基于改进三点测量法的圆径测量研究

三点测量圆度误差分离技术被广泛应用于工件形状的圆度误差和电机旋转的回转误差的分离算法中。而圆度误差能得以准确分离的关键在于合理配置三个位移传感器测头的安装角度,从而避免传递函数的分母为零的情况出现。然而,在具体实施过程中,位移传感器测头的角度安装误差是必然存在的,这就使得分析这一角度安装误差带来的影响变得尤为重要。基于经典的三点测量法模型,提出一种新的分析位移传感器测头的角度安装误差的模型。以三点测量法圆度测量中的圆径结果为目标,根据实际工况下的各种参数设置,定量分析了位移传感器测头的角度安装误差对最终结果的影响程度。最后,使用电容位移传感器开展工件外圆的圆径测量实验研究,确认了文中误差分析的有效性,圆径测量的重复性精度可以达到2 m以下。     

工件特征在机测量的关键误差分析与补偿研究

针对激光在机测量工件特征时的测量精度问题,对测量系统的关键误差影响因素及补偿应用进行了研究。使用激光位移传感器作为测量工具对工件特征进行在机测量时,测量结果受激光位移传感器倾斜误差和数控机床几何误差影响。为了校正激光位移传感器在物面倾斜时引起的测量误差,设计了倾斜误差试验,利用勒让德多项式对倾斜误差进行了建模和补偿,补偿后倾斜误差可减小至±0.025 mm以内。针对不动式激光在机测量时数控机床线性轴几何误差对测量结果的影响,设计了球杆仪倾斜安装试验,利用参数化建模的方式对X轴和Y轴的几何误差进行了解耦。最后根据建立的倾斜误差与几何误差模型,对工件特征的在机测量结果进行了补偿。结果表明,对工件特征在机测量结果进行误差补偿后,线性尺寸测量误差小于0.05 mm,角度测量误差小于0.08°,相较于补偿前在机测量精度明显提高。     

激光三角位移传感器误差补偿的建模研究

为降低激光三角位移传感器非线性误差对其测量精度的影响,研究了激光三角位移传感器误差补偿的建模方法。深入了解激光三角位移传感器工作原理,在此基础上定量分析该传感器非线性误差。利用神经网络构建激光三角位移传感器误差补偿模型,使用多层神经网络获取线阵CCD与接收透镜之间的夹角。以及入射光线与接收透镜之间的夹角的映射关系。运用所得映射实现激光三角位移传感器误差补偿。实验结果表明：激光三角位移传感器的重复性优良,且测量时的光斑在线阵CCD上的成像质量较为优异。该方法补偿后的激光三角位移传感器残差大幅度下降,最大下降幅度约为46%。将待测物体表面粗糙度控制在5.6μm～9.6μm范围内,可获得更好的激光三角位移传感器误差补偿效果。     

对径测量传感器的激光校准方法

对对径测量传感器的校准方法进行分析和研究,指出了当前手工校准方法存在的弊端和精度低的原因。提出了采用激光干涉仪进行对径测量传感器校准的新构想,实现了被测量到光程差的转化,设计了相应的差动校准测量光路,有效地消除了阿贝误差的影响,校准精度从原来的2.0μm提高到0.14μm,同时可得到被测传感器完整的校准曲线,实现了对径测量传感器的高精度、连续化、全自动校准。     

一种激光位移传感器动态测量列车车轮直径的新方法

列车速度的不断提高增大了车轮的磨损,加快了车轮直径的变化,给列车运行带来了安全隐患。提出了一种采用激光动态测量车轮直径的方法,介绍了使用单个激光位移传感器和两个激光位移传感器动态测量车轮直径的工作原理,并对影响测量精度的主要误差因素进行了分析和仿真计算。结果表明,采用两个激光位移传感器的测量方案可有效克服车轮运动过程中定位误差对测量的影响。经过现场测试,研制的激光测量装置的测量精度为±0.38 mm(σ)满足现场要求,实现了列车在正常运行过程中对其直径进行动态在线测量。     

基于单激光束旋转的深孔直线度测量方法北大核心CSCD

基于激光位移传感器旋转,以回转轴线为基准,提出和验证了一种测量深孔零件直线度的方法。实验结果表明,在选用的激光位移传感器精度为±2μm的情况下,该方法实现了圆孔直线度的在机测量,与三坐标测量机给出的相对真值对比,误差低于12%。该测量模型仅需机床主轴及其进给部件,易于实施。     

基于电子散斑干涉技术的直线度误差测量方法

将散斑干涉与CCD图像处理技术相结合,提出了一种测量空间直线度误差的新方法,该方法利用待测工件的直线度误差使毛玻璃移动微小位移,通过散斑条纹的变化求出位移变动量。由导出的直线度误差与位移的关系,对工件的直线度误差进行了测量,测量结果为7．420μm。实验结果表明,此种方法测量精确度高,具有一定的使用价值。     

激光位移传感器在物体表面形状测量中的应用

激光位移传感器对位移的测量不仅是非接触式的测量方式,而且具有较高的精度,具有广泛的应用。本文研究了一种利用激光位移传感器测量工件上点的二维坐标,从而实现物体形状的高精度测量。通过一维电位移平台带动激光位移传感器扫描物体的表面,然后对测量的数据进行处理,进而得到物体的表面形貌。实验中采用的位移传感器分辨率为0.3μm,一维电位移平台重复定位精度高于2μm。     

傅氏级数和多项式结合的图像灰度建模及位移测量

利用图像传感器的成像灰度实现位移测量,需要在位移过程中用相机对靶标进行成像,进而建立位移值与成像灰度值之间的映射关系,即成像灰度模型,该方法的测量精度取决于成像灰度模型与灰度噪声水平。实际测量过程中,光照不均匀、靶标制造误差、相机成像系统畸变等外部误差源以及内部不同图像传感器单元之间成像特性的差异性均会使成像灰度模型偏离理想情况,从而影响测量结果。为了进一步提高测量精度,所提方法考虑了上述的非线性因素带来的建模误差,采用Fourier级数与高阶多项式结合构造成像灰度模型类,提高模型的泛化逼近能力进而提高建模精度,校正上述误差源导致的灰度畸变。在此基础上,采用基于位移连续性原理的顺序求解法解算位移,实验结果显示,使用该改进模型在10.46 mm行程下的位移测量误差标准差由校正前的56.4 μm降低至1.5 μm。     

PSD位移传感器测量误差的修正方法

为了提高自制位置敏感探测器(PSD)激光三角位移传感器的精度,提出一种简单、可行的数据修正方法,对传感器所采用的测量原理、敏感器件及自制工艺等进行了研究。首先,对自制的位移传感器的静态精度进行实验标定,分析其位移误差曲线。通过将位移测量误差曲线与敏感器件自身检出误差曲线进行比对,结合自制传感器的组装工艺,分析其误差来源。然后,通过调整激光三角测量原理中位移传递公式的具体参数,达到优化自制位移传感器的静态精度的目的。最后,用反复多次地,不同测量范围、测量步长下的位移数据曲线优化效果,证明这种修正方法的普适性。实验结果证明:经过该方法修正后,自制的PSD位移传感器的测量数据的误差降低约80%,其静态位移精度基本达到1%。这种修正方法能够简单、有效地提高PSD激光三角位移传感器的测量精度。     

激光光斑质量对基于PSD的激光三角法长时间连续测量精度的影响

为了提高半导体激光器-位置敏感器件(LD-PSD)激光三角法测距、测厚系统的测量精度,对半导体激光器的光斑质量进行了研究。用不同功率的半导体激光器做静态测距实验,结果表明,在长时间连续测量中,激光光斑重心的漂移增大了系统的测量误差。光斑重心漂移主要是由光斑的高频噪声和光斑整体偏移造成的。针对这两方面因素设计了基于针孔滤波和棱镜分束的能够提高激光光斑质量的光学系统,并用CODEV软件进行了优化与仿真。将所设计的光学系统加入到测距仪中重新进行静态测距实验,结果表明,改善后的系统精确度由25μm提高到8μm,使得基于位置敏感器件的激光三角法测距、测厚系统在长时间连续工作时也能保持较高的测量精度。     

基于AVR单片机的轮胎模具内径测量系统

文中所设计的基于AVR单片机的轮胎模具内径测量系统,采用光栅尺和激光测距仪测量模具内径,单片机通过接收上位机的命令控制步进电机改变测量点,同时控制光栅尺数显表进行数据采集实时返回给上位机。上位机将光栅尺数据和激光测距仪数据进行运算后得到模具的内径,测量精度在4μm以内。     

基于激光测量的高速非接触角度检测技术研究

提出了一种基于光学三角法测距原理的高速非接触光学角度测量方法,利用两个激光位移传感器测量物体具有角度变化时产生的位移,实时计算得到物体一维运动角度,在摇摆台上进行角度范围及精度的实验,并使用光纤陀螺进行角度实时同步测量,通过最小二乘拟合法对误差进行补偿。实验结果表明,该系统的角度测量范围±10°,角度测量精度±0.005°,测量频率2000 Hz。该角度测量技术使用非接触光学测量方法,对被测物体表面无损伤。     

激光三角位移计接收光功率与被测表面倾斜的关系及倾斜角测量

以激光在粗糙物体表面的散射理论为基础．详细讨论了被测表面倾斜与激光三角位移计接收光功率的关系，在此基础上提出了在测位移的同时测量该倾斜角的方法．给出了计算机模拟及实测的结果。     

双激光位移传感器测厚实验装置的研制

利用2个激光位移传感器搭建非接触在线测厚实验装置,设计编写了厚度测量软件,软件通过串口实时采集传感器数据,输出被测样品厚度。装置的测量范围为0.1 mm~10 mm,测量精确度为±25μm。用厚度标准尺作为样品,对装置进行标定后,采用不同厚度的样品,进行了静态和动态的厚度测量实验。分析了误差来源及解决办法,为后期精密、实用的冷轧钢板非接触式在线测厚系统的研制奠定了基础。     

CCD倾斜角度对激光衍射对刀精度的影响

激光衍射对刀是通过检测两个一级衍射条纹峰值点的间距来进行对刀间隙测量的一种方法。测量过程中众多工艺参数的调整会对测量结果的精度产生重要影响。由于CCD装夹误差的存在,CCD像面实际安装位置相对于系统理想光轴法平面不可避免地会发生倾斜,倾斜量的存在会导致检测结果不准确。为了研究CCD倾斜角度对衍射对刀精度的影响,建立了含有CCD倾斜角度的激光衍射光强模型和一级次极大峰值点间距误差计算模型,并提出了基于一级次极大峰值点间距的角度校正方法。通过实验确定了CCD像面最佳倾斜角度的工艺调整范围,为有效提高激光衍射对刀的精度提供了依据。     

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。