曲面形状测量中二维激光测量头的设计

详细阐述了二维光学测量的原理,指出了传统单三角测量中像点位移和表面起伏的关系的不准确性,推导了光学测量头各器件之间的精确关系,给出了测量范围和像点的关系,最后根据设计实例说明测量装置调节的可能性和调节方法     

基于数字图像相关的光学引伸计应变测量精度研究

基于数字图像相关(DIC)方法的光学引伸计在应变测量领域有着广泛的应用。为了提高数字图像相关方法的测量精度,本文采用二维DIC与三维DIC的光学引伸计、基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计以及电测法,对单轴拉伸试验中不锈钢试件的应变进行同时测量,比较分析了各个光学引伸计在测量轴向与横向应变方面的优劣以及误差产生的原因。实验结果表明:试件离面运动的存在大幅降低了普通二维光学引伸计的应变精度;基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计可以有效消除离面刚体位移对测量结果的影响,其应变测量精度(尤其是横向应变精度)高于其他光学引伸计,且测量结果与电测法的测量结果高度吻合;三维DIC光学引伸计的横向应变精度明显不如轴向应变精度。     

二维频域光学相干层析系统研究

针对时域光学相干层析成像系统的成像速度较慢的问题,采用VC++与Matlab混合编程技术开发了二维频域光学相干层析成像系统,实现了对被测样品进行内部快速成像;搭建二维频域光学相干层析成像系统代替一维频域光学相干层析成像系统;利用计算机驱动面阵CCD相机对干涉信号进行采集得到干涉信号;采用计算机驱动NI卡对压电陶瓷(PZT)移相器进行相移控制以达到频域光学相干层析成像系统对移相的需求,利用计算机驱动线性电动移动平台实现检测样品进行横向扫描以达到对样品进行三维成像。研究结果表明,该系统集成度高,开发的软件功能齐全、界面友好、便于维护和升级;该二维系统相比一维光学相干层析成像系统而言减少了一维的扫描采集次数,大大提高了成像速度。     

大口径光学元件透反射检测调整工装的研制与分析

为了检测光学元件面形精度和波前功率谱密度,研制开发了一套具备透射和反射检测功能的检测调整工装。该调整工装把光学元件及其旋转板、支撑座的重量通过连接板和杆端球面联结器传递到基座上,俯仰调节机构和偏摆调节机构只起调节作用而不需承受上述重量的影响,增加了姿态调节时的便捷性和稳定性。介绍了调整工装的结构设计,对调整工装的运动仿真、模态及稳定性进行了分析。使用该工装测量的结果为,410mm×410mm的大口径光学元件反射检测的PV为2.17μm,透射检测的PSD1为3.84nm,与已知测量结果的标准KDP晶体基本相同,说明该透反射检测调整工装测量结果真实可靠。     

三维微纳米台阶高精度光学显微测量量化表征

三维微纳米台阶光学显微测量信息为多维形貌数据,其数据量庞大复杂、多维相关性低、表征难度大,且通常存在测量坏点影响关键尺寸表征精度.本文提出了一种三维微纳米台阶高精度光学显微测量量化表征方法.首先,针对三维微纳米台阶的结构特征选取测量系统并设计测量方法,获取其三维形貌点云数据信息;其次,建立三维形貌实测数据维度重构方法,...     

保偏光纤对轴中的同轴度调节

由于保偏光纤对轴时须保证旋转的光纤始终在显微镜的焦平面内,故本文设计了保偏光纤同轴度调节系统用于调节光纤相对电动旋转平台旋转中心的位置。采用显微视觉和电动位移平台运动检测出光纤的中心轴与电动旋转平台旋转中心的距离,基于图像信息对二维手动平台实施调节,计算出调节后理论上的同轴度误差。结合显微视觉建立了实验系统。以电动平台旋转轴中心为原点建立直角坐标系,通过图像处理采用最小二乘法得到光纤中心线的直线方程,确定光纤中心与电动平台旋转中心的距离。将基于图像阈值的灰度差分函数作为清晰度函数,用实验方法确定其阈值,从而有效降低白噪声的影响。实验结果显示,经过调节的光纤和电动旋转平台的同轴度误差为3μm,能够应用在保偏光纤偏振轴的检测中。     

基于激光干涉仪与自准直仪的平面镜轮廓高精度测量技术

基于三组激光干涉光路与一台自准直仪的光学扫描检测方法,开发可用于大尺寸平面镜二维轮廓的高精度测量技术。通过联立线性方程式与最小二乘法结合的计算算法,可得到平面镜二维轮廓的测量结果及整个测量过程的不确定度值。利用建模仿真整个测量过程,分析不同采样点数N下不确定度数值的变化趋势。此外,搭建基于高精度三坐标测量仪平台上的光学检测系统,试验果表明该技术成功实现对100 mm平面镜二维轮廓的测量,并可实现重复性测量精度在±20 nm范围内。通过与Zygo白光干涉系统结果的比较,该检测技术可以实现纳米级别的测量精度。     

冗余正交式六维力感知机构性能分析与实验研究

基于冗余容错和测量重构的思想,提出了一种具有可重构测量模型的冗余正交式并联六维力感知机构,并进行了相关理论分析及实验研究。利用柔度矩阵理论建立了机构的刚度模型,通过仿真验证了建模方法的正确性。最后,对设计的力感知机构进行了样机研制,搭建了标定实验平台,对样机进行了重构实验。针对不同维度力选择不同测量分支组合的测量模型进行测量,实验结果表明,在五维力和三维力的测量模型重构后,测量精度分别提高了1.29%和3.19%。实现了测量模型重构的多维力感知机构面向不同测量任务的多维力测量,为冗余六维力感知机构的研究提供了理论依据及实验基础。     

基于公共光学基准的大尺寸空间角度测量关键技术

提出了基于公共光学基准的大尺寸空间的角度测量方法。通过在数米至十几米的大尺寸空间内建立公共光学基准,结合视觉测量和计算机图像处理技术,借助测量公共方向基准与各个几何元素之间的夹角,可简便地实现对大尺寸空间的异面几何元素之间夹角的测量。分析了建立公共光学基准的方法。按照所提出的测量方法,对相距7m的两条异面直线的空间夹角成功地进行了现场测量。     

基于光学传输矩阵的电动二维转镜读数修正

针对数字式二维转镜在光学转像时产生的转角值与实际像移不一致的问题,提出了一种运用光学矩阵修正读数误差的方法。根据二维转台对准读数检测原理建立数学模型,得出修正后的出射光线的俯仰角及方位角。为了验证上述模型的正确性,采用高精度经纬仪对修正后的出射光线方向进行校对。经实验对比,该方法在不提高加工安装精度的情况下修正了二维转镜的读数误差,其精度达到4″。     

消除阿贝误差的一种新方法

本文以丝杠导程的激光测量为例,提出了一种简便的消除阿贝误差的光学方法,确定了光学系统的有关结构参数,证明了该方法的有效性。该方法简单而易于实现,可应用于多种光学测长系统以有效地消除阿贝误差的影响,提高测量系统的精度。     

使用高精度三坐标测量仪实现透镜定中心

传统的光学测量定中心法受限于光源、转台大小和装调误差传递性而不适用于大口径、多透镜光学系统的装调,为此本文提出了使用三坐标测量仪接触式测定透镜中心的精密机械测量法。介绍了使用三坐标测量仪测量大口径透镜中心偏的原理,即在测量透镜上表面与基准轴等距离各点坐标的基础上拟合得到透镜光轴与基准轴的夹角,从而解算出透镜的中心偏。通过大口径长焦距镜头的装调对该方法进行了检验。检验结果表明:该透镜的装调偏差为6.47″,重复性误差为(1.16×10-4)″。该方法将光学测量变为机械测量,利于装调,可在保证装调精度的同时简化装调难度,提升装调效率,满足大口径多透镜光学系统对高精度装调的要求。     

红外光谱仪中光学二维角度调整机构的结构设计

设计了一种在红外光谱仪中使用的光学二维角度调整机构,并根据红外光谱仪的功能要求及技术指标为该调整结构的机械结构设计提供理论依据。本文中设计的光学二维角度调整机构通过关节轴承来实现光学镜片在竖直和水平方向的二维偏转。并考虑到红外光谱仪的设计要求,设计了一种采用包紧方式的锁紧机构。最后,将该光学调整机构置于红外光谱仪系统中试验,并记录试验结果。分析研究表明,该调整机构在要求的使用条件下可以正常工作。     

接触式二维形貌测量仪

在机械行业中,轴承、光学器件、计算机芯片等的运行状况均取决于其表面形貌的实际情况,采用二维形貌测量仪可以精密地对其进行测量.介绍了二维形貌测量仪的测量原理和结构设计,并提出了一整套设计思路和数据处理方法.     

五轴数控机床旋转轴安装误差测量辨识方法

为了方便快捷、准确地测量五轴数控机床旋转轴的安装误差,提出一种基于旋转轴综合误差测量的安装误差辨识方法。该方法借助于五轴数控机床的RTCP功能,测量某点绕旋转轴转动过程中的理论坐标与实际坐标的综合误差数据,通过误差数据的平面圆和直线拟合,实现了安装误差的分离和辨识,包括2项位移误差和2项垂直度误差。试验结果表明,该方法计算准确,可用于机床旋转轴的装配调试精度分析。     

基于DVD光学头的二维微小角度测量研究

为了实现精密平台二维角度的在线检测,提出了一种基于DVD光学头的二维微小角度测量的方法。利用DVD光学头进行角度测量,是基于激光自准直原理,以四象限光电探测器作为检测元件,以固定在被测物上的反射镜作为被测元件进行测量的一种角度测量方法。搭建了基于英国RPI精密转台的实验系统,对测量方法进行了实验测试。结果表明:基于DVD光学读取头设计的二维角度测量装置测量范围为±110″,平均分辨率达到0.2″。该测量方法稳定、可行,且测量装置具有结构紧凑、成本低等特点。     

大尺寸光学元件在位动态干涉拼接测量系统

为了满足车间条件下大口径光学元件的高精度在位、在线检测的迫切需求,本文构建了一个适于一般环境下应用的动态干涉拼接测量实验系统。该系统由动态干涉仪、二维移动平台、控制系统及拼接软件等部分构成。应用该系统对200mm×300mm×20mm的光学元件在一般应用环境下进行了拼接测量实验,采用误差均化拼接算法进行拼接,并对拼接后的结果进行分析处理,比较拼接测量与全口径测量结果,PV值的相对误差为3.1%,RMS值的相对误差为1.6%,Power值的相对误差为2.1%。该系统为在车间环境下建立大口径光学元件在位检测建立了基础。     

五轴机床旋转轴动态反向误差的球杆仪测量方法研究

提出了一种利用球杆仪测量五轴机床旋转轴动态反向误差的新方法,该方法通过一个旋转轴和一个平行于该旋转轴轴线的直线轴进行两轴联动动态测量,测量路径是由球杆仪运动的球面和两联动轴运动的圆柱面相交得到的空间曲线,工作台侧小球设置在圆柱面切线上;通过误差敏感性分析和误差轨迹仿真对比分析,证明了该方法对旋转轴的动态反向误差能够达到充分敏感,并且能够适用于尺寸范围更广的旋转轴;通过在双五轴镜像铣机床上的测量实验,验证了该方法对旋转轴的动态反向误差测量识别的有效性。利用该方法指导旋转轴的伺服调试优化,有利于提高旋转轴的动态反向精度。     

大型光电设备用700°转动范围限位机构

根据大型两轴跟踪测量系统的使用要求,研制了机电式700°转动范围的旋转轴用限位机构,经理论分析和试验验证,该机构工作可靠,很好地解决了旋转轴回转零点的第一次通过和第二次限位问题,机构可适时为设备主控系统提供旋转轴当前位置和到位信息,结构设计巧妙、紧凑,完全可以满足大型高精度光学仪器的使用要求。     

最新发明专利信息

可倾屏显微镜和可倾屏投影仪该仪器为用于精密计量的光学仪器,具有使成像影屏(或分划板)与物镜光轴间夹角的大小可调的机构,通过调节该夹角大小和采用有对称标记的米字形刻划线的成象影屏,可在测量螺纹、丝杠、蜗杆等带有螺旋面工件的牙形时克服调焦误差的影响,使