基于CCD图像处理的角度测量系统

文章论述了一个基于CCD图像处理的角度测量系统。它利用了光栅干涉条纹倾角、间距与光栅夹角、栅片节距之间存在特定关系的原理，使用CCD摄像机、PC机实现了一个图像采集处理系统，通过计算干涉条纹倾角和条纹间距得到两片光栅片之间的夹角，从而实现角度测量。该系统应用于轴承扭矩的测量。经实验，该系统具有工作稳定、界面友好、测量精度高(可达10^-4)等特点。该系统也可以应用到其他微小角度和距离测量的场合，如平衡校准、微量称重。     

Application of grayscale expansion for accuracy improvement in phase-measuring profilometry

A method based on grayscale expansion for improving measurement accuracy in phase-measuring profilometry (PMP) is proposed. Digital light projector (DLP) has been widely used for projecting phase-shifting sinusoidal grating in PMP. However, due to its international standardization, DLP can only project at most 256 grayscales for all gray patterns. Moreover, the gray digitalization error may cause lower fidelity for the projected sinusoidal grating. In order to reduce the gray digitalization error, the sinusoidal grating can thus be designed as a 10-bit static pattern with 766 grayscales at most and then is split into three 8-bit static patterns to synthesize a repeated video. While this repeated video, rather than the static pattern, is projected onto the measured object by strictly controlling CCD camera integral time to be an integral multiple of three video refresh cycles, the captured deformed patterns are of 766 grayscales and can provide much more detailed information in phase calculation than those with 256 grayscales. Experimental results demonstrate the feasibility and validity of the proposed method. Both the measuring precision and the repeatability of PMP are improved efficiently.     

用光学扫描器构成的新型 精密位移侧量系统

本文研究由位移传感用的光学扫描器、简单光学系统、栅距很大的粗线纹反射式光栅尺(λ=0.635mm)和信号处理电路等构成的新型精密位移测量系统。对光学扫描器作了简要介绍。阐述了该系统的工作原理、电路框图和动态鉴相细分电路。实验结果表明,本系统测量误差小于±0.01mm,分辨率为lμm。与国内现有位移测量系统相比,新系统具有工作间隙特别大(15mm左右),光栅尺不用密封,耐现场污染,容易在车间推广使用等优点。     

A digital moiré fringe method for displacement sensors

In this study, a displacement measurement method based on digital moiré fringe is described and experimentally demonstrated. The method is formed by only one grating with a constant pitch. First, the magnified grating image is received by an imaging array and is sent to a computer. Then, the digital moiré fringes are generated by overlaying the grating image with its mirrored one. Finally, a specifically designed algorithm is used to obtain the fringes’ phase difference before and after movement and calculate the displacement. This method has the effects of amplifying displacement and averaging the grating lines error, the same as the traditional moiré technique using two pieces of gratings. At the same time, the proposed system is much easier to assemble and the measurement resolution can be set more flexibly. One displacement measuring system based on this method was built up. Experiment results show that its measurement errors are less than 0.3 μm and less than 0.12 μm at the resolutions of 0.1 μm and 0.03 μm, respectively.     

新型地面煤堆温度监测系统的研制

采用埋入式光纤光栅温度传感器和AT89S8252单片机实现了地面煤堆温度实时数据的采集和处理,并通过LabVIEW进行温度变化显示,数据保存和报警。地面煤堆温度监测系统,作为实时监测煤堆温度的仪表系统,能够更方便精确地完成实时监测、温度显示、高温报警等,其用户界面便于人机交流,而且光纤光栅温度传感器不带电、不受电磁场干扰、采用光纤传输,避免了传统的电子传感器由于电火花或导电引起爆炸或高压事故的可能性,有利于推广使用。     

橡胶密封圈几何尺寸图像检测技术研究

目前油冷散热器件密封圈尺寸检测使用万工显人工目测方法,工作强度高,测量数据稳定性差。针对这种情况,提出了使用万工显、CCD相机、光栅和计算机搭建自动测量系统,实现了密封圈几何尺寸的检测。采用CCD相机替代万工显的目镜,由光学系统将被测密封圈的边缘成像于CCD靶面上,数字图像通过USB口传入计算机,实现图像采集,由固定于测量平台的光栅尺读取平台移动数据。采集密封圈6幅边缘图像,同时把光栅读数读入计算机。经过中值滤波、阈值分割、边缘检测等图像处理方法,结合光栅读数,经过坐标转换,得到了同坐标系下的所有图像边缘坐标,所有边缘坐标数据采用最小二乘法拟合圆,得出密封圈的半径值。实验数据表明,CCD测量系统均方差为0.0001mm,低于目测系统的均方差值0.0005mm, CCD万工显测量系统测量数据稳定性好。     

基于最小二乘法的光纤光栅Bragg波长直线拟合

针对基于可调谐法布里珀罗(F-P)滤波器的光纤光栅解调系统存在波长解调准确度不够高的问题,从理论上系统地分析了在解调过程中对光纤光栅B ragg波长进行直线拟合的可行性,即光纤光栅B ragg波长与F-P滤波器的调谐电压之间存在线性相关性。在实验研究的基础上,用最小二乘法对光纤光栅B ragg波长和F-P滤波器的调谐电压进行直线拟合,结果表明:它们之间的确存在密切的线性相关性。为提高拟合的效果,提出了分段直线拟合,它可以使测量误差降低至少1个数量级,从而提高了F-P滤波器光纤光栅解调系统的准确度。     

传感器在轮对参数检测系统中的应用

介绍了开发轮对检测系统的传感器选择和使用,重点分析了光栅和电涡流用于几个关键参数的测量和传感器的控制技术。使用数值插值得到轮廓曲线,应用图像直方图和梯度分割方法寻找车轮踏面的擦伤和剥离区域。另外还介绍了用C 语言和MATLAB实现的软件的特点。     

基于ARM处理器的运动控制器的设计与实现

针对传统的运动控制器二次开发难、成本高、功能单一等缺点,设计了基于网络接口的运动控制器,该运动控制器集灯源、光栅尺计数和运动控制于一体,采用ARM+ FPGA的结构,FPGA对光栅尺信号进行处理及完成运动控制规划,ARM上运行Linux操作系统,实现对灯源的控制,负责与FPGA的总线通信以及与PC的网络通信.该控制器适合二次开发,且大大降低了成本.该运动控制器主要应用于影像测量系统中,实验已经证明该设计的可行性.     

基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统设计

光栅尺作为高精度位置测量仪器,其分辨率受制于超精密的空间刻划技术,测量精度急需通过电子学细分法来提高.为此,提出了"时空转换"的思想:借助于载波调制理论,引入了恒定的时空当量,将对空间位移的测量转换为对信号瞬时周期的测量.首先,进行了时空转换法的数学推导,探究了正弦波光栅尺位移的测定和移动方向的判别方法;然后,在DSP开发平台下,搭建出基于时空转换法的正弦波光栅尺位移测量系统;最后,从实验数据以及光栅信号的残余直流电平、幅值不均衡、相位不正交等方面进行了误差分析.实验表明:栅距为8 mm的正弦波光栅尺,在时空转换法下,平均测量误差为± 0.258 1μm ,兼顾了细分与辨向.     

Display modulation by Fourier transform: A preferred method

Abstract— A preferred method for determining the grating modulation of a rear‐projection display using a grating image and Fourier analysis is prescribed. This method is insensitive to spatial image noise and is in better correspondence with the response of the human visual system than is the standard technique. This method is not limited to rear‐projection displays and can be applied to any display technology.     

3-Dimensional graphic image representation of holographic microscopical displacement pattern by using cubic spline function

For quantitative measurement of microscopical displacement of an object surface due to thermal stress, the holographic pattern measuring system (HPMS) has been developed by the authors, which is combined both the techniques of holographic interferometry and graphic image processing.

In this measuring sytem, a cubic spline function was applied to get the 3-dimensional graphic image patterns of the distribution of the displacement. The displacement is calculated from the interferometry fringe pattern, and the system was applied to deformation analysis of printed circuit board (PCB) due to thermal stress. The PCB deformation was expresed by 3-dimensional graphic image. A smooth curve could be obtained from rather less number of sampled data of interferometry fringe.     

基于单片机的轮对测量尺的研制

车辆轮对尺寸参数和踏面缺陷的检测是保障车辆运行安全的重要措施。介绍了一种基于容栅的车辆轮对测量尺检测系统。该系统运用精密容栅位移传感器,并结合精密算法,实现了轮缘厚度、轮缘高度、轮径等主要参数的自动检测。该系统的测量精度为0．01mm。实际应用表明,系统的检测精度和重复性可满足车辆段修现场使用要求。系统同时具有状态提示、数据统计分析、故障自动诊断、智能判断测量等功能,可及时与上位机通讯,实现数据共享。     

基于全息光栅的CCD位移传感器

提出了一种新型的基于全息光栅的CCD位移传感器，该系统利用CCD分辨力高、像素均匀等特点，对干涉条纹的移动进行精确定位，而且全息光栅在测量过程中又具有不受光源波长的影响、适用光谱范围宽等特点，实现了位移的自动精确测量。该系统具有一定的实用价值及应用前景。     

基于DSP的光栅分度盘及其光栅信号精细分

对提高光栅的细分准确度进行了研究,提出了一种正切与余切相结合的方法.针对实际光栅信号的不稳定性,利用光栅发讯头输出正切、余切信号峰峰值与直流电平的漂移,自动修正反正切与反余切的查找表格.该方法应用于精密倾光学分读盘测量系统,使细分误差仅与光栅信号第一个采样值和最后一个采样值的精度有关,与测量过程中的光栅信号采样值的误差无关,同时采用DSP处理采样数据,速度更快,并成功应用于光栅分读盘系统,精度为2″.     

PLD在光栅转矩测量系统中的应用

介绍了一种应用可编程逻辑器件实现信号处理的新型转矩测量系统，即光栅转矩测量系统，阐述了可编程逻辑器件PLD的基本原理与特点，论述了光栅转矩测量系统转矩测量的基本原理与系统构成，研究了可编程逻辑器应用设计中的相关技术问题及系统的实现，设计实践结果表明：相对对于分立器件的实现，采用可编程逻辑器件可使系统电路设计简化，性能提高，保密性增强，是一种理想的电子电路设计，开发方法。     

基于EPA的光栅位移测量系统

在介绍高速单片机DS80C410内部结构及其工作原理和光栅位移测量基本原理的基础上,给出一种基于EPA的光栅位移测量系统的设计方案,并对该方案进行硬件和软件方面的实现。针对光栅位移测量系统长期使用过程中易出现的问题,给出提高测量精度的措施。调试结果证实,本系统有较好的测试性能,能满足精密位移测量及定位的需要。     

光栅回转式压电微角度执行器的研究

介绍了一种基于圆光栅检测的回转式压电微角度执行器,采用尺蠖运动原理设计回转式压电电动机,运用C8051F005单片机产生四路控制信号,并采用直流放大式驱动电源放大控制信号驱动压电电动机,并通过圆光栅检测系统实时测量电动机联动盘回转角度,把测量值引入控制环节,实现最小步距为2.26"的全圆周匀速连续转动。     

基于机器视觉的编码器光栅装配偏心调整技术

编码器光栅装配的过程中, 光栅实际回转中心与编码器主体轴的回转中心很难重合, 这样会影响编码器的输出信号的精度。为了解决编码器光栅与主轴的偏心问题, 提出一种基于机器视觉的光栅偏心自动调整系统。对光栅表面图像进行分析处理, 对边界跟踪提取及基于Hough变换圆弧检测等算法进行研究。根据光栅装配要求搭建了偏心计算系统的硬件系统。对光栅图像进行预处理及形态学操作, 在分析提取光栅基圆部分圆弧边界的基础上, 通过Hough变换的圆弧检测原理还原出光栅基圆并标定其圆心。介绍了系统通过多幅光栅基圆圆心拟合回转圆, 确定光栅偏心位置。实验结果表明, 基于机器视觉的编码器光栅偏心计算方法成功计算出光栅与主轴的偏心位置, 为光栅偏心调节奠定了基础。采用光栅偏心计算系统在编码器光栅的装配作业中具有很好的可行性。     

基于USB接口的光栅计数卡设计

采用PDIUSBD12接口芯片实现USB通讯,利用单片机ATmega128的外部中断实现对光栅尺信号的检测,位移检测精度为0．5um。阐述了板卡的硬件电路以及系统软件处理程序的设计方法,该板卡能够适用于自动控制、检测等各个领域。