燕尾滑块的测量

正燕尾滑块的形状和尺寸如图1所示,要求测量两个60°角,两个角度面对8H7孔中心平面的对称度及宽度尺寸20 mm。两个角度偏差为±2';两角度面对8H7孔的中心平面对称度为0.02 mm;宽度尺寸20 mm图样上虽然没有给出偏差值,但是该零件与其他零件有配合要求,所以这个尺寸的偏差也需要测量。由于该零件形状特殊,且精度要     

面阵CCD摄像机物镜光轴与传感器交点坐标的检测

本文以面阵CCD摄像机XC-77CE为例,介绍了其物镜光轴与CCD传感器交点坐标的检测方法。由于将视频信号相邻两场合为一帧处理,使测试分辨率与CCD传感器本身的分辨率相当,水平方向上精度可达±1.5个象素,垂直方向上为±0.5个象素。     

像差在临界角方法探焦技术中的影响

分析了在临界角方法探焦技术中像差对测量灵敏度的影响。并给出了对两个显微物镜测量的结果。焦点探测试验精度为±1×10^-2μm.     

彩色共焦系统可调制色散物镜设计

针对彩色共焦距测量系统中测量范围和分辨率的调制问题,采用色散和聚焦功能分离的思路设计了一款色散物镜,其色散功能由纯球面折射透镜组成的色散管镜来实现,聚焦功能则采用商业物镜实现。使用ZEMAX软件对色散管镜的结构、材料及像差进行了设计及优化,仿真结果显示所设计的色散管镜在可见光范围内能获得优于230mm的轴向线性色散,实际加工的成品管镜的轴向线性色散范围可达160mm。实验测量了色散管镜及它结合不同聚焦物镜后的色散特性。实验结果表明,色散管镜结合不同聚焦能力的物镜能够具有高线性度的轴向色散区域;结合4倍和10倍放大倍率的商用物镜,分别获得了1 300μm和225μm的测量范围,其轴向分辨率分别为2μm和0.4μm,实现了测量范围和分辨率的调制。     

透镜间隔的高精度在线测量

介绍了一种物镜透镜间隔非接触式测量系统。适用于平场复消色差物镜等高性能物镜的生产。文中详细叙述了测量原理、结构和精度分析。最大测量误差不超过±2μm。     

精密校直机微机检测系统的研究

介绍的精密校直机微机检测系统可在线同时测量轴类零件 5个截面的弯曲量 ,找出最大弯曲量及其相应段号送入主机作为校直参数 ,其测量精度可达± 1.82mm。     

磨边机工件轴同轴度的测量与校准（上）

磨边机左、右工件轴的同轴度,直接影响透镜的中心偏差。同轴度越高,中心偏差越小,反之中心偏差越大。由于制造、装配等各种原因,左、右工件轴不能完全同心。通常,普通磨边机同轴度一般小于0.02mm,高精度磨边机则小于0.005mm。随着光电行业的飞速发展,对透镜中心偏差要求越来越小,因此需要高精度的磨边机来保证加工透镜的磨边精度。而小于0.005mm的同轴度要求,对于现行加工方法、零件精度、工艺水平,一次安装难以保证,因此需要选择合适的保障方法以及准确测量与校准。     

用激光和CCD测量大型工件外径

大型工件的外径(一般指大于500mm),其高精度测量一直是我国机械行业中普遍存在又需要解决的共性难题。激光技术在长度测量方面,已得到比较成熟的应用。在生产车间环境下,双频激光测长仪相对测量精度可达10~(-7)mm以上。目前汽轮机行业提出的测量要求是:测量范围1～4.2m,测量精度±3×10~5D(D为被测直径),可见用激光技术完全可以满足大直径测量中的长度测量的精度要素,其关键是如何准确地捕捉直径上的两个测量点,即准确地定位,从而把直径测量转换为单纯的长度测量。本文从实用化的角度,提出一种大型工件外径的测量方法,用准直激光分别瞄准吸附于工件两端的磁性定位块,由四象限光电池接收判断。轻质粗糙导轨造成的误差由CCD器件探测并加以补偿,用激光干涉仪完成测长。     

基于时间参考点的差动式线阵CCD位移传感器

为了将线阵CCD应用于实际工程的大尺寸位移测量,利用线阵CCD像元空间与输出时间的对应关系,提出了一种差动式测量的线阵CCD位移传感器测量系统。分析了线阵CCD位移测量存在的问题,结合线阵CCD中像元空间与驱动脉冲之间的对应关系,提出一种以时间为参考点的差动式测量方法。该方法用两个空间上对齐、时间上错开半个积分周期的线阵CCD检测透光挡板上等间距分布的透光光线的位置变化;通过计算两个CCD上输出光信号的时间差,用匀速扫描测量原理实现对空间位移的测量。用雷尼绍激光干涉仪对所研制的线阵CCD位移传感器进行了校准,结果显示：在有效测量范围（600.05 mm）内,经过修正后的测量误差可控制在±2 μm以内,验证了用差动法实现线阵CCD大尺寸精密位移测量的可行性。     

一种实现CCD亚像元位移分辨率的新方法

基于 CCD子窗口内四个像限的光积分量随目标位置而变化的机理 ,可从摄取的 CCD数字图像提取目标的位移信号 ,本文提出一种新的方法可实现目标位移探测的亚像元分辨率。理论及实验结果表明 ,对于直径为 1μm的球体而言 ,在± 40 0 nm的范围内 ,光积分量的变化同球体的位移关系具有良好的线性度。物方和像方位移分辨率分别可达 1nm和 1/ 3 0个像元宽度 ,可满足光镊系统位移测量要求。     

基于无衍射姿态探针和全站仪组合测量空间隐藏坐标

针对大尺度空间中构件特征隐藏区的空间坐标测量,提出了一种基于无衍射光束的测量探针,并将该探针与全站仪结合构成了空间坐标组合测量系统。介绍了探针姿态测量系统和组合测量系统的结构与原理。测量时,首先将探针测头接触于被测点,并用全站仪或激光跟踪仪瞄准探针的光学系统,测得探针的空间位置坐标。接着,使用探针将测距激光通过axicon透镜变换为无衍射光,并由CCD摄像机获得图像。由无衍射光的中心一对一映射激光的入射方向,通过无衍射光图像定中计算,获得探针的水平角和俯仰角。最后,通过电子倾角仪测得探针滚动角;联合测得各姿态角和位置坐标,通过坐标变换,计算得出被测点的空间坐标。实验显示,该探针的姿态角测量精度为1mrad,组合测量空间位置偏差为±1mm,表明基于无衍射光束的探针与全站仪所构成的组合测量系统可满足大尺度空间中特征隐藏区空间坐标测量的要求。     

光电内窥参数检测装置

报导一种新的光电内窥参数测量装置。将一半导体激光器发出的光束经柱面镜汇聚成一细线,通过特殊设计的折反棱镜将其沿轴线方向投影到管孔内壁,得到管孔内壁的光截轮廓,该轮廓经物镜成像到CCD光敏面,通过图像卡采集到计算机。在计算机图像测量及辅助提示下,完成参数测量。此外,该装置还可在测量显微镜横向移动导轨及读数手轮的配合下测量内孔中径。实验结果表明轴向测量的重复精度为±17μm;中径测量的重复精度为±12μm.它在工业制造领域内具有广阔的应用前景。     

基于单目视觉的激光光束方向标定研究

在由激光位移传感器组成的测量系统中,激光光束的方向是一个关键参数.方位角和俯仰角对于一条激光光束是最为重要的两个参数.本文中提出一种基于单目视觉的激光光束方向测量方法.首先,将CCD相机放置于基础平面上方,保持相机光轴与基础平面接近于垂直状态,并利用误差为10μm的圆孔型标定板建立单目定位模型.然后将激光光束发生装置放置在基础平面上并保持位置固定,同时在基础平面上放置特制靶块,使激光光束可以投射到靶块斜面上并形成一个激光光斑.在基础平面上方放置的CCD相机可以清晰的采集到激光光斑、靶块斜面的图像,应用相关算法提取出光斑质心的二维图像坐标.沿激光光束方向以相等间距移动靶块,通过CCD相机采集每移动一次靶块在当前位置下的光斑、靶块图像.利用相关的转换公式,结合靶块本身固有参数,将光斑质心图像二维坐标转换为基础平面下的空间三维坐标.由于靶块的移动,会得到靶块不同位置下激光光斑质心的三维坐标,将这些三维坐标拟合成空间直线表征待测激光光束.拟合直线得俯仰角即为待测激光光束的俯仰角.实验中,应用高精度仪器对靶块参数进行测定,并使用高精度标定板标定相机内外参数建立相应的定位模型.测量精度主要通过单目视觉定位精度、光斑重心提取精度来保证.结果显示,待测光束的俯角最大误差达到0.02°,光束间夹角的最大误差为0.04°.     

极坐标激光直写系统光轴和转轴对准的光栅反射对准法

提出一种光栅反射对准法:在极坐标激光直写系统中利用光栅反射聚焦光斑来校准光轴和工件台的转动轴;被光栅反射的聚焦光斑成像在CCD上。当聚焦透镜的光轴和工件台的转动轴存在对准误差时,如果转动光栅,激光光斑将在光栅上扫描出一个圆形轨迹。通过观测这个轨迹,能估算出光轴和转轴的对准误差并相应地做出调整减小对准误差。采用光栅反射法,现将光轴和转轴的对准误差减少到小于0.5μm。     

飞秒激光跟踪仪光轴与竖轴同轴度的标定

考虑飞秒激光跟踪仪仪器轴系的几何误差会影响仪器的指向精度并最终影响坐标测量精度,本文研究了激光光轴与竖轴的几何误差对仪器测量精度的影响。提出了激光光轴与竖轴的同轴度标定方法,以降低其不重合带来的跟踪测量误差。首先,基于几何光学原理建立了光轴与竖轴的几何误差模型,分别分析了光轴与竖轴的倾斜与平移误差对仪器测角精度的影响。然后,针对设计的仪器提出了基于旋转成像原理的光轴与竖轴同轴度的检测方法,并设计了一套同轴度检测装置。最后,基于该检测装置,通过调节两组双光楔完成了激光光轴与竖轴的倾斜与平移误差的标定。结果显示,经标定校准后激光光轴与竖轴的角度误差为3.4″;平移误差为26.1μm,得到的结果为仪器后续建立误差补偿模型奠定了基础。     

光纤熔接机高清显微物镜光学系统设计

在光纤熔接过程中,为了实现光纤高质量熔接,需要一个高清显微物镜来确保纤芯的准确对准。运用Zemax软件设计一款用于光纤纤芯对准的显微物镜,该物镜由6片透镜组成,放大率为8倍,数值孔径为0.25,工作距为13.4mm,共轭距为85mm,以CCD作为图像接收器件。显微物镜采用正向光路进行优化设计,正向光路设计的显微物镜更能贴近实际使用状态,能够更加清晰准确地检测到纤芯位置。该物镜工作波长为486~656nm,具有工作距离长、共轭距短、精度高等特点。     

大直径内孔自动测量机构倾斜度测量研究

为了实现对大直径内孔自动测量机构倾斜角度的连续、自动测量,建立了倾斜度测量系统.系统主要由半导体激光器、光学系统与位置敏感探测器(PSD)等元件组成,以激光光束和光学系统光轴分别表征被测机构的参考轴线与大直径内孔的轴线,同时PSD测量经过光学系统折射后激光光点的位置,由此测量两轴线构成的夹角,确定机构倾斜程度.论文分析了系统的测量误差,并进行了相关的实验,对测角误差进行校正,结果表明:系统的测角精度为±0.02°,分辨率为0.000 3°.系统稳定可靠,能够基本满足测量机构在大直径内孔中倾斜度测量的要求.     

大孔径大视场轻小型星敏感器光学系统

提出了一个大相对孔径、大视场轻小型CCD星敏感器光学系统设计方案,该星敏感器焦距为22.5 mm,F数为1.2,谱段范围470~750 nm,视场角25°。采用双高斯基本型后加一片近乎等晕的正透镜,获得了较大的相对孔径,同时选择高折射率玻璃材料增大视场并降低轴上及轴外光束入射角,高折射率玻璃材料亦能降低高级像差且使系统总长缩短。像质分析表明,此设计方案能够满足使用要求,光学系统总长仅为46.51 mm,满足实际工程轻量化需求。     

二维光电水平倾角测量系统

针对高端装备制造中对大尺度机床误差测量与补偿的要求,本文基于光学自准直原理和液体表面反射原理,研制了一种二维光电水平倾角测量系统以实现对机床滚转角和俯仰角的测量。该系统使用半导体激光器发射激光,经光学自准直系统于待测硅油表面将被测倾角放大二倍。然后,由位置敏感探测器感测光斑位置变化,输出包含角度信息的光电流信号,并由低噪声四路同步微弱信号处理电路进行相同倍数的放大以减小误差。最终,由高速采集卡进行数据采集,经均值滤波、曲线拟合、解算处理后将其转化为倾角信息,从而实现二维角度测量。在光学平台进行了对比实验,结果表明:测量系统在-10~10mm/m(约为-2 000″~2 000″)量程内,角度测量误差小于±0.050mm/m(约为±10″),线性度优于0.25%,满足大尺度机床二维水平倾角检测对大量程、高精度、高稳定性的要求。     

A laser sensor with multiple detectors for freeform surface digitization

An integrated laser scanning sensor for freeform surface digitization is presented. The sensor consists of a diode laser light source and four position-sensitive device (PSD) detectors. The stand-off distance of the sensor is 180 mm and the measurable range is 90 mm. The Lambert model is applied to calculate the displacement between the sensor and the measured point on the object surface along the optical axis, under the assumption of a diffusive surface. The inclination angle of the measured point from the vertical plane of the laser beam is calculated by mathematical inference. Those data are used in error compensation to improve system precision. The new design of multiple detectors could increase the measurable angle and could solve the dead space problem in single point laser of triangulation measurement. The computer simulation and actual measurements show that the displacement resolution reaches 50 μm, and the system performs well in regards to stability and repeatability. The sensor system could be mounted on the NC machine orX-Y platform for freeform surface digitization.