矢量内积法高速相位式激光测距技术

测量速度和测量精度是相位式激光测距系统的两个重要指标。针对高速高精度测距需求,研究了基于矢量内积(Vector Inner Product, VIP)法的高速数字鉴相方法,从鉴相计算的点数、鉴相计算速度和鉴相精度等方面对VIP法的鉴相性能进行了仿真分析和实验测试,并与传统的数字频域鉴相法(Discrete Fourier Transform, DFT)进行了性能对比。仿真和实验结果表明,VIP法具有更高的鉴相速度和鉴相精度,当信号调制频率为50 MHz时,基于高速采样板卡实测得到的鉴相精度优于0.1°,测距精度0.2 mm以内,相同计算点数VIP法的鉴相处理速度是DFT法的3倍。研究结果表明,VIP法具有鉴相精度高、鉴相速度快的优点,适用于高速高精度激光测距系统。     

复杂衬底下的涂层厚度定量检测方法研究

纸币是国家发行并强制使用的货币符号,2019年中国人民银行发行的2019年版第五套人民币纸币,两面采用了抗脏污保护涂层,使纸币的整洁度明显改善。作为“国家名片”,在纸币生产过程中,对每一道工艺都有严格的质量控制,涂层是通过涂布机将涂布液转移、固化至纸币两面,由此称为涂布工艺。为了更加合理地控制涂布质量,生产中需要检测纸币涂层的厚度。针对该需求,文中建立了纸币图纹作为复杂衬底的涂层厚度光学漫反射模型,采用傅里叶近红外光谱仪和激光共聚焦显微系统对已涂布和未涂布的纸币进行识别并定量检测。文中首先根据涂层物质在近红外光谱可被有效识别的特点,对涂层的近红外吸收光谱数据提出了基于多元散射校正（MSC）与二阶导组合的分析方法,确定4 346.764 cm?1为特征波数。再根据反射率、粗糙度对涂层厚度的模型解耦,最后通过激光共聚焦显微系统检测了已涂布纸币的涂层变化,并将其与模型的厚度解耦结果关联,得出测量涂层厚度最小为3.807 μm,最大为12.738 μm。最终结果表明该检测方法对纸币生产中涂层质量控制具有重要的实践指导意义。     

基于LabWindows的系留气球地面测控系统研制

针对上海世博会车载系留气球监测系统的应用要求,设计了基于LabWindows的地面测控系统,该系统具有多串口数据采集、数据库存储数据、用SQL语句访问数据库等特点,利用POS和GPS数据实现地面目标定位.     

基于DSP的激光跟踪仪数据通信及处理模块设计

以DSP TMS320F28335为核心设计了数据通信及处理模块。该模块采用硬件协议栈芯片W5300实现与上位机的TCP/IP通信,同时利用双口RAM实现与电控系统主控板的数据通信,与主控板通信的实时性由同步时钟触发外部中断的方式实现。根据误差补偿算法,该模块可实现对激光跟踪测量系统所测量的大气参数、激光干涉测距、激光绝对测距、方位角和俯仰角信息的误差补偿。     

基于PSD的微位移测量系统研究

为了提高激光跟踪仪的跟踪精度,改善激光跟踪仪性能,根据测量光斑在PSD上的坐标可实现光斑位移测量的原理,研究了提高微位移测量精度的方法,设计出一种由PSD传感器、ADS8556模数转换器和TMS320F28335数字信号处理器构成的高性能微位移测量系统.该系统在硬件设计中引入二阶有源低通滤波器消除了部分噪声干扰;在软件设计中通过误差补偿和数字滤波进一步提高了数据可靠性.加入抗干扰设计后,获得的二维坐标波动量峰峰值均在6μm以内.实验表明,该系统可获得高精度的光斑坐标,为激光跟踪仪精密跟踪奠定良好基础.     

基于遗传算法的柱面光栅测角技术研究

高精度角度测量装置是保证旋转设备精度和性能的关键, 广泛应用于测量跟踪仪器中, 特别是对于大尺寸坐标测量仪器, 测角相比于测距是制约坐标测量精度的瓶颈。在精密一维轴系平台上, 采用高精度柱面光栅及四个读数头构建测角装置, 对传感器本身、安装及轴系跳动等误差因素对测角精度的影响进行了详细分析。基于角度测量标准器具校准角度测量误差, 对误差数据进行谐波分析。基于遗传算法提出了一种参数优化方法, 建立误差补偿模型, 对测角误差进行了补偿。实验结果显示, 补偿后柱面光栅测角误差减少为0.7, 证明了误差补偿算法的有效性, 显著地提高了角度测量精度。     

激光测量标定机器人坐标系位姿变换的正交化解算

针对大型装备智能制造中的机器人在线位姿激光跟踪测量与实时引导需求,提出了一种机器人坐标系与激光测量坐标系标定转换和解算方法。设计了基于距离原则的机器人末端光学工具中心点TCP(Tool Center Point)位置标定算法。通过运用空间点坐标重心化配置算法和基于罗德里格矩阵变换的最小二乘优化算法解算出了具有单位正交性的位姿变换旋转矩阵。进行了机器人坐标系位姿变换激光测量标定和优化对比实验,旋转矩阵初值和正交优化值进行点坐标转换后的综合RMSE分别为0.579 0mm和0.501 5mm。结果表明该方法能够有效改进姿态旋转矩阵正交性,并提高位姿变换解算精度。     

过焦扫描光学显微测量技术综述

随着半导体产业的发展和器件性能的不断提升,半导体器件的特征尺寸越来越小,器件结构越来越复杂,对检测仪器的性能提出了更高的要求。首先介绍过焦扫描光学显微法（Through-focus Scanning Optical Microscope,TSOM）的测量装置及测量原理,该方法可实现三维几何参数的无损测量,因其具有精度高、速度快、成本低等优点,可以满足在线测量的需求;然后从TSOM图构建和待测参数提取两个方面对TSOM方法的研究进展进行了梳理和归纳;最后对TSOM方法未来的研究重点和发展方向进行了展望。该方法有望为我国半导体制造产业提供新的检测手段,为优化和提升我国半导体制造工艺提供重要的技术支撑。     

激光跟踪仪的光电瞄准与定位系统

考虑激光跟踪仪的光电瞄准与定位直接影响仪器的整体测量精度和使用性能,讨论了激光跟踪仪的光电瞄准和跟踪定位控制技术并提出了光电探测瞄准、信号调理采集、数字处理及智能跟踪伺服的系统整体技术方案。对系统关键部件进行选型,利用角锥棱镜和位敏探测器(PSD)作为光电探测核心,设计了探测光路和信号处理电路。研制了系统样机,搭建了目标位移量标准测试平台,对样机光电瞄准系统探测信号进行了测试。测试结果显示:采用该设计方案设计的激光跟踪仪样机的静态定位测量精度达到6μm,随机动态跟踪测量速度大于1m/s。结果表明:提出的方法可解决激光跟踪仪定位精度低、动态跟踪效果差等常见问题,可为研制高精度、大范围、大尺寸测量仪器提供技术参考。