resolution of feedback system for measurement is up to 100: 0.1mm. This requires an ultra-precision measuring system has a measuring error≤     

平面位移测量中点特征提取算法研究

基于数字图像的平面位移测量是近几年发展起来的新的位移测量方式,而点特征提取是平面位移测量实现的基础,是特征匹配实现的基础,是位移测量精度提高的保证。为了提高测量精度和效率,利用常用的点特征提取算法对花岗岩工作台进行点特征提取。通过实验分析表明,Harris点特征提取算法有较好的提取精度和效率,为平面位移的测量奠定基础。     

基于多频磁场耦合的平面二维位移传感器

针对目前光刻机、超精密数控机床等高端超精密装备对于精准平面定位的要求,提出了一种基于多频磁场耦合的平面 二维位移传感器。 传感器组成为定尺和动尺,其中定尺由导磁基体和 X、Y 方向励磁线圈构成,动尺由导磁基体和 X、Y 方向感 应线圈构成。 通过对 X、Y 方向励磁线圈通入正余弦励磁信号,在定尺上构建出多频磁场耦合的二维均匀磁场阵列,动尺感应 出带有位移信息的电信号,经过理论推导和电磁仿真验证了多频磁场直接解耦差动结构和幅值调制解算方法的可行性,并对仿 真误差进行分析,并优化了传感器结构。 最后采用 PCB 工艺制作传感器样机并开展相关实验研究,实验结果表明:传感器在 150 mm×150 mm 的测量范围可对二维位移进行精确测量,其中 X 方向测量精度为±33. 08 μm,Y 方向测量精度为±36. 95 μm,优 化后的传感器样机 X、Y 方向原始对极内位移误差峰峰值在原有基础上降低了 49. 1% 和 50. 7% 。     

一种基于灰度向量匹配的平面绝对位移测量方法

对于平面位移的测量,传统方法需要采用特殊机构将其分解为两个线性位移和一个角位移分别测量,因而测量系统复杂。随着数字图像处理技术的不断发展,采用该技术进行位移的测量已经成为现代测量技术发展的新方向。本文提出了一种新的基于图像处理的平面位移测量方法。该方法采用事先通过标定的图像,对自然标志（特征点）的提取和基于灰度向量匹配来完成绝对位移的测量。最后经实验验证了该原理的可行性。     

一种基于准同步采样的电网谐波高精度测量方法

阐述了一种基于准同步窗的离散傅里叶变换算法实现电网谐波参量的测量方法,并给出了算法的推演过程和硬件实现。实验结果表明了该方法在宽频偏范围内仍具有很高的测量精度。该方法采样无需与信号周期完全同步,采用纯软件算法实现,降低了硬件复杂度和成本,测量精度高,速度快,具有重要的实际工程意义。     

基于平面驻波磁场的二维位移传感器 测量原理与结构优化

在芯片制造、智能制造、航空航天等领域,精密平面定位迫切需要平面两维度位移的同步独立精密测量。本文提出一种基于电磁感应原理的平面位移传感器,由动阵面和定阵面组成。定阵面由m×n个平面螺旋线圈阵列串联而成,通入交变励磁电信号时在测量平面产生平面驻波磁场。动阵面由四个螺旋线圈以2×2矩阵形式排列,感应出振幅随x轴和y轴位移变化的四路调制信号,并利用Cordic算法求解两维度位移量。本文首先介绍了传感器的工作原理,对电磁模型进行有限元分析,并对位移解算算法进行数值模拟。根据仿真结果对测量误差进行分析溯源,优化传感器结构。制作传感器样机开展了实验验证,验证了传感器结构和位移解耦方法的可行性。实验表明,传感器在节距内最大误差为48.7μm,分辨率为0.317μm,在147 mm×147 mm量程范围内,传感器线性度达到0.15%,为高精度电磁感应式平面二维位移传感器的进一步发展提供了理论支撑和实验指导。     

基于正交双行波磁场的平面二维时栅位移传感器

针对半导体行业、航空航天等领域对于精密二维位移测量的迫切需求,提出了一种基于正交双行波磁场的平面二维时 栅位移传感器。 传感器由定尺和动尺组成,定尺由导磁基体和沿 x、y 方向排列的两励磁线圈组成,动尺由导磁基体和沿 x、y 方 向排列的两层感应线圈组成。 当励磁线圈通入正余弦励磁信号时,在定尺上方产生分别沿 x 和 y 方向运动的正交双行波磁场。 通过对感应线圈输出的感应电信号进行解算得到 x 和 y 方向的位移值。 首先介绍了传感器的结构和工作原理,对传感器模型 进行了电磁场仿真;然后对仿真误差进行溯源分析,并优化传感器结构;最后采用印刷电路板技术制作了传感器样机,并设计相 应的电气系统进行实验验证。 实验结果表明该传感器在 160 mm×160 mm 测量范围内能够实现平面二维位移测量,x 方向节距 内位移误差峰峰值为 32. 8 μm, y 方向节距内位移误差峰峰值为 34. 5 μm。     

基于三坐标测量机的平面测量方法研究

1．三坐标测量简介 三坐标测量机是一种通用性强、自动化程度高的高精度测量系统。对一般的测量软件而言,三坐标测量机的测量过程可分为以下几个步骤（假设测头校验与坐标系的建立已经完成）：     

基于UKF方法的永磁同步平面电动机位移测量

针对现有永磁同步平面电动机位移测量方法测量自由度少,且安装要求苛刻等缺点,利用少量分散排布,在磁场中相位不重合的霍尔传感器组成的霍尔阵列信号及电动机的磁通密度模型,基于无味卡尔曼滤波(Unscented Kalman filter,UKF)方法导出一种永磁同步平面电动机沿x、y轴平动及绕z轴转动位移的测量方法.仿真及试验结果表明,该方法可以实现电动机平面3自由度位移的测量.在观测值使用次数一定的情况下,随着观测噪声逐渐减小,位移估计值精度便逐渐提高,但当观测噪声小到一定程度时,位移估计值精度稳定在一定水平上,此时由算法造成的计算误差成为影响精度的主要因素.在同样的观测噪声下,多次使用观测值进行反复迭代,可以使位移估计值精度得到进一步提高.在实际工程应用中,应该从精度要求和计算量综合考虑,从而确定最优观测值迭代次数.     

基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法

提出了一种基于双光栅尺的高速高精度位移测量方法。在分析光栅尺测量原理的基础上,探讨双光栅尺信号的切换合成;通过对莫尔条纹电子细分计数脉冲切换误差的分析,研究减小切换合成误差的方法;采用可编程逻辑器件FPGA设计信号处理电路,并通过逻辑、时序仿真,验证了本方法的可行性。实验结果表明:此方法在光栅尺移动速度＞1 m/s时,具有10 nm分辨率,可满足新一代运动定位系统对高速高精度位移测量的要求。     

基于HDNS2000芯片的平面位移测量系统的研制

为了简化目前平面位移测量装置复杂的机械结构、降低装置的成本,文中利用HDNS2000芯片设计了一种基于虚轴的平面位移测量装置.该装置利用HDNS2000芯片实现位移检测,利用P89V51RD2单片机实现与HDNS2000的通讯和计数,并通过数码管实现平面位移数据的显示.实验表明,该装置能够以较低的成本实现低精度场合下的平面位移测量,具有一定的实用价值.     

散斑位移测量中一种新的计算窗口选取方法

基于激光散斑的位移测量是广泛应用于实际测试的一种重要方法。具体的实现方法常用的是数字图像灰度相关法。在整像素位移搜索算法中,传统的计算窗口选取方法很难同时满足运算速度和准确度的要求,计算效率较低。本文提出了一种新的计算窗口选取方法,采用选取能够较好反映原始图像特征的三个大小、位置不同的子区作为计算窗口,以提高准确度并减少运算量。实验证实该方法能够很好地满足准确度要求并大大提高了运算速度,是一种有效、可行的方法。     

一种用PLC和旋转编码器测量位移的方法

介绍了使用可编程控制器、可编程终端和旋转编码器测量位移的一种新方法。该方法投资少、应用前景好。     

光栅横向位移遥测传感器

介绍了一种光栅横向位移遥测传感器,被测位移和光束方向垂直。该系统利用激光光栅的多普勒效应进行测量,采用差动光路结构。理论计算和实验表明,此系统测量范围大、信号质量好、分辨率和测量精度高,并具有很大的景深范围,可应用于具体生产环境中的位移遥测。     

二维位移传感器研究

在许多应用领域中,需要测量物体作二维运动的位移,特别是物体做平面平动的位移.本文介绍了各种二维位移传感器的原理和实现方法,具体分析了国内外已有的各种二维位移传感器的结构特点.     

圆容栅传感器原理及其误差分析

圆容栅是在传统容栅技术基础上发展起来的新型传感器技术。圆容栅传感器是一种角行程传感器 ,与直行程容栅比较 ,不仅其测量范围增大 ,而且抗干扰能力也显著增强     

应变片用于斯特林发动机活塞位移的动态测量

结合自由活塞斯特林发动机的结构特点,提出了采用应变片响应板弹簧变形来动态测量活塞位移的方法。根据应变片的电阻应变效应与应变仪的电桥原理,建立了一套应变片测量位移的动态标定试验系统,将动态标定数据与静态标定数据进行了比较分析。试验结果表明,应变片测量位移的方法存在一定的正反向、动静态差异,应变片的粘贴位置也会直接影响测量准确性。基于应变片传感器体积小,与板弹簧结合粘贴无需占用专门的空间,通过标定校准和合理的安装位置,仍然是一种较好的位移测量传感器。     

光电六维振动位移传感器的设计

根据光学反射原理，采用光线转换器件和六个线阵CCD光电探测器件，设计了一个六维振动位移测量传感器系统，讨论了六维振动位移的同步测试问题，该传感器系统采用新颖的光线转换器件被物体的位置信息转化为投影光曲线的形状信息，线阵CCD器件将光线位置信息转化为电信号，由数据采集板送往计算机处理，得到被测物体的位移信息，该系统采用了新型的光线转换器，无需复杂，精密的光学系统，即可进行一定范围内的六维位移测量。     

基于ARM7+FPGA的磁致伸缩超声波位移测量系统

铁磁晶体在外磁场中被磁化时,其长度尺寸及体积大小均发生变化,这一现象称为磁致伸缩现象.随着嵌入式系统和现场可编程器件应用的不断普及,利用磁致伸缩及其逆效应产生或接收超声波的技术用于位移（距离）的测量正在国内逐步推广.基于ARM7＋FPGA的磁致伸缩超声波位移测量系统,在传统设计的基础上利用FPGA的特点,通过增加数字峰值检测和增益调整电路,使系统可以方便的实现多点测量和量程拓展,同时充分发挥FPGA快速准确测量时间、编程方便灵活和ARM7快速、计算能力强的优势,并且采用实时校正法保证系统的测量准确度.