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。     

基于准自然标志的平面位移测量方法

针对三坐标测量机的结构复杂、系统庞大、价格昂贵使得应用面受到限制的特点.因此开发了一种基于虚拟坐标测量概念,采用数字图像处理技术的简化三坐标测量机.在平面位移测量上,用具有不同半径长的圆形图案人造石材板作为工作台面,以圆心坐标与半径长为标志,利用Hough变换计算出圆形的圆心坐标及半径长度,再利用已知的圆心坐标及半径确...     

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.     

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.     

接触器铁芯平面度动态测量的实现

平面度误差是接触器铁芯的一个重要的形位误差,是接触器成品质量的重要参数之一。目前,工厂对接触器铁芯分离平面的平面度测试方法存在测量精度、速度、稳定性方面的不足。工件的测量结合串口通信技术与激光位移传感器技术,设计了一套对工件自动化连续动态测量的装置。首先对分离小平面连续采集数据,然后通过软件编程提取测量关键点的数据,最后采用最小二乘法求出平面度误差值。通过对仪器的测量结果与三坐标测量仪的测量结果进行了对比,测量精度满足工厂需求。     

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.     

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% 。     

压电位移器位移速度的实时自动测量

压电位移器位移速度的实时自动测量王文生（长春光学精密机械学院）０引言自动实时高精度地测量微位移速度一直是测试工作者探索的问题。接触式机械法虽然可以测微位移，但精度不高。干涉法虽然可以实现非接触、高精度，但不能测位移速度［１］。把电视摄相机（或ＣＣＤ摄...     

基于视觉的折射误差校正在位移测量中的研究

非常温环境中,保温装置的光学玻璃给摄影测量引入了玻璃折射误差.为了解决折射误差对位移测量精度影响,通过折射光路分析得到偏移误差模型,并结合曲面拟合法提出校正方法.实验表明,折射误差只与玻璃参数(折射率和厚度)和拍摄距离有关,且校正后的测量方法可以有效地改善玻璃折射影响,提高位移测量精度.     

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。     

场景点云中小孔洞边界提取算法

计算机处理速度的提高和深度相机的广泛应用使点云数据在工业领域中的应用越来越广泛.针对巡检机器人非固定场景中小孔定位问题,提出小孔边界检测提取算法.对点云进行预处理;求取目标点对应近邻点的切平面上的投影点,通过投影点算出质心点位置,由质心位置将圆盘分为两个半圆盘,通过两个半圆盘中投影点数量比值作为边界点判定条件.实验表明,该算法可以较好地提取出边界点使得噪声对结果的影响成比例减小,鲁棒性好,运行速度快且稳定.     

远距离处固体面内位移测量的研究

为了利用激光多普勒效应实现远距离处固体面内位移测量，研究了激光多普勒差动方法和锁相放大、同态滤波等技术，设计出能获得大的多普勒信号强度的差动光路，高灵敏度、大Q值的锁相放大器和能重构丢失信号的同态滤波器等。实验结果证明将由它们所组成的系统用于50m处固体的面内位移测量，效果令人满意，其相对误差约1％。     

光谱共聚焦等高面测量法研究

通过对机械测量球头在金属表面测量与光谱共聚焦测量数据在非光滑表面数字误差的对比,结合机械测量中的的实际情况,综合运用等高面和数理统计的相关理论知识对两者测量进行了研究和探讨,发现光谱共聚焦数学测量面的建立是与机械测量溯源的关键,提出了建立光谱共聚焦等高面的模式,并运用数学模型的方式研究了在非光滑表面测量的模式,为光谱共聚焦在机械领域的测量提供了可借鉴的理论依据。     

差频式位移传感器的研究

对差频式测量进行了深入探讨 ,揭示了差频式测量的本质 ,进而将原有的差频式动态传动误差的测量方法移植成一种圆分度静态传动误差测量方法 ,并提出一种用于差频电路工程设计的新方法———齿波对偶法 ,开发了一种用于角位移精密测量的差频式位移传感器     

遗传算法特征选取中的几种适应度函数构造新方法及其应用

针对遗传算法特征选取技术,提出4种适应度函数构造方法,即,基于改进的距离判据、基于平均值方差比、基于Fisher判别准则以及基于最近邻分类法的适应度函数,并通过仿真实例对方法进行了验证。最后,将新方法应用于转子故障诊断,结果表明:笔者提出的遗传算法特征选择的4种适应度函数的正确有效性。     

螺旋锥齿轮齿面测量点分布新方法研究

针对现有螺旋锥齿轮齿面检测方法不能全面反映齿面的结构特性以及测量数据量过大、测量设备成本高、测量路径复杂、测量点布局没有考虑制造质量特征的影响等问题,提出了螺旋锥齿轮齿面测量点的自适应分布方法,建立了螺旋锥齿轮齿面几何特征和制造质量特征的云模型,研究了螺旋锥齿轮齿面测量点分布算法。并以螺旋锥齿轮副中的小齿轮为例进行了算法验证,结果表明:使用该方法得到的螺旋锥齿轮齿面测量点分布反映了齿面的几何特征和制造质量特征,分布测量点相对较少,基本符合测量点分布预期。     

散乱点云的孔洞识别和边界提取算法研究

针对逆向工程中已有孔洞识别算法执行效率低、孔洞边界点提取不完整等问题,提出一种新的基于KD树和K邻域搜索的点云孔洞识别及边界提取算法。该算法首先利用KD树建立散乱点云的拓扑关系。其次,计算点云密度、定义距离阈值作为判别参数,利用K邻域搜索计算每个点与其K个邻域点的距离,距离大于阈值的点即为边界点。再次,采用单坐标搜索法去除外边界,保留孔洞边界。最后,利用边界追踪算法获取完整的孔洞边界点。以涡轮叶片和挖掘机斗齿为研究对象,对点云上的自然孔洞利用该算法进行识别。结果表明,该算法能够快速地识别出散乱点云中孔洞,并能完整地提取出孔洞边界点,实用性强。     

单面现场动平衡解析三点加重法试验研究

提出了一种用于单面现场动平衡的解析三点加重法,在叶轮上三个等分点分别加试重,并测试相应振动值,用公式就可以计算出不平衡量的大小和位置,实验证明这种方法简单,方便可行。