运用光线追迹算法的高温物体视觉三维测量

对于高温下的视觉三维测量,如何削弱高温辐射以及成像畸变对构件测量产生的影响,在航空航天和汽车制造等领域 具有极其重要的意义。 基于黑体辐射理论分析了物体在不同温度下的辐射特性,确定了成像光谱范围,建立了高温双目立体视 觉测量模型,运用有限元建模仿真与光线追迹算法相结合的方法分析光线在高温场中传播的偏折规律,并分析了温度和光线波 长对光线偏折量的影响。 最后,通过搭建双目立体视觉测量系统,使用 CMOS 相机、窄带滤光片和平行光源组成的测量系统削 弱高温辐射光的干扰,对分析结果进行实验验证。 实验结果表明,测量系统能够在高温下获得清晰的图像特征;光线追迹算法 分析的结果和实验数据有很好的一致性;相较于常温测量结果,800 ℃ 以下视觉测量结果的误差小于 0. 28 mm,球间距测量标 准差小于 0. 11 mm,能够满足构件在高温环境下的测量需求。     

Tunable focus poly(vinyl chloride) gel microlens Array fabricated by shaping in patterned electric field

In this work, we demonstrate a poly(vinyl chloride) (PVC)-gel-based microlens array (MLA) with tunable focus. The MLA is fabricated using a PVC solution and a glass substrate with a ring-array-patterned electrode. By coating the solution on the substrate and applying a direct current (DC) voltage to the electrode, a PVC gel membrane with a convex surface profile on the inner region of the electrode (anode) is formed with the solvent evaporation. After the complete evaporation of the solvent and removing the voltage, the solidified PVC gel membrane exhibits an MLA character. When an inverse DC voltage is applied to the electrode, the PVC gel accumulated on the inner region will shift toward the outer electrode connected to the anode, leading the curvature of the convex surface to decrease and the focal length to increase accordingly. The variable surface profile with voltage is precisely measured by a laser confocal microscope and the result shows that the focal length of the MLA can be tuned within a large range.     

微纳测量机靶镜正交偏差角测量不确定度评定

三维靶镜是微纳米坐标测量机系统中的重要组成部分,其各面间正交性对保障系统测量精度至关重要。 为检验三维靶 镜加工是否符合测量机精度要求,对三维靶镜正交偏差角进行测量及不确定度评定,在量值特性分析建模基础上,研究了测量 不确定度表示指南传统方法(称为 GUM 法)、蒙特卡洛方法(MCM)及自适应蒙特卡洛方法(AMCM)3 种测量评定方法。 测量 评定结果对比表明,三维靶镜加工精度基本符合预期要求,其中 Z-X 面和 Y-Z 面的面间夹角均为 0. 5″左右,X-Y 面间夹角在 3. 3″左右;3 种方法所得评定结果基本一致,MCM 和 AMCM 较 GUM 法评定结果更合理,AMCM 相对 MCM 更高效。 所做工作为 后续研究微纳米坐标测量机面向任务的测量不确定度评定提供了借鉴方法。     

收发分体式四自由度激光测量系统耦合误差建模与补偿

线性导轨广泛应用于精密机床和仪器,其运动精度直接影响所在设备的空间定位精度。针对团队前期研制的可以测量导轨直线度、俯仰角和偏摆角的收发分体式四自由度激光测量系统,其直线度与角度测量结果间存在的耦合干扰问题,提出了一种误差建模与补偿方法。根据激光测量系统的原理和结构,分析并确定了耦合误差的主要来源,利用矩阵光学及齐次坐标变换的方法建立了耦合误差的补偿模型。以雷尼绍XL-80型激光干涉仪为基准,对所建立的误差补偿模型进行了实验验证,结果表明:利用所建模型补偿后的直线度和角度测量误差均降低了75%以上。所提出的误差建模与补偿方法不但有助于提高四自由度激光测量系统的精度,同时也有助于降低其成本。     

Optimal design of micro-nano displacement driving mechanism for obtaining mechanical properties of micro structure

The mechanical structures of micro-electro-mechanical systems (MEMS) are composed of different types of microstructures, and their mechanical properties are very important for the realisation and reliability of the system performance. One of the key problems in measuring the mechanical properties is the design and implementation of micro-nano displacement driving mechanisms. This paper describes a mechanism that adopts a two-level loading strategy, fast approach, and precise bending displacement loading structures, and has a theoretical analysis and optimal design based on optimal targets of resistance and displacement. The results show that the relative error is 6.98 % for the fast-approaching structure experiment and its optimal simulation and 4.26 % for the precise bending displacement loading structure (PBLS) experiment and its optimal simulation. The optimised micro-nano displacement loading mechanism can achieve optimal output performance under existing constraints.

     

一种利用电涡流效应的微孔直径和深度测量方法

为实现微孔直径和深度非接触式测量,提出一种利用电涡流效应的测量方法,由单层多匝线圈构成的测量线圈在目标 体上方匀速经过被测微孔过程中,测量线圈电感值变化的时间与微孔的直径成正比;测量线圈电感峰值与微孔直径的二次方具 有线性关系,该线性关系的斜率与微孔的深度成正比。 根据等效涡流环模型,建立测量线圈电感值与微孔直径和深度之间的数 学模型,利用 COMSOL 有限元仿真,分析测量过程中微孔直径和深度对测量线圈电感值的影响规律,仿真结果与等效涡流环模 型分析结果一致。 搭建微孔直径和深度的电涡流测量系统,实现直径 1. 5~ 5 mm,深度 0. 1 ~ 0. 5 mm 的微孔测量。 当微孔直径 大于 3 mm,微孔深度大于 0. 3 mm 时,微孔直径测量相对误差在±2%内。 微孔深度的测量分辨率为 0. 01 mm,在微孔直径大于 2. 5 mm 时,微孔深度的测量误差小于 0. 02 mm。