集成化数字相敏涡流测厚仪的研制

一、概述在用涡流法对金属材料进行无损测厚时,探头所得到的信息不但与金属材料的几何形状、尺寸、电导率等参数有关,而且还和探头到被测物的间隙大小有关。间隙的微小变化往往引起很大的测量误差,甚至使测量方法失败,特别在进行动态测量时,间隙的微小变化是不可避免的。因此必须尽量减小由间隙变化而引起的测量     

基于内积模极值法的柴油机凸轮轴阻尼识别

阻尼对凸轮轴的微小裂纹敏感,可以作为裂纹故障诊断的重用参考。应用内积模极值法能够准确识别出凸轮轴振动信号的某一阶模态参数,然后通过迭代运算,可以将各个模态间的相互干扰消除,进而提高阻尼的识别精度。通过实验,验证了该方法能够准确识别出振动信号各阶模态参数,对于微小的阻尼变化识别准确。     

用于冰层厚度测量的电容采集系统

由于空气、冰、水的电容特性各不相同,采用条形电容极板模型测量空气、冰、水的电容变化可以间接判断冰层厚度.针对特定电容模型产生的微小电容变化,设计了一种基于交流阻抗法的电容采集系统,能够测量1pF～1 000μF的微小电容变化,从而实现对冰层厚度的自动化测量.     

用经纬仪测量大尺寸三维导轨垂直度的方法

基于经纬仪将运动直线引出来的原理,提出了一种测量大尺寸三维导轨垂直度的新方法。首先在水平直线移动的Y导轨的动基座上安装经纬仪并观察静止靶标水平角的微小变化,采用最小二乘法拟合出了经纬仪视准轴分别与运动X导轨和Y导轨平行时的水平角,继而测量了X-Y导轨间的垂直度误差。然后将经纬仪固定在地基上,通过观测水平移动导轨上靶标的竖直角的微小变化,采用最小二乘法拟合了X、Y导轨的水平度误差;通过观测与Z导轨固定的靶标水平角的微小变化,采用最小二乘法拟合了Z导轨的二维铅垂度误差,利用X,Y导轨的水平度和Z导轨的铅垂度换算出了Z-X间,Z-Y间导轨的垂直度误差。最终实现了三维导轨X-Y之间、Y-Z之间、X-Z之间的垂直度的检测,并对测量的垂直度误差进行了精度分析。在研制的月球软着陆系统垂直度的调试中进行了应用,证明了该方法能够满足测量的精度要求。     

基于保角变换的微小电容标准建模与设计

在可编程电容器中,亚皮法量级的微小电容单元因受边缘效应等杂散电容的影响较大,难以实现准确、稳定的微小电容标准。本文给出了一种基于Kelvin等电位保护电极的微小电容单元实现方法,该方法将影响小电容单元的杂散电容限定为中心电极与保护电极之间因边缘效应而产生的杂散电容。并对此结构建立了等效微小电容单元解析模型,给出了一种通过保角变换分析杂散电容变化的算法,发现在电极厚度以及间距一定的情况下,中心电极与保护电极之间的气隙是杂散电容的主要影响量。基于此,分析气隙变化对杂散电容和主电极电容值的影响,同时结合有限元分析软件Ansoft Maxwell验证,确定微小电容单元的最佳气隙区间,进而准确实现微小电容标准的设计。经测试,在可编程熔融石英电容器中,亚p F量级实际微小电容单元电容值与设计微小电容单元电容值一致性良好。     

自制差分式传感器测量微小长度

根据电磁学原理和传感器技术,利用差分电感传感器将长度的微小变化转换成电压的较大变化.理论推导出微小长度的变化与外电路电压的变化关系,通过测量外电路电压的变化可计算出微小长度变化.通过实验方案的设计,制作了一个能实现以上转变的电感传感器并实施了测量,将测量结果与光杠杆的测量结果相比较,得出用差分电感传感器测量微小长度时,其测量范围与测量灵敏度是矛盾的,但在一定范围内,它的测量精度比光杠杆的更高.     

微小非球面光学模具单点斜轴误差补偿磨削

针对微小非球面光学透镜模具的纳米单点斜轴误差补偿磨削进行研究。通过分析比较传统的直交轴磨削法,提出微小非曲面光学模具的单点斜轴磨削方式,有效避免微细砂轮在加工微小非球面时发生干涉情况;采用单点恒定磨削方式提高微小非球面磨削的稳定性及精度。通过分析磨削区域内微细砂轮与微小非球面的干涉情况,从而合理计算并选用较高强度的微细砂轮。提出微小非球面误差补偿磨削策略,分析砂轮的对心误差(x轴向和y轴向)对形状精度的影响,采用法向残余误差补偿的方法对加工后的形状误差进行超精密补偿磨削。利用超精密磨床对口径为2 mm的超硬热压模具碳化钨材料的微小非球面进行纳米单点斜轴误差补偿磨削试验,经过三次超精密磨削及误差补偿循环,其形状精度PV从1 034 nm改善至146 nm,表面粗糙度达到Ra2.19 nm。     

电解转印法加工凹坑阵列结构试验研究

为得到降低摩擦副表面磨损所需的微小凹坑阵列结构,提出电解转印法加工凹坑阵列的工艺方法。对电解转印法加工过程进行有限元仿真,分析光刻胶膜厚度对凹坑尺寸和形状的影响。用光刻的方法制作尺寸均一,单个孔径为100μm的阴极平板。进行微细电解加工试验,试验分析脉冲电源频率和脉冲占空比对加工结果的影响。结果表明,采用电解转印法加工微小凹坑阵列结构,可以获得平均直径为200μm,深度10μm的凹坑阵列。     

基于CPLD和长度计的数字化微小位移检测的设计

设计一种基于CPLD和长度计的数字化微小位移检测的系统模块.增量型长度计作为测量微小位移传感器,采用CPLD芯片作为实时信号处理芯片,通过在CPLD里编写的算法软件把增量的脉冲信号转换成为位移量,可通过总线方式将计算得到的位移量传给控制芯片.算法中包含对干扰信号的判断和滤除及微小位移变化量的计算方法.     

基于线阵CCD的微位移测量系统设计

提出了一种新的微位移测量的方法,该方法采用多次反射光学放大法对微小位移进行放大,用线阵CCD实现对物体位移前后光斑位置的采集,通过计算机将数据处理即可得到微小位移量。理论分析表明,该方案的测量精度可以达到2.8nm。     

梁板结构的微小缺陷检测方法研究

针对板梁结构的微小缺陷识别问题,对板梁结构的模态振型和模态频率进行了研究,提出了基于小波变换和移动质量法的板梁结构缺陷识别方法。对"质量块在结构表面移动过程中,质量块-板梁耦合结构的固有频率会随移动位置的变化而改变,且当质量块位于结构缺陷位置时,固有频率会发生微小突变"的性质进行了研究,得到了随质量块位置变化的结构频移曲面;通过改变辅助质量块的位置来探测结构的动态特性,提出了应用离散小波变换分解板梁结构的振型和频移曲面的方法,提取结构的微弱缺陷信息,为板梁结构的微小缺陷检测提供了理论支撑。研究结果表明:该方法能够有效地识别板梁结构的微小缺陷,为以后的工程应用提供了一种实用的新检测方法。     

基于张量低秩分解和稀疏表示的红外微小气体泄漏检测

为了检测石化工业生产过程中微小气体的泄漏,提出了一种应用红外成像技术的单帧红外小目标检测方法。研究了低秩稀疏分解理论和稀疏表示理论,并提出了一种新的基于张量低秩分解和稀疏表示的小目标检测方法。该方法基于张量分解的形式充分发掘背景矩阵所包含的信息;利用先验知识构造微小气体泄漏的目标字典;同时利用背景的低秩约束和小目标的稀疏表示约束分解出微小气体的泄漏目标。最后基于非精确增广拉格朗日乘子法(IALM),对本文算法进行最优化求解,并通过实验分析比较了本文方法和已有方法的优缺点。结果表明:本文方法的检测效果优于其他已有方法,并且具有较好的ROC(受试者工作特征)曲线,可以满足工业生产中对微小气体泄漏检测的要求。     

光学内反射型精密角度传感器

本文基于光从光密介质传到光疏介质时,在临界角附近随光的入射角的微小变化,光的反射率发生急剧变化的原理,设计了利用临界角棱镜组成的多次反射型临界角角度传感器。通过光学式差动检测方法,减小了反射光所固有的随入射角的变化,其反射率变化曲线的非线性,进而通过检测光的反射率,可高精度地检测角度变化量。该传感器体积小结构简单,可通过调整初始入射角、反射次数及反射光的性质控制其精度和测量范围,可设计适于多种精度要求的微小角度的精密测量仪器。     

基于速度直接调节的微小线段高速插补方法

在分析连续微小线段运动规律的基础上,结合S型曲线加减速运动规律的优点,提出了直接调速法模型,建立了过渡曲线关于线段夹角的参数方程。考虑到最大加速度和轮廓加工精度的要求,给出了过渡曲线最优解的计算方法。根据直接调速法模型确定了过渡曲线的插补算法,接着进行了仿真。仿真结果表明:根据直接调速法确定的过渡曲线能够保证整个加工轨迹曲率变化连续,加工速度快,转接区域加工时间可缩短(33~50)%。     

一种微小挠性零件的自动化精密装配系统

为解决具有挠性结构微小零件精密装配的问题,将基于机器视觉的精密测量技术、高分辨率非接触激光位移测量技术等应用到精密装配系统的研制中.设计了用于微小零件夹持的装置,实现了对微小挠性零件拾取、搬运、放置等操作;根据视觉系统测量得到的微小零件与目标位置的偏差,对微小零件水平面内的位置和姿态进行了调整;提出了装配微小零件挠性结构的接触控制方法,该方法通过激光位移传感器非接触测量挠性结构接触变形所引起的微小位移变化,实现了装配过程中垂直方向的精密接触控制;通过在作业机械臂上集成标定模板,实现了装配系统的自动标定.简要介绍了所研制的装配系统组成,并进行了微小挠性零件的装配实验.实验结果表明,微小零件装配的平行度、同轴度误差小于10 μm,挠性结构接触控制偏差为0.6 μm ～0.8 μm,装配精度满足使用要求.     

SolidWorks二次开发精确草绘问题的分析与探讨

针对SolidWorks软件编程法二次开发进行研究,分析了开发过程中草绘的误差机理及其对建模的影响。对于编程法的草绘失败问题,提出了二次开发环境下的草绘中微小尺寸、误差产生的微小间隙和复杂计算问题的解决方法。对于复杂模型的二次开发问题,以带式输送机的建模为例提出了一种新的"块操作"的编程草绘方法,有效地减少了草绘误差,避免了复杂计算,取得了较好的效果。     

球头铣刀三维曲面加工的铣削力预报

针对球头铣刀三维曲面加工,提出一种考虑进给方向和刀具切触界面任意变化的铣削力预报方法。基于微分的思想,将曲面加工中单个齿频周期内的切削过程看成是切削条件恒定的微小稳态加工,进而将整个三维曲面加工视为一系列微小稳态加工的组合。根据各微小稳态加工的始、末刀位点坐标,建立进给转向角和进给倾斜角模型,刀具切触界面应用基于逻辑数组的Zmap方法确定,并修改了未变形切屑厚度模型的参数,使其适应三维曲面加工中刀具切触界面和进给方向的任意变化。分别进行凸圆弧曲面、凹圆弧曲面和自由曲面三个铣削加工试验,数值计算及试验测量结果表明,提出的方法能够很好地描述曲面加工中进给方向及刀具切触界面的变化,预报的铣削力和试验测量结果在幅值和变化趋势上都吻合良好,从而验证了该铣削力预报方法的有效性。     

示差定峰法的研究及其应用

本文提出了一种精确的定峰方法—示差定峰法,其基本步骤为,在相同实验条件下测定一对试祥同组晶面(hkl)的衍射峰,利用相关函数求出它们之间的布拉格角度差(Δ2θ)。试验证明,该法测得的Δ2θ的精度明显高于常规定峰法(Δ2θ的相对偏差小于±0.01°),由于它具有较高的测量精度,因此可应用于测定点阵常数的微小变化(Δα)和宏观残余应力分析方面。     

阀门微漏的度量与检测方法

本文介绍了对密封要求极严的波纹管截止阀、高真空阀的微小漏孔的几种常用检测方法;论述了气泡检漏法、仪器检漏法、静态升压法等漏率的估计和计算、漏气泡与漏率的定量换算。     

电子柱式气动测量仪示值误差的不确定度评定

电子柱式气动测量仪是一种测量精度高、测量范围大、能非接触测量出微小尺寸变化的精密测量仪器,配上相应的气动测量头,可以测量多种参数。通过用3等量块直接法对分度值为0.2μm电子柱式气动测量仪示值误差进行测量的不确定度评定,表明此方法能够很好的满足气动测量仪示值误差测量的要求。