扫描电化学池显微镜阿基米德螺旋快速扫描方法的研究

针对现有扫描电化学池显微镜(scanning electrochemical cell microscopy, SECCM)的扫描方法在扫描成像快速性上的不足,提出一种基于阿基米德螺旋线的新型SECCM快速扫描方法。传统跳跃扫描模式的跳跃高度是在没有先验知识的情况下靠人工经验设定的,为了避免碰撞其取值往往偏大,因此设置的扫描行程越长,消耗时间越久,速度慢、效率低。利用螺旋线轨迹预扫描快速获得待测平面的最高点,进而有效地降低了传统跳跃模式的跳跃行程,大幅提高了SECCM的扫描成像速度。此外,以螺旋线轨迹高速运动来检测最高点时,轨迹具有无冲击、因此样本运动过程无偏移,该扫描方法具有成像稳定性高的优点。通过带状金属表面成像实验表明,相对于传统跳跃扫描模式,阿基米德螺旋扫描方法在保证成像质量的同时扫描速度提高了约110%。可见提出的方法对提升SECCM扫描速度和成像质量有着重要的意义。     

三维数字图像相关系统及其应用研究

利用双相机搭建了基于双目视觉测量技术的三维数字图像相关系统,并借助Visual Studio2010平台,实现了从图像采集到三维形貌、变形、应变计算的软件功能,通过10Cr17不锈钢的拉伸试验验证了系统的实际应用性能。结果显示,三维数字图像相关测量系统的应变测量精度与引伸计相当,并且可以获得更全面、直观的测量数据,是全场变形、应变测量的有效手段。     

BP神经网络补偿三维曲面非接触式测量系统热变形误差研究

针对一个三维非接触式测量系统，在简要介绍系统工作原理的基础上，指出机械部分的热变形误差是影响系统误差的关键。该文在分析测量系统机械部分的基础上对它进行了热误差的分析和建模，并结合改进的BP神经网络给出了具体实现的方法。     

数字图像相关法测量金属薄板焊接的全场变形

提出了一种基于数字图像相关法和双目视觉技术的全场三维变形测量方法来测量金属薄板焊接过程中的高温变形.首先,提出一种基于种子点的高精度图像匹配算法求解相关匹配非线性优化初值.然后,介绍了三维坐标重建以及三维位移、三维应变的求解算法.最后,借助于VC+ +6.0开发环境,研制了用于薄板焊接全场变形测量的实验系统.为验证本文方法在材料力学性能实验方面的可行性,利用标准材料试验机和自主研制的图像采集装置设计了钢试件的标准拉伸实验,并采用Q235板材件进行了焊接变形测量实验.实验表明:本文方法的应变测量精度为0.5％,与引伸计的测量结果基本相当;与传统的测量方法相比,提出的方法可以更全面、更直观地测量金属薄板在整个焊接过程中的三维移和应变场,并且测得的3个方向的位移变化曲线过渡自然、数据合理,是研究焊接变形规律的有效手段.     

纳米绝缘材料的STM检测机理及其应用研究

分析了纳米绝缘材料薄层在适当的偏压电场下STM检测的机理,用自行研制的STM.IPC-205B型扫描隧道显微镜实现了对部分绝缘纳米材料微观形貌的检测,得到了理想的图像.拓展了STM检测加工技术的应用领域,进一步发挥了STM在材料结构和性能研究方面精度高、稳定性强等优势.     

光电高精度全场形位检测系统的研究

介绍了光电高精度全场形位检测系统。系统以面阵CCD作为被测物体边缘图象的探测器件，应用激光衍射和囹象处理技术进杆被测物体边缘的精确定位，实现了高精度全场形位检测。该系统具有测量速度快，检测精度高及数据处理自动化等特点。     

基于三维扫描技术的曲面精密检测试验

以导流片试验件为检测对象,通过手持式智能激光扫描仪对试验件不同工序段进行扫描测量,将扫描的三维点云数据与设计的理论数模进行对比分析,得出型面精度的偏差情况,以此来检验试验件是否合格,将前后两段不同工序的扫描数据进行对比分析,以监测曲面的变形量,对大中型曲面产品加工过程中在质量把控方面有很大的意义和价值。     

基于激光共焦扫描显微镜方法的磨损表面三维数字化描述

表面形貌的精确描述在许多领域诸如材料、生物医学、摩擦学和机器状态监测等领域变得越来越重要。开发了一种基于激光共焦显微镜和图像处理技术的研究磨损表面及表面参数的新方法。首先用B io-rad Rad iance 2000激光共焦显微镜方法获得精确的三维表面形貌,然后用计算机辅助图像分析技术自动计算出表面特征参数。应用示例表明本文所研究的方法是可靠的,能对工程表面的表面粗糙度特征进行精确描述。     

圆弧金刚石砂轮三维几何形貌的在位检测和误差评价

针对非球面光学元件加工对圆弧金刚石砂轮形状误差测量的需求,提出了砂轮三维几何形貌在位检测与误差评价方法。建立了砂轮外圆面螺旋扫描轨迹测量数学模型,利用位移传感器获取了砂轮表面轮廓数据;对得到的数据匀滑滤波后沿圆周展开并进行插值处理,得到砂轮三维几何形貌。然后,根据非球面平行磨削加工特点,提出评价圆弧砂轮形状精度的指标。通过提取三维几何形貌轴截面轮廓,进行最小二乘圆弧拟合得到不同相位处的圆弧半径与圆心坐标,并由误差分离获得砂轮表面圆弧的圆度误差、圆周跳动误差及轮廓圆心轴向偏差。最后,对非球面加工圆弧金刚石砂轮进行检测,获得了砂轮的三维几何形貌以及多个关键尺寸及其误差数据:即圆弧金刚石砂轮的平均圆弧半径为55.442 3mm,半径波动极差为0.16mm,中央±8mm环带内圆弧的圆度误差约为5μm,圆周跳动误差约为2μm,截面轮廓圆心轴向位置相对偏差为0.008mm。根据检测结果,进行了大口径复杂非球面磨削实验,得到的元件面形P-V值为4.62μm,RMS值优于0.7μm,满足工程的实际需求。     

基于三维摄影扫描技术的几何检测研究

介绍了基于三维摄影与三维扫描相结合的光学非接触式测量方法,对螺母柱零件进行测量,并与三坐标仪的接触式测量相比较,说明其满足高精度快速测量的要求.     

全视场外差短相干形貌测量技术

针对工业检测中对微米量级测量精度、秒级测量时间的检测需求,提出了全视场外差短相干形貌测量方案。本方案采用短相干光源,实现大步长测量,节约扫描时间;采用全视场外差技术,实现干涉轮廓的快速反演,在抑制振动、直流噪声对测量精度影响的同时,提高数据反演的效率。搭建了实验验证系统,对测量时间和测量精度进行了实验验证,结果表明,系统的探测时长小于10 s,测量精度优于2μm。后续经进一步优化设计,探测时间可小于5 s,探测精度优于微米量级。该方案具有测量速度较快和测量精度较高等优势,在对效率要求较高的工业检测领域具有一定的应用前景。     

接触测量中的微探球力变形研究

随着微纳米测量系统中测头微探球尺寸的不断减小和测量不确定度要求的不断提高,测力所引起的力变形误差对测量系统不确定度有着不可忽略的影响。根据Hertz理论,构建了微探球与工件接触时的接触模型、微探球与试样力变形模型,给出了最大允许测力估计方法和力变形计算方法。以现有的3种微纳米三坐标测量机微探球为参考,分别估计了允许最大测力及引起的力变形。结果表明,对于纳米量级测量不确定要求,接触式测量中微探球的受力变形误差是不可忽略的。     

材料轴向拉伸变形的图像精密测量研究

轴向拉伸试验是测量材料力学性能的主要手段。本文介绍了一种新的视频引伸计,并给出了利用这种视频引伸计测量材料轴向拉伸变形的视频引伸计测量系统,对测量方法进行了说明。利用该系统对金属材料标准试件进行常温、静载试验,测量其应力-应变曲线,并与使用常规机械式引伸计测量得到的数据对比,验证了本文所提出的视频引伸计的测量性能。本文所提出的视频引伸计测量系统能够实现对材料轴向拉伸力学性能的非接触、在线、高精度测量。     

非接触三维曲面测量

本文综述了非接触三雄由面测量的全息等高技术、莫尔等高技术、光三角法及坐标测量法。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

可测量大陡峭度物体的傅立叶变换轮廓法(MFTP)

本文在简要地分析了傅立叶变换轮廓法(FTP)和改进型傅立叶变换轮廓法(IFTP)测量三维物体形状轮廓的可测陡峭度限制后,提出了一种可测量大陡峭度物体的傅立叶变换轮廓法(MFTP),给出了详细的测量方法和理论分析。利用FTP自身的特点,消除了IFTP引入的人为误差,提高了FTP的能测陡峭度。     

用于强反射表面形貌测量的投影栅相位法

为了实现强反射表面三维形貌的光学非接触测量,提出一种改进的投影栅相位法。分析了强反射表面的反射光特点及其对相位解算的影响,指出了反射光亮度范围与相机动态范围的不一致是导致传统投影栅相位法测量失效的主要原因;提出了亮暗条纹投射、多曝光时间采集图像和图像合成等技术,使相机亮度测量范围与强反射表面的反射光亮度范围相一致,并分析了此方法的可行性和适应范围。最后,给出了改进投影栅相位法的条纹投射与图像采集步骤。实验结果表明,改进的投影栅相位法克服了强反射表面引起的条纹图像饱和或过暗问题,能够成功测量出99.6%以上的三维点云,有效解决了测量点云缺失问题,能够实现强反射表面三维形貌光学非接触测量。     

基于新的系统数学模型的三维形貌测量法

提出新的测量系统数学模型,将投影仪投射光场视为由相位值唯一标识的光投射面的集合所形成的空间,将摄像机成像模型视为一种由成像点图像坐标确定的成像射线形成的集合,将被测点视为所对应的投射面与成像射线的交点。以此为理论基础,采用逆向求解法建立投影仪的数学模型,避免显示标定投影仪的复杂操作过程。将离心畸变与径向畸变分解为两个独立的过程顺序求解,再使用小孔成像模型建立消除畸变后的摄像机数学模型。采用平面靶标自由移动法采集足够多的标定数据,对标定靶的尺寸与位置要求不严,并且在不要求标定数据充满整个视场空间的情况下仍可获得完整的标定结果。本标定过程对系统位置无任何严格要求,同时摆脱对精密位移装置的需求,并有效地消除摄像机与投影仪镜头畸变所产生的标定误差。     

机载天线动态变形实时测量与补偿方法

针对高精度机载天线结构变形对电性能的影响,提出了天线动态变形实时测量并补偿的方法。针对该机载天线的高角度、实时、测量空间狭小的测量要求和难点,提出了采用基于光纤光栅传感器进行应变测量的方法,同时对该测量方法的原理、搭建过程进行了说明,并通过测试试验对其进行了验证,试验结果表明:该测量方法能实时获得机载天线由于风载、温度等造成的结构动态变形,并且可以在此基础上进行该天线的电性能畸变的实时补偿。