基于小波变换的高精度表面损伤测量

提出了一种基于小波变换的工件表面质量损失检测方法,采用二维激光扫描仪对工件表面进行测量,获取表面形貌信息,将测量到的三维点云数据类比于灰度图像中的像素点云,采用基于小波变换的边缘检测方法,提取工件表面损伤的特征,并对损伤区域进行定位,进而计算工件表面的体积损失及质量损失。针对钢材料工件表面的损伤,进行了检测实验研究。对钢材料表面质量损失检测验证了方案的可行性,实验结果表明待检工件的损伤质量检测精度可达毫克级,可用于大体积或大质量工件的表面损伤测量及材料性能的评估。     

电子束曝光系统中精密工件台的测量系统

介绍了电子束曝光技术的原理。根据精密工件台对测量系统的需要,设计了三轴工件台测量系统布局方式,并简单介绍了激光干涉测量系统所需元器件数量的计算方法。重点讨论了双频激光干涉测量原理、双频光束与运动方向敏感性的关系以及读出装置信号处理方法。在此基础上,对研制的电子束曝光系统精密工件台进行了直线性和垂直性实验测试,其测量分辨率达到0.6nm,测量重复性精度达到±0.06μm,测量绝对误差达到0.011μm。结果表明,采用双频激光测量系统可确保工件台系统测量和定位准确性。     

立体视觉测量系统中三维拼接技术的研究

为了扩大立体视觉测量系统的测量范围,实现大型工件的高精度测量,提出了一种基于控制网的三维拼接方法。通过在被测工件四周设置辅助测量控制点,基于单位四元数法建立测量控制网,并采用Levenberg-Marquardt(LM)优化算法对测量控制网的测量精度进行优化,通过测量控制网将系统在不同测位获取的测量数据转换到整体空间坐标系下,获得全局测量数据,实现测量数据的三维拼接。实验结果表明,此方法不仅扩大了测量范围,而且提高了大型工件的测量精度。     

电子束曝光机激光工件台测量系统研究

由于电子束曝光机采用的修正技术,工件台的测量系统显得十分重要。介绍了电子束曝光机激光定位精密工件台的工作原理,其测量系统首次采用国际先进的HP5527双频激光干涉仪。对测量系统进行了详细的误差分析,在此基础上提出了系统误差的补偿方法。     

柔性复合基体光纤布拉格光栅曲率传感器

面向生物医学智能装备和软体机器人等领域柔性机构以及高端装备和重大基础设施复杂结构的曲率测量需求,提出一种高适应性柔性曲率传感器。通过将光纤布拉格光栅封装在硅胶基体中,并将硅胶基体与聚氯乙烯薄片贴合,形成基于光纤布拉格光栅的柔性硅胶曲率传感器。采用光纤传感解调系统和标准曲率标定块,实验测得光纤光栅传感器反射谱特征及其随标定块曲率变化规律,分析了光栅波长位移与曲率变化的关系以及传感器灵敏度与嵌入硅胶基体深度的关系。实验结果表明:硅胶-聚氯乙烯基体的曲率传感器可以实现曲率变化实时测量,最高灵敏度可达0.329 2 nm/m-1。随着光纤光栅嵌入深度的增加,传感器灵敏度在0.2~0.35 nm/m-1范围内逐渐增大。在多次重复测量中传感器具有较好的一致性,可用于柔性机构和复杂结构的曲率测量。     

测量非球面用的仪器

本文论述测量非球面的方法。本方法使用两个光具座,其中一个固定,另一个绕着与固定的光具座相交的垂直轴旋转。被测表面放在固定的光具座上,用自准直显微镜调整,直到表面曲率的顶点中心与转轴一致。然后用旋转的或转动的光具座,自准直测量各种入射角的球面顶点的偏差。对于凸、凹表面和曲率的增、减,采用的测量技术略有区别。     

非圆加工表面的几何误差在位测量方法

提出了采用Zernike多项式法评定椭圆形工件表面椭圆度误差的新方法。主要是对椭圆截面的加工零件采用接触式在位测量,然后对测得的数据进行Zernike多项式拟合,并对测量工具的球头半径进行补偿,得出实际测量的椭圆形工件表面,最后进行误差分离并进行误差补偿加工。实现了非圆截面工件全面、精确的误差测量,便于提高非圆零件的加工精度。     

基于热电偶法的高速铣削温度检测系统设计

介绍了基于热电偶法对高速铣削过程中切削温度采用接触式测量的计算机辅助测温系统。采用自然热电偶测量刀具-工件界面温度,采用标准热电偶检测工件表面和内部温度分布。为高速铣削加工中切削温度的测量提供一定的借鉴。     

基于声光调制的激光粗糙度测量技术研究

随着机械工件表面加工技术的日益提高,对高质量工件表面粗糙度进行实时、准确测量的需求越来越大。为了满足这一需求,该文提出了一种高精度,实时在线,非接触式测量的方法,建立了基于激光多普勒效应测量表面粗糙的数学模型。该模型中利用激光多普勒原理实现对纳米级微小位移的测量;采用声光调制的方法降低了系统噪声,提高了测量分辨力;通过光外差法的光路减小了外界干扰对测量精度的影响;信号处理过程中采用了高精度频率电压(f/V)转换电路和快速傅里叶变换(FFT)算法有效提高了系统的精度。实验结果表明,该系统用于工件表面粗糙度测量可行,且精度可达1‰。这表明该系统不仅可用来测量表面粗糙度,还可用来校准其他设备。     

圆柱工件几何参数的自动测量研究

针对圆柱工件在实际测量过程中测量速度慢、精度低的实际情况,本文介绍了一种利用几何位移光学精密测量完成圆柱工件几何参数测量的方法。该系统由机械系统、运动控制和数据采集系统、数据处理系统组成;利用激光位移传感器非接触测量的特点,对圆柱工件外表面几何信息进行采集;根据最小二乘法原理,计算机对测量数据进行处理,从而得到圆柱工件的外径、同轴度、高度等几何参数。该方法通过实验验证,目前已应用于生产中。     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征.研究结果表明和单色系统相比,双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率.接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高.因此,红外测温系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化.而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出.由于可以得到能量的传输比例,磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义.     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征，研究结果表明：和单色系统相比，双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率，接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高，因此，红外温测系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化，而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出，由于可以得到能量的传输比例，磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义。     

Curvature optical fiber sensor by using bend enhanced method

Deflection curvature measurement can offer a number of advantages compared with the well-established strain measurement alternative. It is able to measure thin structure; fiber has no resistance with force, which leads to a high precision. There are many kinds of curvature gauges with different operation principles. A low-cost curvature optical fiber sensor using bend enhanced method to improve its curvature measurement sensitivity was devel-oped in recent years. This sensor can distinguish between convex bending and concave bending and has a good linearity in measuring large curvature deformation. Whisper gallery ray theory and Monte Carlo simulation are new achievements by computer experiment. The operation mechanism of this curvature optical fiber sensor is presented based on light scattering theory. The attenuation is ascribed to the transmission mode changing by the curvature of the fiber, which affects the attenuation of the surface scattering. The mathematical model of relationship among light loss, bending curvature, surface roughness, and parameters of the fiber's configuration is also presented. We design different kinds of shapes of sensitive zones; each zone has different parameters. Through detecting their output optical attenuations in different curvatures and fitting the results by exponential decaying functions, the proposed model is demonstrated by experimental results. Also, we compare the experi-mental results with the theoretical analysis and discuss the sensitivity dependence on bending direction.     

一种基于广义KL距离和几何曲率的模型选择准则

模型选择的目标就是识别产生给定数据的模型.通常模型的好坏由模型的泛化能力来度量,而泛化能力包含模型对给定数据的拟合度和模型复杂度两个方面.本文从信息几何的观点使用定义在流形上的广义KL距离来度量模型的拟合度;另一方面从微分几何的观点用曲率的概念来度量模型的内在复杂度;因此,拟合度和复杂度的表示都具有在参数变换下保持不变的特点.通过理论分析,我们证明了用于表示模型预测能力的未来残差与模型固有曲率的关系.由此提出了一种新的基于广义KL距离和曲率的模型选择准则KLCIC.该准则不仅考虑了样本大小、参数个数和函数形式等影响复杂度的因素,而且具有非常清晰直观的几何意义.实验结果表明该方法的有效性.     

基于泰伯-莫尔条纹的激光波前曲率半径测量

为了精确测量激光波前曲率半径,提出了基于泰伯-莫尔条纹技术的波前曲率半径测量方法,建立了激光波前曲率半径测量理论分析模型。对波前曲率半径与莫尔条纹倾角的关系、系统测量不确定度进行了分析,完成了激光波前曲率半径测量系统的设计,构建了测量系统,并对口径为200mm的激光发射系统的出射波前曲率半径进行了测量。结果表明,测量结果为498m时,测量重复性为0.2%,根据测量结果推算光束束腰位置与实际位置相对偏差为0.4%;并根据500m~3000m的测量结果对激光发射系统中出射波前曲率半径、物镜焦距、目镜位置等参量进行了校准,校准完成后与理论值的最大偏差为2%。该方法能够实现大口径激光发射系统出射波前曲率半径的高精度测量。     

目视万能工具显微镜的影像测量应用研究

在传统目视万能工具显微镜的基础上,使用光学CCD代替人眼采集图像,增加光栅尺和数显表替代原来的投影式读数器,实现了工件测量CCD图像与光栅尺数据的计算机自动采集。根据CCD图像、光栅尺数据及笛卡尔坐标系理论,建立了测量尺寸与光栅尺数据和图像工件边缘位置的数学模型。应用中值滤波、阈值分割对工件图像进行预处理,采用最小二乘法提取工件边缘的位置和方向,并在此基础上结合工件测量数学模型计算得到了被测工件尺寸。     

Application of Acoustic Sensors to Robotic Seam Tracking

Robotic seam tracking systems require three-dimensional information about the seam geometry. The applicability of a nontactile acoustic sensing system, which provides range information about the distance between a sensor and the workpiece, is evaluated for the three-dimensional surface characterization task. An algorithm for executing a two-dimensional surface height sampling of an unknown workpiece is developed and evaluated through digital simulation and hardware experimentation. The algorithm incorporates the limitations of the sensor's aperture size and uses only the range information provided by the sensing system. A recovery strategy is included if the sensor's aperture has been exceeded and range information is not available. The sampling procedure is found to be applicable for piecewise constant surfaces and surfaces with slight curvature. The effectiveness of the acoustic sensing system's surface characterization can be enhanced by using a priori knowledge of the workpiece. The sensing system appears to be promising for such industrial operations as part location and inspection.     

基于投影和主成分分析的偏心检测

在生产实践中,管类工件的内部结构之中常常存在微小的偏心误差。偏心误差对工件的工作性能影响很大,因此,能否准确、快速地检测出偏心误差在生产实践中意义重大。本文介绍了一种基于投影数据和主成分分析的偏心检测方法。截取工件中任意两个截面,利用Radon变化求得它们在一定投影角度下的投影。分别计算投影的第一主成分,并以第一主成分之间的欧氏距离表征偏心误差。如果欧氏距离不等于零,则证明工件存在偏心误差。通过仿真实验证明该方法能检测出0.1%的微小偏心,并且抗噪性能较好。     

基于主曲率增强距离变换的形状相似性度量方法

针对常规形状相似性度量方法在噪声干扰、部分信息遮挡和缺失情况下鲁棒性和准确性不足的问题,提出了一种基于主曲率增强距离变换的形状相似性度量方法.通过距离变换扩展形状轮廓的作用范围,提升相似性度量结果的鲁棒性;基于主曲率增强距离图,提升信息量丰富轮廓在变换图中的响应,提升度量结果的准确性.仿真对比实验验证了方法在噪声干扰以及部分轮廓遮挡或缺失情况下的鲁棒性和准确性,道路矢量与GPS信号和光学遥感图像的应用试验表明方法在实际应用中的有效性.与传统的形状相似性度量方法相比,基于主曲率增强距离变换的方法适用于非刚性目标形状相似性度量,而且鲁棒性和准确度较高.