结构光测量中相位误差的过补偿与欠补偿校正

针对现有结构光测量中采用的相位误差补偿算法存在的相位误差过补偿或欠补偿问题,提出了一种新的相位补偿误差校正算法。推导了环境光下四步相移的相位误差数学模型,解释了相位误差过补偿、欠补偿的产生原因;通过数学推导获得相位误差的解析表达式,提出了相位误差过补偿、欠补偿的校正算法。该方法通过向标定平面投射4步相移图像、16步相移图像与黑白图像获得相位误差系数;然后在8种不同环境光条件下重复这一步骤获得多组系数;最后运用参数拟合法获得相位误差数学模型的具体表达式。实验结果表明:无论在黑暗环境还是光环境下,利用该修正方法进行相位误差补偿后均可使相位精度达到0.002rad,比进行相位误差补偿前提高了8.6倍左右,比查找表(LUT)提高了2.5倍左右。该算法精度高,速度快,能有效解决相位误差过补偿、欠补偿的问题。     

数字相移测量中的高精度相位误差补偿

数字相移测量的主要误差来源于由数字投影机引入的Gamma(γ)畸变。投影范围内的γ非一致性使得基于单一γ的校正技术和相位误差补偿技术存在较大残余误差。在分析γ非均匀分布的基础上,提出了基于像素的相位误差查找表补偿方法。该方法根据像素自身的γ,动态地建立相应的相位误差查找表,进行相位误差补偿,有效提高了补偿精度。对实际测量结果做了分析并与基于单一γ的方法进行了比较,证明了基于像素的相位误差查找表补偿方法能够获得更高的精度。     

齿轮重复加工中的相位误差补偿技术研究

针对齿轮重复加工中由于误差引起齿轮轮廓精度难以保证的问题,对影响齿轮重复加工的跟踪误差、耦合误差等因素进行了研究。结合齿轮重复加工的应用需求,对耦合误差的构成和耦合误差对轮廓精度的决定性影响,及相关误差补偿方法进行了分析,提出了通过实时相位误差反馈来对耦合误差进行实时补偿的齿轮加工控制系统模型;开发了一种新的相位误差动态闭环补偿技术;利用齿轮加工系统试验平台,对相位误差动态补偿技术的有效性进行了测试;通过MATLAB数据仿真和实际工件切削,对采用相位误差补偿技术前后的相位误差变化进行了比较与分析。研究结果表明:该相位误差动态闭环补偿技术能有效地减少耦合联动轴的相位误差,相位误差下降达99%,明显提高了齿轮重复加工的精度;同时,该技术满足实时性要求,适合实际工程的应用。     

光栅莫尔信号正交误差实时补偿研究

针对光栅读数头输出信号存在正交误差的问题,提出基于坐标旋转数字式计算机算法(CORDIC)的正交误差实时补偿方法。针对CORDIC算法在正余弦信号角度解算时存在误差较大区间以及在正余弦信号峰值区间角度解算灵敏度低的问题,引入向量模式双迭代方法抑制CORDIC算法因迭代收敛过快而带来的角度解算误差,并结合局部查表法消除信号峰值区间的角度解算误差。正交误差补偿过程包括相位解算、相位补偿和信号重构3个环节。以解算出的角度值为对象进行整周期误差角度的实时补偿,采用CORDIC算法旋转模式根据补偿后的角度值重构余弦信号,实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。以FPGA为平台实现该补偿方法并验证其相位差检测和补偿效果,实验表明信号在正交误差[1°,10°]时,相位检测误差在±0.04°以内;信号在不同频率不同相位差时,补偿后其相位最大误差在±1°以内,平均误差在±0.1°以内,均方差在0.5°以内,证明该方法可有效实现对莫尔信号正交误差的实时补偿。     

误差补偿技术在相位偏移干涉测量中的应用

在研究泰曼—格林相位偏移干涉仪测量原理基础上，分析了位移驱动器移相误差对五幅移相计算结果的影响，一阶线性误差和二阶非线性误差是相位偏移干涉测量技术中产生相位误差的主要因素；提出了五幅算法移相误差补偿技术，该方法直接从相位偏移干涉图中计算移相过程中存在的一阶及二阶移相误差，对五幅算法结果进行误差修正；采用玻璃平晶为测试对象，建立了泰曼一格林干涉仪移相误差补偿原理试验系统。试验结果表明在同时存在一阶移相误差及二阶移相误差情况下，采用提出的移相误差补偿方法可以将位移测量精度提高6倍，相当于采用氦氖激光器的倍程干涉仪中位移精度达到1．0nm。     

单频激光干涉仪正交信号的高精度处理

为了提高单频激光干涉仪正交信号相位细分辨向的可靠性与重复性,本文在正交信号Heydemann误差模型和数字信号处理技术的基础上,提出一种结合误差修正和相位细分辨向技术的正交信号高精度误差补偿算法。该算法采用基于最小二乘法的矩阵运算计算正交误差补偿参数初值,通过迭代运算进一步提高补偿精度,并对修正后的信号构建了基于相位的细分辨向算法。最后通过MATLAB软件对该算法进行了验证。实验结果表明,上述算法可实现对正交信号误差的精确补偿,使测量精度可达亚纳米甚至皮米数量级,从而有效提高测量信号的解调精度。     

基于对称误差补偿的高精度人字齿轮插齿加工方法研究

针对高精度人字齿轮加工对称度差的问题,设计了联机式多自由度齿轮相位检测装置,提出了利用该装置确定对称误差量的基本方法,并在此基础上开发了自动检测对称误差量的数控程序,最后采用数控系统补偿相位误差的方式实现了高精度人字齿轮的加工。人字齿轮加工实例证明,联机式多自由度齿轮相位检测装置具有较好的可靠性,且基于数控系统补偿相位误差的人字齿轮加工方法能够稳定的控制加工对称度在0.02 mm以内,从而验证了此方法的合理性和准确性,为高精度人字齿轮的加工提供了一种新的途径。     

基于最小化灰度误差的非线性相位误差补偿方法

非线性相位误差是影响数字投影平面检测精度的重要因素,为了补偿数字投影系统中的非线性相位误差,对非线性误差的模型进行了研究与分析。根据误差模型中的高次谐波理论,构建了一个评价函数,利用此评价函数可以确定补偿之后的截断相位。首先,需要利用高步相移技术求出各谐波项的系数,然后通过相移公式求出实际的截断相位,最后,使用评价函数来求取补偿之后的截断相位。实验结果表明：此种误差补偿方法效果明显,将实际物体相位误差的平均绝对误差与标准差从0.027 31 rad和0.031 14 rad降低至0.008 71 rad和0.010 79 rad,极大提高了相位的精度。     

利用误差谐波补偿法提高金属圆光栅测角精度

提高圆光栅测角精度的方法除了提高分辨率和系统精度以外,广泛采用误差补偿方法。本文通过对新型金属圆光栅的研究,提出了一种基于软件的误差补偿方法——误差谐波补偿法。实验表明该方法可消除一定阶次内幅值和初相位不随时间变化的误差谐波,有效提高测角精度。     

基于误差补偿技术的GALIL型数控机床受控性研究

使用基于二维图形交互式的伺服进给系统受到二维图形大量参数影响,检测结果存在一定误差,面对该情况,提出了基于误差补偿技术的GALIL型数控机床受控性研究。根据GALIL型数控机床结构,从动力学角度出发,分析机床在一定激振力作用下振幅和相位随激振频率变化的特性,确定固有频率、固有角频率、阻尼比、静刚度、动刚度、动态柔度受控特性指标。通过机床激振频率受控性误差补偿、机床振幅受控性误差补偿,避免研究结果出现误差。由实验结果可知,该方法在不同频率下的传递函数幅值、传递函数相位、相干系数,与实际情况一致。     

增量式编码器的相位编码细分研究

在球坐标激光跟踪测量系统中采用球坐标法可将空间运动物体的三维坐标求出。增量式编码器的精度对于整个测量系统的精度而言，占主导作用。本论文对输出信号为正弦信号的增量式编码器提出一种细分方法一相位编码细分方法，从原理上进行了深入的分析，并设计了硬件电路。与其他方法相比，该方法具有细分数高且任意可调的特点。     

基于窗口傅里叶变换的线性相位误差抑制

在窗口傅里叶变换(WFT)相位提取技术中,抑制线性相位误差和背景光强干扰对窗口尺寸的需求条件存在矛盾,无法对二者进行同时抑制,故提出一种通过改变输入信号频谱成分的线性相位误差抑制技术,该技术利用傅里叶空频分析法将输入信号进行背景光强滤除并保留基频成分,使测量结果不受背景光强影响;考虑到线性相位误差同样受到窗口尺寸选取的影响,通过仿真分析确定最优窗口尺寸判定依据;采用该方法重构抛物面形并以相移干涉技术所获面形结果为基准进行对比分析,结果表明,本文提出方法可实现线性相位误差与背景光强干扰的综合抑制效果并提高了传统WFT相位提取精度。     

莫尔条纹信号相位误差补偿

为减小莫尔条纹信号不正交时的正切法细分误差,提出了一种可对任意相位滞后误差进行实时补偿的新算法.在分析了相位不正交对细分精度的影响后,通过对信号过零点的准确采样,计算出余弦信号相位滞后的角度值,进而确定了实际的相位计算公式.根据存在相位滞后信号的极性和幅值信息,对完整的短周期信号进行相位分段补偿,并分析了影响算法实现的各个因素.仿真实验表明,本算法可实现对相位滞后误差的实时补偿,有效降低信号相位不正交对细分精度的影响,使细分误差仅为未补偿误差的10%,极大地提高了莫尔条纹信号细分精度和位移检测精度.     

调制度测量中一种新的相移误差分析方法

通过相移技术获取调制度值的调制度三维测量法,不可避免地存在相移误差,从而降低测量精度。简述了调制度测量原理,分析了相移误差对调制度的影响,提出利用图像灰度值进行相移误差分析并进行误差补偿,以提高测量精度。实验以一平面石膏为测量对象,根据测量结果,验证了该方法的正确性和有效性,对采用相移技术的三维测量法具有重要的意义。     

Phase correction for frequency response function measurements

In modal testing, an impulse is often used to excite the structure and a linear transducer is used to measure the response. For these impact tests, two signals are measured: the impulsive force and the vibration response. Any lack of synchronization in the time domain acquisition of the two signals results in a frequency-dependent phase error in the frequency response function, or FRF. However, knowledge of the time delay may be used to correct the corresponding phase error. In this research, tests were conducted to measure the frequency-dependent phase error for a capacitive sensor and a frequency domain technique is proposed to correct the FRF. The method was validated using an FRF measurement of a cylindrical artifact mounted in a milling machine spindle.     

一种消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双 N 步相移法

互补格雷码双 N 步相移法因其具有鲁棒性好、检测精度高等特点在条纹投影轮廓术领域成为研究热点。 然而,传统互 补格雷码双 N 步相移法存在检测效率低以及未消除周期性毛刺相位误差的问题。 针对这些问题,本文对传统互补格雷码双 N 步相移法进行改进消除周期性毛刺相位误差,首先通过相机捕获形变条纹图像并计算出两组截断相位,然后利用两组截断相位 的相关性消除检测数据中的相位差、周期性毛刺相位误差,再对两组截断相位进行融合,最后通过互补格雷码相位展开法对融 合后的截断相位进行相位展开。 实验得出本文方法在检测效率不变的情况下,能有效消除周期性毛刺相位误差,得到高精度展 开相位,相比于未消除周期性毛刺相位误差的互补格雷码双 N 步相移法,本文检测方法精度提高了约 24. 57% ,相比于互补格 雷码 N 步相移法,本文检测方法精度提高了约 6. 29% 。     

CCD的积分抽样特性对傅里叶变换轮廓术的影响

在傅里叶测量轮廓术中 ,由于 CCD探测器积分离散抽样效应 ,将对相位的求解造成较大误差 ,通过理论的推导定性地解释了误差的来由 ,并用计算机进行了模拟计算 ,最后提出了减小误差的方法