基于三维激光扫描原理的球形罐容量计量方法研究

采用三维点云数据采集和建模技术对球形储罐容量计量进行了研究,主要包括球形储罐罐壁坐标采集原理、数据噪声滤波、粗差剔除、半径拟合和容量计算方法研究,并进行了试验数据分析。1000m³球形罐试验数据表明:在赤道内半径测量方面,全站仪方法和三维激光扫描方法的测量的差值小于1mm;在竖向内半径测量方面,用全站仪测量方法和三维激光扫描方法的测量值之间的差值为16.1mm。三维激光扫描方法用于试验中球形罐容量测量的相对扩展不确定度为0.4% (k=2)。     

双相机工业摄影测量系统测量性能测试方法研究

双相机工业摄影测量系统的广泛应用使其测量性能越来越受到关注,如何准确合理地评价系统的测量性能,并制定相应检定规范是目前亟待解决的问题。针对双相机系统测量性能的测试问题提出一套系统的方法:首先对双相机系统的摄影距离和基线长度等结构参数进行实验,并选择最佳参数进行系统的测量性能测试;然后对双相机的测量重复性、三维坐标测量准确度与长度测量准确度进行测评;最后通过以上3个评价指标对双相机系统测量性能进行总体分析与评价。该方法测得某型双相机的自身测量重复性为0.027 mm,三维坐标测量准确度为0.060 mm,长度测量准确度为0.062 mm。据此推荐用测量重复性、三维坐标测量准确度、长度测量准确度3个指标对系统进行评价。     

粒子群算法在超声三维坐标测量中的应用

提出一种基于粒子群算法的三维坐标反演模型,实现了超声波三坐标测量中三维坐标的高精度反演,提高了坐标反演迭代过程的鲁棒性.同时介绍了超声波测距系统的原理,推导了三维坐标反演的目标函数,建立了基于粒子群算法的反演模型,并进行了实验研究.通过软件仿真,对粒子群算法在超声波三维测量上的可行性和鲁棒性进行了验证,并搭建超声波三维定位平台,在1m×1m×2m空间中进行了测量实验.结果表明,测量的绝对误差小于10mm,具有较高的反演精度.     

大距离运动的直线度测量

机床轴沿轴向运动的直线度是最重要的性能指标.描述了不同的直线度测量方法(直尺法、钢丝绳法、激光干涉仪法、局部垂直度测量及球板和球杆法等),并讨论了这些方法对测量移动长度超过2000 mm的机床的适用性.详细叙述了无重叠的球板拼接,估计了测量的不确定度,测量结果不确定度U为3.4μm(因子κ=2).给出了减小主要影响测量不确定度,也就是影响机床轴重复性的主要因素的一些可能性.示出了500mm×500mm球板拼接测量,并且和轴向移动量900mm的比较仪进行了比对,两种测量结果的偏差小于0.6μm.因此不会超出原有的测量不确定度范围.球板拼接法也可应用于大距离移动中的垂直度测量.无论是利用垂直平面进行测量或者用近来引进的精密三维机床检测,无重叠的球板拼接均可用于水平和垂直的直线度测量,还可用于定位、倾斜、俯视及偏转等方面的测量.     

透射波半高度法测量裂纹高度的研究

提出一种用透射波半高度法测量裂纹高度的方法,介绍测量方法的原理和计算公式,采用测量线切割槽高度的实验,用聚焦探头代替普通斜探头用于发射,以此来减小测量误差和降低测量范围下限。实验结果表明,该方法适用范围是裂纹高度≥3mm,3～30mm深的线切割槽的槽深测量准确,测量误差〈1mm。     

傅里叶变换轮廓术中三维坐标同时校准方法

在相位测量型光学三维面形测量中,最终都要将相位信息转换成被测物体的高度分布信息,这个过程往往是通过对已知世界空间坐标的特征点事先标定,获得测量系统的内外特征参数后,完成被测物体的三维坐标转换.因此,标定是三维面形测量的关键环节.本文基于双向二次相位-高度映射方法和摄像机针孔模型线性无畸变标定技术,充分利用傅里叶变换的频谱方向特性,提出了对含有特征点的二维标定物表面变形条纹的频谱进行方向滤波操作,同时获取测量系统XYZ三个方向上的标定数据,对测量系统进行立体校准的系统标定方法.结合旋转风扇叶片形变的测量系统,给出了该方法的标定结果:在XY面内(230mm×230mm)的标准偏差小于0.27mm;在Z方向上小于0.022mm,位移测量灵敏度优于0.05mm.该方法为测量系统的实用化奠定了基础.     

现代三坐标测量机的开发

开发了一种高精度三维坐标测量机,它包括一套激光测头系统和高性能的伺服机构,具有精确控制、定位优化、三级减速近似、在线位置修正和光滑算法等功能.实验结果表明,在6 400 mm×2 100 mm×1 500 mm的整个测量范围内,测量精度优于30 μm;在区域范围内,测量精度优于8 μm,采样速率超过1 000点/min.该测量系统的测量效率很高.另外,还可以用于测量软材料表面.     

远距离运动物体三维轮廓测量的研究

提出了摄像机光轴平行和光轴垂直两种简化的双目立体视觉系统,用来实现远距离运动物体的三维轮廓测量。具体阐述了这两种简化系统的测量原理和数学模型,还着重对以上两种系统下远距离物体测量中摄像机参数,如焦距、视场角、分辨率、两摄像机间距离与落弹范围的距离等的选择进行了探讨。就不同的系统对摄像机的选择进行了实验运算,结果表明,用该摄像机对1000m处的直径为70mm的小目标进行测量,可获得90个像素的轮廓,便于进行三维轮廓的提取。仿真实验表明,简化的双目立体系统可以快速、方便、简单地得到远距离物体的三维轮廓。     

基于线激光扫描的核电换热板厚度测量方法研究

为实现核电换热板厚度尺寸的现场快速检测,搭建了面向复杂薄壁零件厚度测量的线激光三维测量系统,针对线性导轨与传感器相向排列特点的位姿标定方法进行了研究,建立核电换热板三维数字化模型,并针对换热板表面曲率缓变的结构特点,提出基于点点距离与空间聚类的厚度尺寸计算方法,实现核电换热板厚度尺寸高效计算。实验结果表明：系统测量精度优于0.15 mm,检测时间≤2 min,计算的换热板平均厚度0.992 1 mm,可满足企业现场(测量精度优于0.2 mm、检测时间≤5 min)检测要求。     

基于混合数字高程模型的交叉口立面设计方法

在交叉口立面CAD方法中,传统二维方法不能进行三维可视化设计和空间分析,曲面拟合方法没有统一的应用标准并且求解困难.以CAD和方格网设计等高线法为前提,提出了交叉口的通用几何模型和设计流程,分析了用不规则格网和不规则三角网的混合数字高程模型表达三维设计面的优势和可行性,讨论了建模的原理和步骤,阐明了运用数字高程模型生成等高线和查询高程、坡度、坡向的方法.在AutoCAD平台上,用.net二次开发技术和托管C++语言编程实现了程序功能.试验结果表明,该方法能精确高效地处理各种形式交叉口.     

用贴片云纹干涉法研究复合材料单孔连接件的应力场

本文采用贴片云纹法测定复合材料单孔连接件的应力分布,对四种不同复合材料制作的试件分别得到0°、45°、90°三个方向的平行云纹图,分析了通过孔心的水平横截面、孔侧的纵截面和孔受压处的纵对称截面上的应变和应力分布,并确定了不同复合材料的应力集中系数。     

莫尔技术的现状和展望

本文对莫尔技术的应用状况、关键技术及未来课题作了较为详细的叙述与评论。     

CCD用于莫尔条纹细分的技术

应用ＣＣＤ元件进行光栅莫尔条纹的细分是一项新技术。它利用ＣＣＤ具有自扫描能力的特点，能将光强随空间分布的莫尔条纹信号转换成随时间变化的电信号，光电信号的时间位相对应于莫尔条纹的空间位相。通过适当的电路处理，给出信息的过零点到ＣＣＤ起点的方波。采用单片机测脉宽的方法，即可实现莫尔条纹位相的高倍率细分。实验结果表明，分辨率可达到０．０２μｍ，线性也较好。     

大应变测量的密栅云纹方法及应用

介绍了一种适宜大应变测量的密栅云纹法实验装置及其试验技术。通过对材料的力学性能及其加工工艺参数的研究和实际应用表明，根据试验数据及云纹图片，可迅速、简便、可靠地获得测量结果，为材料的大应变测量提供了一种有效的手段。     

TALBOT干涉原理与微小位移测量研究

本文从光波传播理论出发,运用近代光学和几何光学原理讨论了广义TALBOT 效应;用莫尔偏转技术讨论了 TALBOT 干涉仪原理;以此建立了测量微小的 TALBOT 干涉仪数学、物理模型。比对测量表明测量原理正确、可靠。     

Optical inspection of periodic structures using lens arrays and moire magnification

Abstract

This paper describes a technique that uses the phenomenon of moire magnification, developed recently for the measurement and inspection of periodic structures. Moire magnification occurs when an array of lenses is used to view an array of identical objects situated at the focal plane of the lenses. As the lens array is aligned with the object array, a moire pattern is observed in which each moire fringe consists of a magnified image of the repeat element of the object array. As the arrays are rotated with respect to each other, the magnification and orientation of the image changes.

The moire magnifier builds up an image from a large number of components of an array and therefore gives a representation of the average unit. It is a very simple and robust device and may well be more convenient to use, for example in an industrial production environment, than a microscope. A large number of components used in electronic imaging systems are periodic in nature and can conveniently be inspected using this technique. Examples are shown.     

A note on curvature and twist measurements using the Ligtenberg-Moiré method

In this note an alternative technique for measuring curvature and twist is discussed. The method relies on measuring the line spacing in a single exposure reflected pattern. Use of this technique appears to be preferable in many applications.     

莫尔轮廓仪的光学特性

本文阐述了照射型莫尔轮廓仪的原理,仪器的主要结构特点及其主要光学特性,同时还介绍了轮廓仪的应用情况,从而对轮廓仪的主要特性作了全面介绍。     

高精度编码器的裂相指示光栅

通过动态莫尔条纹方程,用数学分析的方法,并结合GBJ280等高精度绝对式光电轴角编码器,详细讨论了裂相指示光栅的布局特点,光电信号相位相位补偿原理,以及对编码器精度的影响。     

应用Talbot效应和莫尔技术测量长焦距

给出测量透镜长焦距的一个方法，该方法的原理是Ｔａｌｂｏｔ干涉。在测量中，根据莫尔条纹的斜角确定正、负透镜的焦距。方法简单，灵敏度可调。