大行程超精密二维运动平台定位系统的研制

为了解决光学二维线纹标准器的量值溯源和校准以及掩膜板的高精度测量,设计了高精度激光二坐标标准装置.在装置中研制了一套超精密二维运动定位平台,该平台利用双频激光干涉仪测长作为位置反馈,直流力矩电机回转轴作为摩擦轮,通过滑动摩擦力驱动滑动光杆前后移动X-Y气浮平台,该运动定位系统具有运动平稳、重复定位精度高、测量行程大于300 mm以及最小步距分辨力为10 nm的特点,可以满足高精度激光二坐标标准装置要求的大行程、微进给和纳米级定位精度的要求.     

基于图像测量的微刻线尺高精度检测

在高精度激光二坐标标准装置上实现了线宽2μm、最小线间距10μm的微刻线尺的高精度检测.采用高精度差动式激光干涉测长系统作为测长基准,高倍光学镜和高分辨力CCD组合作为精密光学瞄准定位反馈,设计了采样窗自动识别算法实现了条纹图像的自动识别瞄准,提出了采样窗内双向逐行扫描及3σ准则剔除离群点的边缘提取算法,提高了边缘检测精度.微刻线尺线间距的测量不确定度优于0.3μm,k=2,测量的重复性标准差优于20nm.     

多功能线纹尺自动测量装置研制

针对目前标准钢卷尺、铟瓦水准标尺、数字水准仪条码尺测量过程中遇到的问题,基于激光干涉测长和图像处理技术对线纹间隔进行测量的原理,研制开发出了多功能线纹尺自动测量装置.探讨了数字水准仪条码尺的解码机理,分析了条码尺的编码图,对各公司生产的条码尺给出了校准方法,评估了整套装置的测量不确定度.实践证明,该装置能对多种高准确度的线纹计量器具进行有效检测.     

垂准仪校准装置的溯源与研究

本文从垂准仪校准装置的应用原理出发,主要针对主标准器为二维光栅坐标靶的垂准仪校准装置,提出一种应用激光干涉仪对垂准仪校准装置校准的方法,进行相关实验并对实验结果进分析。实验结果表明:在恒温条件下,利用激光干涉仪对二维光栅坐标靶的校准可获得高精度的测量数据,在此基础上评定与分析其测量结果不确定度优于10μm(k=2),为深入研究垂准仪校准装置的溯源问题奠定了良好的基础。     

1等标准光滑圆柱环规检测装置

本装置是在具有高精度导轨的SIP三坐标测量机上架设激光干涉仪作为测量标准器,利用电感测微仪作为瞄准器,使测量可以直接溯源到激光波长,实现了1等标准光滑圆柱环规的高精度测量。装置对φ50mm标准环规直径测量的不确定度达到70．15μm。通过与瑞士国家计量局和国家计量院的比对测量证实,无论在国内还是国际环规测量方面,该装置已达到先进水平。     

用于二维线纹测量的二维动态光电显微镜

对二维线纹标准样板进行溯源测量时,需要对十字刻线进行高分辨力瞄准。利用二维动态光电显微镜,将二维样板十字刻线分别成像在相互垂直的两组狭缝上,狭缝宽度与刻线像的宽度基本一致,方向与刻线像平行,且在像空间上沿宽度方向错开约一个狭缝宽度的距离。当二维线纹样板沿某一方向运动时,对应方向被测刻线的像先后呈现在一组狭缝中,导致通过该组狭缝的光通量依次发生变化,对应的两个光电接收器的电信号存在相位差;信号处理系统根据两路电信号的相位关系,在信号交叉位置发出瞄准脉冲,锁定坐标测量系统,即得到该方向被测刻线的位置;分别对十字交叉刻线的两条刻线进行瞄准,即可得到对应交叉点的坐标。     

影响三等金属线纹尺测量结果准确度因素的探讨

三等金属线纹尺主要用于检定水准标尺、钢直尺以及准确度较低的线纹尺。目前,使用中的线纹尺多由黄铜、锌白铜、不锈钢等材料制成。在传统检定中,多采用与二等金属线纹尺进行比较的测量方法。随着科技的发展,激光越来越多地被应用在线纹尺的检定中。根据标准器选取和测量方式的不同,线纹尺的检定方法可分为两种形式:以激光干     

基于计算机视觉的齿形参数测量系统

介绍了基于计算机视觉的齿形参数测量系统组成,建立了测量软件框架,提出齿形齿距及压力角两个参数的测量算法.首先利用计算机视觉系统获取齿形原始图像,经边缘提取,数据处理去除小完整齿面后,利用拐点处曲率突变,通过最小二乘法提取齿形特征段.最后根据齿面灰度特征,分别应用曲线拟合及灰度质心迭代两种算法求取亚像素边缘,对边缘进行直...     

计算机单目视觉测量系统

为了精确实现对空间物体的测量,提出了利用线激光、单CCD相机、小孔成像与激光面约束模型的激光线测量法。引进三维信息已知的标准阶梯块,作为激光面约束的标定块。由计算机控制摄像头对实物连续拍摄和实时处理,提取激光线上的像素坐标,利用建立的模型将二维坐标转换成三维坐标,再以点云的形式重构出物体,实现三维自动测量。实践中检测系统测量精度可达到0.05mm。     

大气光通信中Turbo码的最大后验概率译码

为了精确实现对空间物体的测量,提出了利用线激光、单CCD相机、小孔成像与激光面约束模型的激光线测量法。引进三维信息已知的标准阶梯块作为激光面约束的标定块;由计算机控制摄像头对实物连续拍摄和实时处理,提取激光线上的像素坐标;利用建立的模型将二维坐标转换成三维坐标,再以点云的形式重构出物体,实现三维自动测量。实践中检测系统测量精度可达到0.05mm。     

2m比长仪纳米级精度线间距测量系统的研究

介绍了2 m比长仪系统的组成,对其采用光电显微镜动态瞄准刻线和激光干涉测长原理进行了分析,研究了提高刻线瞄准精度和激光干涉测长精度的方法及利用现代电子技术实现刻线信号和干涉信号自动同步快速处理方法。自动信号处理系统基于FPGA现场可编程电路技术和计算机技术。通过对金属线纹尺测量的实验表明,依据JJG 331—1994激光干涉比长仪检定规程进行实验,2 m比长仪单次最佳刻线瞄准精度优于10 nm(1σ),对其测量的不确定度分析表明,对于测量高质量的高等别线纹尺,其测量不确定度U=（20+40 L）nm（k=2）。     

Measurement of spatial cross sections of ultrasound pressure fields by optical scanning means

The measurement of spatial cross sections of ultrasound pressure fields is an essential element of exposimetry of ultrasonic medical equipment. An optical technique is presented that allows the two-dimensional (2-D) determination of ultrasound pressure using an optical multilayer hydrophone in which a laser beam with suitable wavelength is partially reflected from a dielectric optical multilayer system. By detecting the change in reflectivity of the multilayer coating induced by the incident ultrasound, the pressure time waveform can be determined. A 2-D data acquisition covering an area of at least 15 mm x 5 mm was realized by two complementary approaches. A serial detection scheme was set up by scanning the sensing point across the area of interest by a micromechanically engineered scanning mirror and acquiring pressure time waveforms sequentially and pointwise. This allows the measurement of repeating ultrasonic waveforms with a spatial resolution of better than 70 microm and a minimal detectable pressure of 50 kPa (bandwidth: 50 MHz) in a few seconds. In an alternative approach exploiting the parallel processing capabilities of a charge-coupled devices (CCD) camera chip, the probe was strobe-illuminated by a large-diameter collimated beam of a pulsed laser diode. The 2-D pressure distribution at a particular moment was derived from captured reflectivity distributions with a spatial resolution of 75 microm. By successive delaying of the laser pulse with respect to the ultrasound pulse, the complete 2-D pulse waveform was acquired with high spatial resolution. Measurement results on ultrasound fields from plane and focusing transducers are presented and compared to simulation results. Individual advantages and drawbacks of both approaches are discussed. A combined setup merging both detection schemes into a single device was developed and represents a milestone on the way toward constructing an optical ultrasound measuring camera.     

2 m激光干涉测长基准装置

阐述了2 m激光干涉测长基准装置工作原理及系统组成,以线间距测量功能为基础,研究了接触式和非接触式的几何测长对准方法,实现了其测长功能拓展应用。介绍了实现纳米精度测长的技术措施。对称布局的双光电显微镜同步扫描测量接长的方式实现2 m刻线间距测量,信号处理系统具有标准间距位置脉冲发生功能,可以实现位移传感器动态触发校准和其它应用。对于高质量的线纹尺,2 m激光干涉测长基准装置单次测量刻线间距的最佳瞄准精度优于10 nm(1σ),1 m测量范围内的线纹测量不确定度U=（20+40 L） nm （k=2）。     

Linnik tomographic microscope for investigation of optically transparent objects

The Linnik tomographic (sectional X-ray diffraction analysis) microscope for measurement of the spatial distribution of the index of refraction within optically transparent (phase) objects is described. The microscope is constructed on the base of the MII-4 microinterferometer with a laser lighting source and constitutes a fully automated integrated system that incorporates a CCD camera, frame grabber, a computer-controlled PZT mirror, and a two-coordinate micrometer stage. The measurement system and performance characteristics of the microscope are presented. Translated from Izmeritel'naya Tekhnika, No. 10, pp. 18–22, October, 1998.     

激光跟踪仪现场评定装置

介绍了一种用于激光跟踪仪现场快速评定装置,采用激光干涉仪作为标准器,能够生成任意标准长度,符合美国ASME B89.4.19的评价方法,同时还具有动态参数校准和角度标定功能,实现了激光跟踪仪在工业现场的快速评定.     

1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统研制

针对目前国内激光测振系统价格昂贵、使用不便的问题,采用1 550 nm波段成熟的窄线宽光源和光纤元器件研制了一套低成本的全光纤激光测振系统原理样机。此原理样机光路部分采用马赫?泽德干涉仪结构,搭建了外差式激光干涉光路,参考光被40 MHz的声光调制器调制,与测量光在光电探测器表面发生干涉,产生原始的激光多普勒信号;信号解调部分采用相位解调法对原始激光多普勒信号进行解调,得到振动目标的运动特性,包括位移、速度和加速度信息。采用本单位的振动标准装置对其性能进行了测试,实验结果表明：在10 ~ 2 000 Hz的中低频振动范围内,1 550 nm全光纤激光多普勒测振系统峰值位移、速度和加速度的测量误差在-0.6% ~ 0.7%内。该系统在中低频段具有较高的测量准确度,且成本相对较低、操作便捷,具有技术借鉴价值。     

采用标准长度的激光多边法坐标测量系统自标定算法

基于多路激光跟踪干涉仪测长的坐标测量系统在大尺寸测量领域具有显著的优越性,准确标定系统参数是实现高精度坐标测量的关键。为了克服传统自标定方法的缺点,提出了一种采用标准长度的改进自标定算法。该算法首先在稳定的基座上设置固定点,在X、Y、Z方向分别产生用激光干涉法精确测得的标准长度,然后将标准长度用于构造自标定的优化函数。通过提高相应优化函数的权重,进一步提高坐标测量精度。通过仿真实验证明了该算法的可行性。采用独立的激光干涉仪验证系统在大尺寸范围内的测量精度,当测量点分布在距系统坐标系原点［7.0 m,8.3 m］区间内,两组实验误差均分布在［-9.5 μm,4.6 μm］区间内,结果表明所提出自标定算法可显著提高大尺寸空间坐标测量精度。     

Measurement by multidirectional interferometers of the position and orientation of a positioning stage

A multidirectional interferometer system is developed to determine the position and orientation of a stage moved in a two-dimensional (2-D) space. In this system four corner-cube prisms are mounted on the moving stage, and four laser beams are incident on the corner cubes in different directions. Moving distances in the observed directions are measured by laser interferometers. The position and orientation of the stage are calculated from the moving distances of the corner cubes. Some experiments are done on the 2-D moving stage with four interferometers, and measurement errors are estimated from redundant data. The estimated accuracy is higher than 0.2 microm for translation and 0.3 x 10(-3) deg for rotation for a measurement range of 0.5 mm and 0.5 deg.