回转体零件装配同轴度误差的激光在线测量研究

给出了回转体零件同轴度误差的激光在线测量方案,应用激光位移传感技术实现了非接触、高精度的测点采集.同时,提出了传感器的空间布置和测试方案,基于该方案提出了同轴度误差的测量算法.实测结果表明,系统测量精度可达0.02 mm.     

基于工业互联网的钢板厚度检测系统设计

针对传统钢板厚度检测装置测量精度低、工艺复杂以及自动化程度低等缺点,设计了一种基于工业互联网的钢板厚度远程自动检测系统。该系统采用AM3352架构的硬件平台,将2个激光位移传感器分别固定在2个机械臂上,当钢板在2个位移传感器间运动时,通过采集位移传感器输出的信号来判定钢板的厚度,利用工业以太网将钢板厚度测量子系统连接起来,最终利用4G传输技术将各个子系统检测到的数据发送到服务器端。实际测量结果表明,该系统测量响应速度快,数据测量最大偏差小于0.3 mm。     

大型回转体运行轴线测量45°方向键相法及其便携式系统

介绍一种大型回转体运行轴线的测量方法及其便携式测量系统。该方法在回转体两边 4 5°方向上安装非接触式位移传感器 ,采用键相法原理高精度地确定两个位移信号的时差及回转体的运转周期 ,从而计算出该位置的回转中心。编制相应的数据采集及处理软件 ,由计算机、传感器、A / D采集卡、安装支架等组成便携式测量系统。该系统结构简单、使用方便、测量精度高     

大型多支承回转窑运行轴线快速检测方法及其便携式系统

这里介绍大型多支承回转窑运行轴线快速检测方法及其便携式检测系统,该方法在回转窑筒体下面两个径向应变为零的方向安装非接触式位移传感器,对安装在筒体上的键相进行测量,由测得的位移值计算出该位置截面的回转中心。便携式检测系统由传感器安装支承装置,集成式信号采集装置和便携式计算机装置等组成,并编制相应的数据采集及处理软件。该系统结构简单、使用方便、测量精度高。克服了现有测量系统高处安装定位困难、测量操作复杂、测量误差大的缺点,实现了回转体运行轴线的快速检测,在实际应用中效果很好。     

基于双激光位移传感器的超长深孔圆度检测研究

面向超长深孔管道内壁截面圆度的高精度与快速检测难题,针对基于单个激光位移传感器的传统检测方式存在效率 低,受轴心晃动影响大的不足,本文提出了基于两个激光位移传感器的点式检测方案,并通过建立数学模型与数值仿真的方式, 对检测装置旋转轴的偏心参数与两个激光位移传感器的安装偏差参数进行了仿真,分析了各参数对深孔管道圆度评价结果的 影响。 在此基础上,提出了存在安装误差的两个激光位移传感器数学校正模型,并搭建了管道圆度检测实验系统,验证了该模 型的有效性。 结果表明,相比于两个激光位移传感器所采集的数据直接进行圆度评价,对校正之后的数据进行圆度评价,其圆 度值从 0. 30~ 0. 50 mm 范围降低到 0. 05~ 0. 15 mm 范围,测量时间由 18. 7 s 缩短到 9. 8 s。     

基于电涡流的多周期双极直线位移传感器

传统的基于电涡流的多周期位移传感器由于输出信号的周期重复性,难以解决断电重启后的绝对位置识别问题。 提出 一种基于电涡流的新型双极直线位移传感器。 经过理论与仿真分析,验证了随着滑片的滑动,接收线圈中感应电压的幅值呈现 正余弦变化。 设计了双极敏感结构,通过上极多周期接收线圈保证位移的精确测量。 下极布置单周期接收线圈对上级所处周 期进行识别。 通过感应信号偏移及幅值归一化处理算法提高精度,在实验室搭建传感器样机,以高精度电控平移台进行测试。 经测试,新型多周期双极电涡流直线位移传感器可以实现绝对位置测量,在 0~ 60 mm 量程内测量误差为 30 μm,最大非线性为 0. 08% 。 突破了传统多周期涡流式位移传感器绝对位置无法识别的局限。     

应用微分算法处理特种管道测厚激光超声信号

为了实现特种管道在高温、高压、辐射等特殊环境下管壁厚度的非均匀性检测,提出一种基于微分算法的管道壁厚激光超声测量及特征信号处理方法。采用脉冲激光激励和激光干涉探测的激光超声方法,实验测得管道试件的宽频带激光超声信号。采用数字平均算法对宽带激光超声信号进行去噪处理,提高原始激光超声信号的信噪比。采用微分算法对激光超声信号进行特征提取处理,得到表征管壁厚度的激光超声特征信号。根据管道材料声速和激光超声传播时间反演计算得到管道试件的壁厚值,管壁厚度测量值与实际值的误差小于5%。研究表明,基于微分算法的管道壁厚激光超声测量及特征信号处理方法具有良好的信噪比、准确的信号特征量和较高的测量精度,可用于管道壁厚的在线实时检测以及因腐蚀、应力引起的管道壁厚不均匀性检测。     

壳段厚度激光检测信号的变分模态分解去噪

针对双激光位移传感器测量大型壳段厚度过程中噪声对检测精度的影响,提出利用变分模态分解来实现对厚度信号的自适应去噪,利用相邻固有模态函数之间的离散Hellinger距离来获取最佳的模态数。该方法将变分模态分解算法引入到激光信号的自适应滤波过程中,分析并改进了变分模态分解算法的过分解、欠分解以及能量泄露的问题。然后,对改进的变分模态分解与希伯特振动分解和自适应噪声总体集合经验模态分解进行性能对比,提出了固有模态函数的相对瞬时能量概率的概念。最后,结合离散Hellinger概率分布距离理论判断固有模态之间的信噪分界点,实现了对信号的重构及滤波处理。仿真和实验结果表明,该方法对壳段厚度信号处理的信噪比为39.27dB,比自适应噪声总体集合经验模态分解方法提高了10dB,具有良好的自适应性,无需先验条件便能快速有效地识别并分离激光信号中的噪声成分。     

动车车轴直径测量系统的设计与实现

针对轨道装备行业车轴检测技术落后,效率不高的问题,设计并实现了一种车轴自动化非接触快速测量直径检测系统。该系统利用位移传感器纵向扫描法来实现测量动车车轴的直径;介绍了车轴测量系统的部分机械结构组成原理;位移传感器在系统中的工作过程;指出了该系统存在的误差因素,采用直线搜索理论和最速下降算法相结合修正了位移传感器在扫描过程中激光不连续的误差,并求出该过程的最小距离,进而采用相对测量求出该车轴截面的直径。利用激光跟踪仪对横梁移动主轴的定位误差进行了温度补偿,取得了良好的补偿效果;通过实验论证了测量系统的数据准确性和稳定性;实验结果表明,系统的测量精度为0.007 mm,系统的重复测量精度为0.005 mm,具有操作快捷、测量速度快的优点。满足了在线非接触测量的要求。     

基于阶比跟踪的带钢冷轧过程轧辊偏心信号分析

针对板带轧制厚度控制过程中轧辊偏心扰动难以在线测量和准确表达问题,提出新的系统解决方法。根据板带轧制原理,建立轧辊偏心在线软测量模型,通过采集得到的压下缸位移、轧制力、出口板厚等数据对轧制过程中的轧辊偏心信号进行计算,从而解决轧辊偏心难以在线测量的问题。为解决轧制过程速度变化带来的偏心信号频率和周期的变化问题,在轧辊偏心分析中,引入阶比跟踪技术计算角域等角度采样时标,通过拉格朗日插值计算实现角域重采样,把轧制过程数据的时间序列转化为轧辊转动等角度采样的角域序列。同时,通过厚度信号的角域平移,解决由板厚信号滞后带来的数据不匹配问题。利用小波滤波、相干时间平均法实现依据带钢冷轧过程数据进行轧辊角域偏心波形的分析和提取,为实现轧辊偏心的有效补偿打下基础。     

激光位移传感器在自由曲面测量中的应用

以点激光位移传感器(HL-C211BE)为对象,研究它在自由曲面测量中的应用。针对激光位移传感器因测点倾角代入的测量误差,提出了一个可以量化的倾角误差模型。基于直射式点激光三角法原理,分析了激光光路的几何关系,从会聚光斑光能质心发生的偏移推导出倾角误差模型。随后,用高精度激光干涉仪和正弦规对激光位移传感器进行校对实验,并用误差模型对测量结果进行补偿。结果显示,补偿后激光位移传感器的测量精度得到明显提高。对一非球面凸透镜进行了实验测量,得到了自由曲面测点倾角的计算方法,并用倾角误差模型修正了测量数据。实验结果表明,量化的倾角误差模型可以将激光位移传感器的测量误差控制到小于10μm,满足激光位移传感器在自由曲面测量中应用的要求。     

双波长集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法,利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640nm和660nm的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成,敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动部件与光栅之间的距离变化,通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号,实现了一定范围内的扩量程位移测量,并得到绝对位置。实验结果表明,利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522μm,并实现了间隙从7.522μm到6.904μm区间的高灵敏度位移测量,其噪声等效位移为0.2nm。     

图像式角位移测量的光栅偏心度监测系统

图像式角位移测量装置中,光栅的安装偏心标定结果直接影响着角位移测量的精度。为此,本文设计了一种用于调试图像式角位移测量装置光栅偏心度的系统。首先,根据图像式角位移测量机理,提出了基于线阵图像传感器的标定光栅偏心度监测原理;然后,在图像传感器上建立了偏心调试监测信号的模型,并提出存在偏心时偏心监测信号的变化机理;最后,对某型号角位移测量装置进行了实验,并给出了调试建议。实验表明,经过调节误差均方差由1017″降低到12.8″。本文设计的偏心监测系统能够实现对标定光栅的高精度安装调试,提高了图像式角位移测量装置的批量生产效率。     

基于位置敏感探测器的六自由度精密位姿测量系统

位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)是一种高精度的二维位移测量传感器,利用三片二维PSD的组合实现空间六自由度相对运动的位移和角度测量。测量系统主要包括三片PSD传感器(包括PSD光敏面和发光管)、低噪声的信号调理和AD采集电路,采用三片PSD正交布局方案,通过PSD光敏面的光点位置计算相对运动的位移和角度。设计了六自由度的PSD标定测试系统,用于PSD测量系统中心偏移和发光管安装误差的标定测试。测试结果表明,PSD测量系统的测量范围优于位移±10mm、角度±2.5°,标定后PSD测量系统的噪声误差为位移0.1mm、角度0.02°,测量系统的绝对位移误差小于0.5mm、角度误差小于0.14°,满足系统0.5mm和0.5°的指标要求。此外,对PSD传感器的环境适应性进行了评估。PSD测量系统具有量程宽、精度高、线性度好的优点,成功应用于天舟1号货运飞船微重力主动隔振装置的相对运动测量中。     

非接触式缸盖平面度误差检测方法与测量系统研究*

为解决发动机缸盖生产铸造过程中缸盖底面平整度误差检测问题,设计一种激光非接触式发动机缸盖底面平整度在线检测系统,提出一种基于对角中线的平面度误差检测算法。根据现场平面度检测需求,设计利用激光臂纵轴和缸盖横轴传送的交互运动的发动机缸盖表面平面度误差检测系统;通过发动机缸盖表面检测四个顶角特征点对角线中线建立发动机缸盖平面度检测的数学模型,利用回归方程确定最小二乘法平面为理想平面,求出平面度误差;并对激光位移传感器进行精度标定,给出传感器误差标定回归方程,并应用该检测系统完成对不同型号的发动机缸盖检测。结果表明：该系统最大检测面积为400 mm×2 000 mm,测量范围为160~450 mm,测量精度为0.03 mm,而且结构简单,检测速度快,完全能够达到在线检测要求。     

激光制导测量机器人几何误差分析

目的: 为了实现对工件进行自动高效地测量,建立了激光制导测量机器人系统,研制了测量机器人样机。对测量机器人的光靶自动跟踪装置旋转轴偏心误差和光靶与两轮中心连线误差进行了研究。方法:首先,介绍了基于“光束运动-光靶跟踪”理论的激光制导测量机器人技术和原理。接着,根据系统原理,研制了实验样机,并给出其理想的几何关系。然后,推出了旋转轴偏心误差和光靶与两轮中心连线误差几何误差数学模型。最后,利用三坐标测量机与激光制导测量机器人系统对样机进行了比对实验。结果：实验结果表明：光靶中心偏离理想位置的误差（x轴）为0.13mm。结论：对激光制导测量机器人移动反馈控制系统的设计和实现具有指导性作用。     

光强正交调制型位移传感器的数学模型与误差分析

针对传统光学位移测量方法对环境要求高和制造精度难以提高等问题,提出了一种以交变光场为测量媒介的新型线性位移检测方法。基于提出的方法,设计了一种光强正交调制型位移传感器。该方法采用基于光强正交变化的两路电驻波合成电行波信号,通过对行波信号时间先后的测量实现空间位移的测量。为了深入理解传感器的传感机理,推导了传感器的测量模型,分析了与传感机理相关的关键因素对测量误差的影响。根据测量原理和测量模型的理论分析,研制出传感器原理样机,通过实验测试了各种关键因素对测量误差的影响,并进一步优化设计了传感器结构与参数。实验显示,优化后的传感器在108mm测量范围内的测量精度达到±0.5μm,是一种新的无需精细刻划的位移检测方案。     

Position and orientation detection of capsule endoscopes in spiral motion

In this paper, a position and orientation detection method for the capsule endoscopes devised to move through the human digestive organs in spiral motion, is introduced. The capsule is equipped with internal magnets and flexible threads on their outer shell. It is forced to rotate by an external rotating magnetic field that produces a spiral motion. As the external magnetic field is generated by rotating a permanent magnet, the 3-axes Cartesian coordinate position and 3-axes orientation of the capsule endoscopes can be measured by using only 3 hall-effect sensors orthogonally installed inside the capsule. However, in this study, an additional hall-effect sensor is employed along the rotating axis at a symmetrical position inside the capsule body to enhance measurement accuracy. In this way, the largest position detection error appearing along the rotating axis of the permanent magnet could be reduced to less than 15mm, when the relative position of the capsule endoscope to the permanent magnet is changed from 0mm to 50mm in the X-direction, from −50mm to +50mm in the Y-direction and from 200mm to 300mm in the Z-direction. The maximum error of the orientation detection appearing in the pitching direction ranged between −4° and +15°.