体视显微镜像倾的计算机分析与校正

通过建立计算机三维模型,模拟Greenough(格雷诺)体视显微镜系统中像倾的产生,并得到校正方法。调整半五角棱镜两个方向的角度,可以校正像倾。像倾角的大小与体视角和半五角棱镜的出射角有关。特别地,在90°观察角的光学系统中,无像倾存在。     

五角棱镜扫描系统中调整误差及制造角差的影响分析-

五角棱镜扫描系统可以实现高精度测量光学表面面形,为了全面分析五角棱镜扫描系统中的调整误差及制造角差对指向误差和测角仪测量误差的影响。根据旋转变换矩阵和光线矢量追迹理论,运用MATLAB编写通用的五角棱镜扫描系统的光线矢量追迹函数及相关分析程序。同时通过二维二次多项式拟合推导出,在一定角度范围内,用于计算指向误差和测角仪测量值的二阶近似公式。分析结果表明：在扫描测量过程中,测角仪的俯仰角和五角棱镜的制造角差对沿扫描方向指向误差和测角仪垂直方向测量值的影响是常量,五角棱镜扫描过程中的偏摆角和滚动角与其成二次函数关系;五角棱镜的偏摆角和滚动角、测角仪的偏摆角与垂直扫描方向指向误差和测角仪水平方向测量值均成线性关系。当导轨误差滚动10"、偏摆10",系统的各项调整误差为±3"时,沿扫描方向最大测角误差为0.0010666"。     

入射角度变化对角锥棱镜测量精度的影响

为了掌握角锥棱镜用在激光跟踪仪中光束入射角度变化对其测量精度的影响规律。详细分析了角锥棱镜的工作原理和反射特性。计算出了角锥棱镜在不同入射角下的实际有效反射面积,并建立了角锥棱镜有效反射面积随光束入射角度变化的理论公式,进而得到角锥棱镜测量精度随光束入射角度变化的规律。实验结果表明：角锥棱镜测量精度随入射角增大而减小,在最大允许入射角处发生突变。在最大允许入射角±35.26°时其测量误差达到0.050mm;而在±20°范围内时其测量精度优于0.010mm,且入射角度在±15°范围内其测量精度最高,稳定性最好。所得结论证明了当角锥棱镜在入射角度为±20°范围内工作时能满足了激光跟踪仪的测量精度要求,这对角锥棱镜设计和实际测量工作具有指导意义。     

大型工件外径测量系统

该测量系统采用激光瞄准和激光测距技术,装有角隅棱镜的磁性定位和轻型导轨,实现了高精度大直径直接测量,同时使仪器轻便操作,能够在加工现场或加工机床上进行在位测量。关键技术包括：使用了体积小重量轻的半导体激光长距离高精度准直系统,准直激光束光斑圆整,有效抑制了激光的漂移;轻型导轨不直线度误差实时测量与补偿,探测器位于一定距离,可同时探测五角棱镜平移和转动两项误差,实现了导轨误差的自动补偿;激光自准直瞄准被测工件直径;装备角隅棱镜和平面反射镜的磁性定位块,具有在不连续圆周表面上定位和测量的双重功能;计…     

同轴单棱镜整形研究

半导体激光器广泛地应用在国防、商业、工业等领域,对其光学准直是一项重要的工作。介绍一种新的半导体激光整形系统——同轴单棱镜整形系统,详细地叙述了单棱镜的设计原理。与其它整形系统比较,该棱镜具有设计、加工和装调简单等优点,最大的优点还能保证光束同轴。最后以一个θ⊥×θ∥=25°×11°半导体激光器为例子,设计一个2.5×单棱镜同轴整形系统,通过软件模拟计算与实际计算结果比较,结果基本相符,证明了设计方法的正确性。     

大型望远系统波前检测中的波前误差修正

在大型望远系统的波前检测中,固定着五角棱镜的运动平台沿并非严格平面的导轨平台移动时,五角棱镜会发生微偏转产生扫描激光束转向的波前误差。用渥拉斯顿棱镜型双频激光干涉仪实时测量五角棱镜的运动误差,计算扫描激光束入射望远系统子孔径时的波前误差,修正此波前误差得到子孔径范围内望远系统自身的波前。     

一种电容式角位移变送器的研究

通过对一般角位移变送器的研究,详细阐述了一种新型电容角位移变送器.该变送器具有独特的电路结构,高精度、高分辨率,可以在48°范围内进行角度的测量,并且测量精度达到0.03°,分辨率达到0.01°.     

提高V棱镜折光仪测量精度的一种方法

本文提出了用高精度标准块,在V棱镜折光仪与被测样品作相对测量,从而提高V棱镜折光仪测量精度的一种方法。同时对误差进行了分析,并给出实测数据。用这种方法,在非标准环境下测试,不用修正,就能给出折射率,其精度可达±1×10^-5。     

科技成果

大型工件外径测量系统该测量系统采用激光瞄准和激光测距技术，装有角隅棱镜的磁性定位和轻型导轨，实现了高精度大直径直接测量，同时使仪器轻便操作，能够在加工现场或加工机床上进行在位测量。关键技术包括：使用了体积小、重量轻的半导体激光长距离高精度准直系统，准直激光束光斑圆整，有效抑制了激光的漂移；轻型导轨不直线度误差实时测量与补偿，探测器位于一定距离，可同时探测五角棱镜平移和转动两项误差，实现了导轨误差的自动补偿；激光自准直瞄准被测工件直径；装备角隅棱镜和平面反射镜的磁性定位块，具有在不连续圆周表面上定…     

五角棱镜的角度制造误差对波前测量的影响

从光学平行差入手,导出了有角度制造误差的五角棱镜的像方坐标系和作用矩阵,分析了角度制造误差引起的扫描激光束转向的波前误差,提出了调整五角棱镜的依据,有利于减小角度制造误差对大口径透镜望远镜波前测量的影响。     

一种光学玻璃折射率自动测量方法

本文研究了一种折射率自动测量方法。可对紫外、可见,红外光谱折射率作自动精密测量。在光源稳定情况下,可见光测量精度可达±3×10^-6。该方法以最小偏向角方法为依据,以外反射像引导接收器,使其自动跟踪至最小偏向角的精确位置,最后给出样品的折射率。整个测量系统采用微计算机完成自动控制、采集及处理。该方法还可进行角度自动测量。     

合理使用滤波器提高激光测角仪的测角精度

本文通过对二阶正反馈带通滤波器的分析，阐述了在激光测角仪中所涉及的滤波器对测角精度的影响，从而为实际电路设计中准确选择滤波器参数、光调制器的设计及同步电机的选择提供了理论依据，并为有效地提高测量精度、减少误差提供了一种手段。     

三维姿态角高精度测量装置

基于二维自准直仪和坐标系旋转变换矩阵,提出一种高精度、高稳定性三维姿态角(偏摆角、俯仰角和滚转角)测量方法,并设计了一种三维测角装置。介绍了该装置的工作原理和结构组成。建立了三维测角模型,根据自准直测角原理和坐标旋转矩阵推导了理论算法。基于测量要求设计了光学系统,采用现场可编程门阵列(FPGA)单芯片实现了实时双CMOS图像传感器的驱动成像、像点识别与细分定位、三维转角计算及与USB的快速通信。提出了三维测角装置的标定方法,保证了实际设备参数与理论设计数据的统一。最后对提出的滚转角测量算法进行了实验验证,并分析了影响测角精度的因素及其影响程度。标定和试验结果表明:在±20′的视场范围内,三维测角装置的偏摆角、俯仰角和滚转角的测量精度分别达到了2.2″,2.5″和8.7″。该结果验证了设计的装置结构简单、稳定可靠、精度高,且易工程实现三维姿态角的测量。     

高精度弹丸质偏心测试系统的设计

弹丸质偏心是弹丸性能的重要设计参数,它们的准确测量对于提高产品质量,提高发射准确性是必不可少的。为了提高其测量精度和效率,本文详细介绍了基于三点法的弹丸质偏心测量原理、计算公式和测量设备,分析了测量误差产生的因素,提出了一座多测试平台和自动调平以及弹体自动旋转90°的设计思想。给出的试验结果表明,这些方法极大地提高了系统的测量精度和试验效率,能够满足弹丸高精度质偏心测量的指标要求。该设备测量范围广、制造成本低,具有广泛的应用开发前景。     

一种新型大中心孔绝对式磁编码器

为测量机器人关节端角度和电机端位置,研制一种基于霍尔原理的新型绝对式磁编码器,采用大中心孔结构,具有大的中心孔、体积小、结构紧凑、分辨率高、绝对式位置测量等特点。传感器由转子和定子组成,转子的磁码盘包括主码道和游标码道,定子由霍尔敏感芯片和信号调理电路板组成;根据游标计算原理,得到了传感器绝对角度的计算方法。通过仿真软件分析了转子的磁场分布和模态;为进一步提高磁编码器的输出精度,提出一种基于遗传优化算法的误差补偿模型,搭建了传感器的标定平台,实验结果表明传感器绝对定位精度可以达到0.2°,经过模型补偿后可以达到0.036°,满足机器人关节及伺服系统设计要求。     

折射率自动测试中的误差

高精度、宽光谱自动折射仪是采用垂直底边入射,对称折射的方法,对等边三棱镜样品的三个顶角进行封闭测量,以提高测试精度。本文对光束平行度,准直光与底边垂直度、样品加工角度差、测角精度、瞄准精度等诸因素所产生的误差进行了分析及计算。给出了折射率的测试不准确度。在可见及近红外光谱区:△N≤±3×10^-6。文中还对该测试方法与最小偏向角方法进行了比较,并以实测数据证明了两种方法具有同样的测试精度。     

改进的精密测角法标定面阵摄像机参数

改进了用于标定线阵摄像机的传统精密测角算法,标定用于面阵摄像机的参数。该算法利用两束平行光之间的夹角和投影在摄像机上图像点之间的对应关系,在给定一个预测摄像机主点的基础上计算它和实际主点之间的偏差以及摄像机焦距。分析了图像特征提取误差对于平行光夹角测量精度的影响,并给出一种基于平行光夹角误差最小的最优估计,从而进一步提高摄像机内部参数的标定精度。通过仿真实验分析了图像特征提取精度和平行光夹角测量精度对摄像机参数标定精度的影响。结果显示,当图像特征提取精度为0.1pixel,二维转台精度为0.5″时,主点标定精度可以达到0.56pixel,焦距标定精度可以达到0.06mm。利用精度为0.5″的二维转台对摄像机参数进行了实际标定,通过分析像点和标定结果所计算的平行光夹角和实际测量的平行光夹角的误差,可知本文算法的误差是经典精密测角法的68.6%,由此证明该算法对于面阵摄像机参数标定具有更好的结果。     

运用LMBP神经网络的黄瓜采摘机械手定位误差补偿算法

考虑到黄瓜采摘机械手结构参数的微小偏差可能会对末端定位精度造成较大的影响,因此,利用高精度三坐标测量仪P latinum FaroArm对机械手的结构参数进行了标定,建立了基于修正参数的正运动学模型,在此基础上对理想逆运动学进行误差分析,发现腰关节的角度误差远远大于位置编码器的精度。因此,提出采用LMBP神经网络算法求解修正后的关节角度,并将网络输出与理想逆运动学结合起来,达到补偿机械手定位精度的目的。为了验证算法的可行性,进行了仿真试验,结果表明:LMBP神经网络输出角度误差的最大值约为0.006 rad,能将末端位置误差从10.57mm补偿到3.77mm,大大提高了黄瓜采摘机械手的定位精度。     

Offner补偿器的结构设计与装调分析

90nm节点光刻投影镜头中使用的非球面都存在高次项,而且对理想球面的偏离量较大。本文设计了一种基于三片式结构的Offner补偿器,实现了对高次非球面面形的高精度检测。采用等量轴向球差补偿非球面各阶系数的方法,主动引入一定量的轴向球差,补偿光线在非球面法线方向的偏离量,结果表明：对初级像差和高级像差很好的平衡,使剩余像差很小;MTF 远远超过衍射极限,系统工作波长为632.8nm,F数达到1.64,均方波差RMS<λ/1250。满足了高精度检测补偿器的设计要求。最后根据现有的检测装置的精度对所设计的结构进行了公差分析,给出了较宽松的公差容限。     

基于准同步DFT的非整数谐波分析算法

在准同步DFT谐波分析算法的基础上,提出了一种基于非整数波概念的谐波分析算法。该算法的核心思想是:信号频率漂移导致频谱峰值出现的位置与理想位置不一致是短范围泄漏产生的根本原因,而信号频率的漂移可以通过测量相邻点基波相角差来获得,那么应用该漂移值对基波和高次谐波的波次值进行非整数修正就可以准确测量各次谐波的幅值和相角。仿真实验和工程实例证明,该算法能够有效抑制频谱的长范围泄漏和短范围泄漏,提高基波与高次谐波的幅值与相位测量准确度。