滤光片对三角位移传感器测量误差的影响

为了提高激光位移传感器接收系统的信噪比,往往在CCD或PSD接收器前加滤光片.但是,滤光片对接收光线的折射作用将引起测量误差,而且该误差是非线性的,对于高精度位移传感器来说,这个误差是不可忽略的.设计了一种补偿方法,实验表明该方法可行.     

基于优化点激光的平面度测量研究

为了提高平面度测量的精度,提出优化点激光方法。首先将点激光测量坐标系进行转换;然后用激光束进行平面标定,同时通过滑动滤波对激光采集混有的噪声点进行降噪,以免影响测试,建立测量数据的非线性误差和激光位移传感器输出模型进行输出误差补偿;最后通过最小二乘算法获得最佳拟合平面。实例验证结果显示,优化点激光的平面度误差测量平均值为5.189μm,相比直接法、平面扫描仪法、横截线扫描法、点激光测量法、光谱共焦法测量平面度误差,分别减少了18.77%、16.78%、12.45%、9.17%、6.54%,测量精度较高。     

PSD位移传感器测量误差的修正方法

为了提高自制位置敏感探测器(PSD)激光三角位移传感器的精度,提出一种简单、可行的数据修正方法,对传感器所采用的测量原理、敏感器件及自制工艺等进行了研究。首先,对自制的位移传感器的静态精度进行实验标定,分析其位移误差曲线。通过将位移测量误差曲线与敏感器件自身检出误差曲线进行比对,结合自制传感器的组装工艺,分析其误差来源。然后,通过调整激光三角测量原理中位移传递公式的具体参数,达到优化自制位移传感器的静态精度的目的。最后,用反复多次地,不同测量范围、测量步长下的位移数据曲线优化效果,证明这种修正方法的普适性。实验结果证明:经过该方法修正后,自制的PSD位移传感器的测量数据的误差降低约80%,其静态位移精度基本达到1%。这种修正方法能够简单、有效地提高PSD激光三角位移传感器的测量精度。     

基于激光位移传感器圆径测量的角度安装误差研究

基于激光位移传感器的工件圆径和圆度测量被广泛应用于工业现场的产品质量检测过程中。文中研究了激光位移传感器的角度安装误差对工件圆径测量结果的影响,并提出校准方法。首先,将定量分析位移传感器的角度安装误差与计算得到的圆径结果的误差之间的关系。其次,提出了一种位移传感器角度安装误差校准方法,该方法可在标准圆圆径未知的情况下,根据不同位置下的3个位移传感器的测量值,精确计算出传感器的角度安装误差。详细说明了该校准方法的建模过程,通过仿真确认角度安装误差校准方法的有效性。最后,利用三坐标测量仪对角度安装误差进行校准。实验结果表明,校准后的圆径测量误差从20 μm提高到1.5 μm。     

线激光辅助面阵CCD光学成像弹丸位置解算模型北大核心CSCD

针对典型光电测试系统光幕结构复杂、测量精度低的问题,本文提出一种线激光辅助面阵CCD光学成像方法测量弹丸的位置信息;通过分析弹丸穿过激光光幕在面阵CCD上的成像原理,给出弹丸成像所占面阵CCD像元位置信息与弹丸空间位置的关联函数,结合线阵列光电探测器接收弹丸过幕信号的编码点位置,构建弹丸空间位置解算模型;根据仿真分析,在1 m×1 m探测区域内x,y坐标最大误差均小于3.5 mm;通过与木板靶测试进行对比实验,验证了激光辅助面阵CCD光学成像测量弹丸位置信息的科学性和正确性。     

彩色线阵CCD用于物体尺寸精密测量的研究

现有精密尺寸测量系统采用单阵列的线阵CCD作为光电传感器,不能检测像元的排列方向与物体尺寸方向的夹角γ,而当夹角γ在测量中发生变化时将引起测量误差,本文采用彩色线阵CCD（TCD2901D）作为光电传感器进行精密尺寸测量,检测出夹角变化带来的尺寸测量误差,得到了误差的修正方法。     

用微粒群算法与神经网络实现传感器误差补偿

为减少传感器非线性特性带来的测量系统误差,提出一种采用微粒群算法与BP(Back-propagation)神经网络相结合的方法设计误差补偿环节,将传感器非线性特性改造成为与实际物理过程相一致的不失真的线性特性,从而减小非线性误差。在电感微测仪位移测量系统实验中,采用PSO(Particleswarmoptimization)算法训练后,网络的BP算法收敛速度很快,且精度高,在经过120次学习后,误差平方E<0.001。     

激光三角法高精度测量模型

为提高检测准确性,提出激光三角法高精度测量模型,由变阈值亚像素灰度重心提取算法和CCD倾角误差补偿模型两部分组成;光斑中心定位算法对激光检测准确度起关键作用,针对已有激光中心定位算法的缺陷,提出了变阈值亚像素灰度重心提取算法,通过梯度函数和高斯拟合算法设定阈值去除光斑边缘噪声区域对中心定位的影响,并利用多项式插值提高灰度重心法精度;同时为提高实际工业生产环境中的测量准确性,建立CCD倾角误差补偿模型;应用激光三角法高精度测量模型,以STM32F407为硬件核心建立系统,以锥螺纹为被测物进行实验;实验结果表明:该测量模型实现了对锥螺纹信息的准确采集,且精度明显高于传统的灰度重心法,可以将锥螺纹检测的误差控制在10 m内。     

大行程位移台干涉测距系统的误差补偿

双频激光干涉仪作为常用的精密光学非接触式测量设备,具有精度高、抗干扰能力强、灵活性好等优点。然而环境温度变化、机械振动等因素可能会影响其测量结果的准确性,并且影响程度会随着测量光程的增加而增大。针对基于双频激光干涉仪的大行程位移台测距系统,首先研究了位移台测距系统的测量原理,然后针对系统存在的各项误差进行了分析和补偿,最后,对系统进行综合误差补偿实验,短时间补偿量达到10^-8 m量级,且时间越长补偿效果越好。该方法较现有的误差补偿方法更为完整,补偿量更大。     

基于电子散斑干涉技术的直线度误差测量方法

将散斑干涉与CCD图像处理技术相结合,提出了一种测量空间直线度误差的新方法,该方法利用待测工件的直线度误差使毛玻璃移动微小位移,通过散斑条纹的变化求出位移变动量。由导出的直线度误差与位移的关系,对工件的直线度误差进行了测量,测量结果为7．420μm。实验结果表明,此种方法测量精确度高,具有一定的使用价值。     

工件特征在机测量的关键误差分析与补偿研究

针对激光在机测量工件特征时的测量精度问题,对测量系统的关键误差影响因素及补偿应用进行了研究。使用激光位移传感器作为测量工具对工件特征进行在机测量时,测量结果受激光位移传感器倾斜误差和数控机床几何误差影响。为了校正激光位移传感器在物面倾斜时引起的测量误差,设计了倾斜误差试验,利用勒让德多项式对倾斜误差进行了建模和补偿,补偿后倾斜误差可减小至±0.025 mm以内。针对不动式激光在机测量时数控机床线性轴几何误差对测量结果的影响,设计了球杆仪倾斜安装试验,利用参数化建模的方式对X轴和Y轴的几何误差进行了解耦。最后根据建立的倾斜误差与几何误差模型,对工件特征的在机测量结果进行了补偿。结果表明,对工件特征在机测量结果进行误差补偿后,线性尺寸测量误差小于0.05 mm,角度测量误差小于0.08°,相较于补偿前在机测量精度明显提高。     

基于深度神经网络(DNN)的压电陶瓷前馈补偿研究

针对压电陶瓷固有的迟滞非线性,设计了一种基于深度神经网络(DNN)的前馈补偿控制系统。该系统包含1个输入层、7个隐藏层和1个输出层。实验结果表明,开环情况下压电陶瓷的位移线性误差达8.91μm。施加神经网络前馈补偿后,压电陶瓷的最大位移误差降低到80 nm,稳态误差为±20 nm。进一步测试表明,在10～100 Hz输入频率下系统最大误差小于100 nm,均方根误差为0.01μm,验证了深度神经网络能够准确补偿压电陶瓷动态迟滞非线性,具有较好的频率泛化能力。     

基于单激光束旋转的深孔直线度测量方法北大核心CSCD

基于激光位移传感器旋转,以回转轴线为基准,提出和验证了一种测量深孔零件直线度的方法。实验结果表明,在选用的激光位移传感器精度为±2μm的情况下,该方法实现了圆孔直线度的在机测量,与三坐标测量机给出的相对真值对比,误差低于12%。该测量模型仅需机床主轴及其进给部件,易于实施。     

自主移动机器人激光视觉测距误差补偿方法研究

由于机器人激光视觉测距存在误差，使得精准避障问题一直是自主移动机器人研究领域的难点。针对上述问题，提出一种自主移动机器人激光视觉测距误差补偿方法。该方法研究了激光视觉测距原理，并分析了存在的两类误差，即随机类误差和固定类误差。以这两类误差为输入，利用神经网络计算误差补偿值，将补偿值与实际激光测距相加，得出补偿后的激光测距值。结果表明，采用本方法时，在误差补偿后的测距值与实际值之间的差距为0.64 m,更接近实际值；而动态多阈值误差修正技术、多元回归算法、多项式拟合修正算法在误差补偿后的测距值与实际值之间的差距均大于1 m,说明本方法的补偿效果更好。     

一种激光外差干涉非线性误差新颖测量方法

为了精确测量激光外差干涉非线性误差,提出了一种新的激光外差干涉非线性误差测量方法。通过对来自激光外差干涉测量臂的输出信号直接进行数据采集和频谱分析,分离出非线性误差的一次谐波和二次谐波分量,得到非线性误差相对测量信号之间的幅度比值;通过建立激光外差干涉非线性误差与幅度比值之间的模型,实现对激光外差干涉非线性误差的精确测量。实验结果表明,应用非线性幅度模型和频谱分析的方法能够精确地测量激光外差干涉非线性误差,相对其它测量方法具有结构简单、易于实现、避免传感器引入非线性误差等优点。     

基于干涉条纹的激光准直技术的检测系统

为了获得被测导轨的直线度误差信息,采用半导体激光器发出的激光,经准直扩束后照射到楔形平板上,利用楔形平板上下表面的反射作用,将这束激光分解为交角2α的交叉光束,在这两条平行激光束交叉的范围内产生干涉条纹。将此干涉光作为准直测量的基准,用线阵CCD作为光电转换器件固定在接收靶上;检测接收靶处于被测导轨任一测量点时干涉条纹在接收靶上的位置,得到了该测量点与准直光束的偏移量。进行了重复性实验以及与光电自准直仪的比对实验。在测量长度842mm时,直线度误差18.96μm,测量长度最远可达14m。结果表明,样机的性能、指标基本达到了预定目标。     

傅氏级数和多项式结合的图像灰度建模及位移测量

利用图像传感器的成像灰度实现位移测量,需要在位移过程中用相机对靶标进行成像,进而建立位移值与成像灰度值之间的映射关系,即成像灰度模型,该方法的测量精度取决于成像灰度模型与灰度噪声水平。实际测量过程中,光照不均匀、靶标制造误差、相机成像系统畸变等外部误差源以及内部不同图像传感器单元之间成像特性的差异性均会使成像灰度模型偏离理想情况,从而影响测量结果。为了进一步提高测量精度,所提方法考虑了上述的非线性因素带来的建模误差,采用Fourier级数与高阶多项式结合构造成像灰度模型类,提高模型的泛化逼近能力进而提高建模精度,校正上述误差源导致的灰度畸变。在此基础上,采用基于位移连续性原理的顺序求解法解算位移,实验结果显示,使用该改进模型在10.46 mm行程下的位移测量误差标准差由校正前的56.4 μm降低至1.5 μm。     

脉冲飞行时间激光测距系统中周期误差补偿

在以正弦波为测量基准信号的激光脉冲飞行时间测距系统中,由于高频信号之间的串扰或器件非线性等因素的影响,将产生脉冲飞行时间周期误差,导致测距精度降低。为此提出了一种利用测距仪在一定距离条件下的测量数据计算定时误差的方法,通过最小二乘法拟合构造出一条含误差补偿功能曲线,并将该曲线进行离散化处理,将离散化数据存入单片机内,在距离测量时以含误差补偿功能曲线作为测量基准,实现对脉冲飞行时间周期误差的补偿。该方法具有原理简单、数据可靠、操作方便等优点。所研制的激光脉冲测距仪经过误差补偿后,测距误差小于3 mm。     

基于干涉原理的高精度直线度误差测量

将空气劈尖产生的等厚干涉与CCD图像处理技术相结合,提出了一种测量连续空间直线度误差的新方法。此方法利用待测工件的直线度误差改变空气劈尖顶角,并用一元线性回归方法对CCD的像元序号与所接收到的干涉条纹光强极值序号之间线性关系进行拟合,进而确定出空气劈尖顶角大小。由导出的直线度误差与空气劈尖顶角之间的关系,用最小包容区域法对工件的直线度误差进行了评定,评定结果为8.11±0.62μm。测量结果表明,新的测量方法是可行的,而且测量系统具有精度高、应用范围广的特点,也可应用到锥角、圆度误差等其他几何量的精密测量中。     

玻璃厚度在线检测系统的研究

用位移传感器在线测量玻璃厚度是一种有效的方法.在玻璃的生产过程中,玻璃的厚度是否均匀直接关系到产品的质量.为此,本文介绍了一种在线测量玻璃厚度的装置.提出了一种利用CCD激光位移传感器作为信号接收装置,实时显示测量结果的玻璃厚度测量系统.通过用A/D卡对所测得的数据进行高速采集和存储,由电脑实时读出数据,便可得到玻璃厚度.