2 m激光干涉测长基准装置

阐述了2 m激光干涉测长基准装置工作原理及系统组成,以线间距测量功能为基础,研究了接触式和非接触式的几何测长对准方法,实现了其测长功能拓展应用。介绍了实现纳米精度测长的技术措施。对称布局的双光电显微镜同步扫描测量接长的方式实现2 m刻线间距测量,信号处理系统具有标准间距位置脉冲发生功能,可以实现位移传感器动态触发校准和其它应用。对于高质量的线纹尺,2 m激光干涉测长基准装置单次测量刻线间距的最佳瞄准精度优于10 nm(1σ),1 m测量范围内的线纹测量不确定度U=（20+40 L） nm （k=2）。     

激光二坐标测量装置显微视觉关键技术的研究

为满足二维线纹标准器高精度检测需求,研究了激光二坐标测量装置的显微视觉系统关键技术.分析了激光二坐标测最装置的工作原理和显微视觉硬件系统的构成,提出了一种基于方向链码的边缘特征点跟踪提取算法,实现了图像边缘快速精确提取,建立了两坐标系间的修正模型,提高了测量精度.实验验证二维线纹标准器线间距和线宽测量重复性的2倍标准差小于10 nm.     

半光斑成像式多功能激光瞄准测头的研究

运用半光斑成像原理设计了一种用于三坐标测量机的多功能激光瞄准测头。详细介绍了测头的光学系统工作原理和设计思路,采用自适应控制方法实时调节激光光强使其可以适应不同光学特性表面的瞄准测量,并进行了多功能测头的重复性瞄准测量、灵敏度测量、倾角跟踪实验。实验结果表明,该测头重复性瞄准测量不确定度优于1 μm,测量灵敏度可达30 mV/μm,激光跟踪瞄准被测曲面倾角可达25°,能满足三坐标测量机的使用要求。该测头具有检测速度快、自动化程度高、瞄准精度高的特点,结合三坐标测量机或者其它测长仪器,能够实现对自由曲面进行快速精确瞄准及轮廓图像瞄准测量,具有广泛的应用前景和实用价值。     

基于光纤延时线的大尺寸测量方法

对激光热稳频技术的稳频原理和机理进行研究,提出双纵模激光空间合成场强分布为测量原理的大尺寸高精度测量方法,同时把光纤延时线、光纤组倍增和光开关倍增三级级联,应用光纤延时线代替扫描机构构造新型光学测试系统,实现无导轨大尺寸的高精度测量。采用波前探测和图像恢复技术相结合的波前修正系统,减小和消除激光束的变形和抖动。实验结果表明：该系统的重复性优于0.5μm,测量误差小于10μm。     

2m比长仪纳米级精度线间距测量系统的研究

介绍了2 m比长仪系统的组成,对其采用光电显微镜动态瞄准刻线和激光干涉测长原理进行了分析,研究了提高刻线瞄准精度和激光干涉测长精度的方法及利用现代电子技术实现刻线信号和干涉信号自动同步快速处理方法。自动信号处理系统基于FPGA现场可编程电路技术和计算机技术。通过对金属线纹尺测量的实验表明,依据JJG 331—1994激光干涉比长仪检定规程进行实验,2 m比长仪单次最佳刻线瞄准精度优于10 nm(1σ),对其测量的不确定度分析表明,对于测量高质量的高等别线纹尺,其测量不确定度U=（20+40 L）nm（k=2）。     

显微标尺标准测量装置的研究

本文介绍显微标尺测量装置的基本原理及其光学机械结构。该装置最小可测线条宽度为0.6μm、线间距为1.2μm,量程为2mm,分辨率为0.01μm,测量不确定度为±0.1μm。该装置还可以测量高精度计量光栅及激光光盘等透明基体上刻线的间距和线宽值。     

电子网板计算机视觉检测技术研究

文中论述了采用计算机视觉检测技术实现电子网板高精度,全自动检测系统的方法.这套系统属于非接触测量,其主要优点是高效率,高准确度,工作范围大,柔性好和抗干扰能力强等,本文也提出了具有高精度的边缘提取算法.经试验论证检测精度优于1μm.     

大型非球面主镜细磨中的一种在线检测技术

提出了一种在大型非球面镜细磨加工阶段使用的低成本在线检测技术。该技术将高精度测长装置集成在普通数控加工机床上,构成在线测量系统。通过测量工件面形上的各点空间坐标,并将测量数据经过坐标变换、误差补偿等处理,实现在线面形测量。与Leize三坐标测量机对比测量同一个面形,二者的测量结果误差P-V为4．0μm,RMS为0．8μm。在普通数控细磨机床上实现了在线面形测量且测量精度优于5μm。利用此系统,实现了细磨加工过程的镜面面形在线检测。     

野外大长度标准器—24 m因瓦基线尺量值的可靠性

野外主要标准基线场的长度量值,均采用24 m因瓦基线尺进行测量,其测量结果相对标准偏差一般优于5×10-7,基线场的长度量值(基线量值)的测量误差除野外的测量误差外,主要有基线尺本身的长度测量不确定度和温度线膨胀系数测量不确定度.24 m光学机械比较仪是利用比较测量的原理室内检测基线尺长度的标准装置,其测量结果不确定度U99优于15μm/24m.通过分析光学机械比较仪检测基线尺的不确定度和检测数据,评估基线尺量值的可靠性.     

多功能线纹尺自动测量装置研制

针对目前标准钢卷尺、铟瓦水准标尺、数字水准仪条码尺测量过程中遇到的问题,基于激光干涉测长和图像处理技术对线纹间隔进行测量的原理,研制开发出了多功能线纹尺自动测量装置.探讨了数字水准仪条码尺的解码机理,分析了条码尺的编码图,对各公司生产的条码尺给出了校准方法,评估了整套装置的测量不确定度.实践证明,该装置能对多种高准确度的线纹计量器具进行有效检测.     

激光微型靶丸位置检测中的图像分析与精度测试

在高功率激光实验装置中,为了实现多路激光精确瞄准到实验靶上,需对实验靶进行高精度定位。根据检测装置需要,建立了一套基于视觉系统的实验靶位置测量模拟系统,从而实现高精度靶瞄准与靶定位检测。本文从利用改进的均值漂移(MeanShift)算法对靶丸图像进行预处理出发,分析光照变化对靶丸中心点检测的影响,并通过相关系数模板匹配方法对靶丸端面中心进行计算分析,利用图像聚焦度分析离焦量对靶丸中心位置检测的影响。实验结果表明,图像检测系统分辨率为0.4μm,最小位移测量精度为1.2μm;当靶面图像离焦量在-10～30μm范围内时,靶丸中心位置的漂移量小于1μm,能够满足靶丸位置检测误差不大于8μm的要求。     

一种新型大尺寸长度校准装置的研制

介绍了一种新型的大尺寸长度校准装置,该装置解决了激光干涉仪等高精度大尺寸长度测量仪器的实验室校准与溯源问题.通过采用三路相干光进行测长,根据两辅助光路与主光路的测长偏差计算阿贝角,实现了阿贝误差的实时补偿.利用标准双频激光干涉仪测试了阿贝误差的补偿精度,35 m测量范围内的比对误差小于±3μm.测量精度达到了单光路同轴测量的水平.     

基于相位差校正技术的动平衡信号高精度测量

提出利用相位差校正技术实现动平衡信号的高精度测量.对原始随机采样的振动信号序列时移构造相同点数的新序列,分别对这两个信号序列加对称窗函数进行FFT分析,利用各自离散频谱中对应峰值谱线的相位差求取信号幅值和相位的校正量,最后根据该校正量得到基频不平衡信号的特征参数,同时也说明了对称窗函数的选取原则.该方法的采样频率不受待测信号频率影响,不需要整周期采样,算法实现方便,实时性好,且加适当的窗函数可以消除信号中的谐波、噪声干扰.实验结果表明该方法能够实现动平衡信号参数的高精度测量.     

用于非连续曲面轮廓测量的激光差动像散传感器

针对目前工程领域中亟待解决的三维曲面轮廓的精密测量问题,研制了具有纳米级轴向分辨力的光瞳滤波式激光偏振光差动像散传感器(PLDAP).该传感器基于像散检测原理,利用位于两柱面镜焦前、焦后等距放置的两探测器上的光斑形状信号差动相减和光强归一化处理得到聚焦误差信号,对被测表面进行高精度双极性绝对测量,可用于大倾角表面的测量.PLDAP中,偏振差动光路布置光强归一化技术的采用,有效抑制了环境光波动、光源波动、物体表面光学特性以及光学器件问多次反射对测量结果的影响,显著提高了像散检测技术的抗干扰能力.实验表明:当测量物镜采用数值孔径NA =0.65时,PLDAP测量范围达±10μm,分辨力优于5 nm,可测倾角20°,稳定性优于2%.该传感器为非连续表面轮廓的跟踪、瞄准测量提供一种新的技术途径.     

2m比长仪纳米级高精度刻线自动瞄准系统

阐述了2m比长仪刻线瞄准系统的组成,对其光电显微刻线成像的原理及刻线图像信号进行了分析,根据其刻线信号的特点,研究了其高精度的刻线信号自动处理系统,该系统基于FPGA现场可编程电路技术,实现刻线信号的自动门控触发、自动滤除虚假刻线信号,配合计算机信号自动处理软件可以实现刻线测量的高精度自动瞄准.最后对2m比长仪的瞄准精度进行了测试实验,实验结果表明,测量金属标准线纹尺时,2m比长仪单次测量刻线瞄准精度优于10nm(1σ).     

用雷尼肖（RENISHAW）激光干涉仪实现线纹尺的动态测量

本文扼要叙述了利用激光干涉仪动态测量高精度线纹尺的方法与同时用比长仪测量线纹尺的结果进行了比较,结果十分接近,从而使当前大量的激光干涉仪拓宽了用途。     

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.     

双远心影像系统在微小结构测量中的应用

为适应精密元器件微小结构测量的需求,建立一种基于线结构光扫描的影像测量系统。系统采用自行研制的低畸变(优于0.02%)、大景深(大于5 mm)双远心光学镜头,在景深范围内,物像映射矩阵呈现良好的线性关系。对测量图像噪声抑制方法及结构光图像中线提取算法进行研究,用线性映射算法还原工件轮廓,实现微小结构的快捷测量。为保证测量的稳定,系统选择线激光光源并引入窄带滤光片,有效抑制背景噪声,在5 mm量程内,一阶误差补偿后的测量误差控制在-10~10μm内。测量系统对工件定位要求低,适用于精密零件台阶、倾角及微小异型面的常规测量,可满足基本的工业及计量检测要求。     

CCD用于高精度线纹分划检测系统的研究

本文介绍一种用线阵ＣＣＤ作为图象传感器实现对条码型水准尺线纹发划精度的检测系统,叙述了以ＣＣＤ、图象数字信号采集与处理接口电路、双频激光干涉仪为核心的高精度动态位移测量的原理与实现的方法。     

工件自动检测系统

为了对被测工件的尺寸、外观及疵病实现快速准确的检测和识别,本文设计了一种光学成像技术与计算机图像处理技术相结合的应用系统.本测量系统的原理是由摄像机摄取被测工件图像,对工件的图像进行外型轮廓提取,并利用先验数学模型计算工件的几何尺寸,最终对工件进行合格品与非合格品的分选.该系统具有测量精度高,采样速度快,稳定可靠的优点.本文提出了一种改进的哈夫变换图像检测算法,该算法对边缘曲线检测效率高,具有受噪声和曲线间断的影响较小的优点.实验结果表明,本测量系统优于传统的测量方法.