基于弹性导轨的整体三维测头及标定机构设计

测头是坐标测量技术中最关键的零部件之一,测量的精度直接依赖于测头的设备精度.针对目前我国市场上高精度三维测头匮乏的现状,通过对弹性导轨受力模型和受力与平行位移之间关系的研究,在考虑柔性铰链特性的基础上,同时考虑到测头工作中的重力平衡,设计出了整体式三维测头机构与标定机构,该机构与双频激光干涉仪结合对参数进行标定.该方案所设计的测头结构紧凑,测量范围广,工艺性好,标定工作台和标定方案设计科学合理.     

三维扫描测头的标定方法

为降低三维扫描测头中标定方法对测量系统定位精度的要求,提出了一种三维扫描测头标定方法,设计了一种最小二乘迭代算法及迭代数据筛选算法,实现了三维扫描测头高精度高效率的标定.为验证该三维扫描测头标定方法的稳定性与精度,设计若干组标定仿真实验,测试各类误差对于三维扫描测头标定结果的影响.结果表明:该三维扫描测头标定方法对于三维扫描测头标定过程中定位精度没有要求,对于测量机误差及扫描测头探测误差不敏感,三维扫描测头坐标系单位向量精度达0.000 01,完全满足三维扫描测头标定要求.     

微型薄膜瞬态热流计的研究与开发

为满足燃料电池内微小空间内瞬变大热流的测量要求,利用薄膜技术,制作了热阻式微型薄膜瞬态热流计测头.该测头在厚度为0.05 mm的SiO2基片上蒸镀薄膜热电偶,测量厚度为1μm的SiO2热阻层两侧温差,从而得出瞬变热流值.同时,利用自行开发的标定系统对微型薄膜瞬态热流计测头进行了标定和响应测试,并对标定过程中的误差进行了细致的分析.对比得出,开发的热流计测头在响应时间和测头尺寸上,能满足微小空间内瞬态热流的测量需求.     

三坐标测量机测头系统的误差分析与修正

测头是三坐标测量机的关键部分,其动态性能对测量机最终测量结果有直接的影响。为了提高三坐标测量机测头的测量精度,以触发式测头系统为主,研究了测头系统动态误差的构成,分析了测头预行程误差来源及影响因素,提出了将测头直径动态标定与微平面补偿法相结合的方法对测头直径进行补偿。通过对凹轮轮廓进行测量,并在逆向工程软件中对测头直径补偿前后进行对比。结果表明,该方法对测量机测头直径有较好的补偿效果,具有一定的应用价值。     

大型数控插齿机在线测量测头标定方法

针对国内大型插齿机在线测量的空缺,对天津第一机床总厂设计的YKW51250大型数控插齿机进行了运动分析。根据插齿机特殊的结构特点及在线测量系统的方案,提出了一套适合该系统的测头标定方法,并进行了实验验证。实验结果表明:该方法能够满足插齿机在线测量系统测头定位的精度要求,对后续测量任务的顺利进行起关键作用。     

CCD激光衍射测径系统的标定方法

对测量细丝直径在10～40μm的电荷耦合器件激光衍射测径系统提出了两种新的标定方法,并对不同标定方法下的系统进行了测试对比。结果表明,选择恰当的标定方法可以使系统测量精度达到0.15μm。     

基于可变向测头的未知自由曲面数字化测量

为了消除曲面倾斜对点激光测头测量精度的影响,针对连续的未知自由曲面,提出一种基于可变向测头的数字化测量方法.设计一种摆动机构安装点激光测头,使测头方向可以在一定范围内变动.在测量过程中,首先使测头竖直,对被测曲面进行等间距逐行扫描,并对扫描数据进行及时处理与曲线拟合,根据拟合曲线外法线与X轴正方向所成角度α值的大小,找出α∈[0°,60°)、α∈(120°,180°]的曲线段所在位置.一次扫描结束后,将测头向左倾斜,对α∈[0°,60°)的曲线段进行二次测量,将测头向右倾斜,对α∈[120°,180°)的曲线段进行二次测量.通过多次测量数据组合,获得被测曲面的整体形貌数据.实验结果表明,该方法能够有效实现α∈[0°,180°)的未知自由曲面的数字化测量,同时保证测量精度.     

高速激光弯沉仪标定方法

为了解决高速激光弯沉仪现存标定方法工作量大和量值准确性低的问题,基于测试原理提出了一种新的标定方法.该方法通过分步改变多普勒传感器设置位置,使多普勒激光传感器都置于弯沉盆范围外来达到标定的目的,并针对设备的构造制定了相应改进方案.通过与其他标定方法进行比对,试验结果显示该标定方法在相关性、Pearson相关系数和实测弯沉盆斜率曲线等评价指标上都优于现存的标定方法,且与我国常用的贝克曼梁法较接近,保证了弯沉测量的质量;同时,该标定方法标定时间短,可操作性强,具有较好的实用性.     

基于双测头组合的未知自由曲面自适应采样

在逆向工程中为了准确、快速、合理地获取未知自由曲面的表面数据,提出一种基于双测头组合的非接触式自适应采样方法.并列组安装2个点激光测头,分别为前端测头和后端测头,利用遮光布阻挡反射光消除两测头之间的测量干扰.在逐行采样过程中,在扫描方向上前端测头用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理与曲线拟合,根据拟合曲线的曲率特征为后端测头规划合理的采样间距,后端测头以探路结果为指导完成自适应采样.在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面.仿真与实验结果表明,该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,能有效提高曲面数字化的效率与精度,为模型重建提供合理的测量数据.     

基于双测头组合的未知自由曲面自适应采样

在逆向工程中为了准确、快速、合理地获取未知自由曲面的表面数据,提出一种基于双测头组合的非接触式自适应采样方法.并列安装2个点激光测头,分别为前端测头和后端测头,利用遮光布阻挡反射光消除两测头之间的测量干扰.在逐行采样过程中,扫描方向上的前端测头用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理与曲线拟合,根据拟合曲线的曲率特征为后端测头规划合理的采样间距,后端测头以探路结果为指导完成自适应采样.在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面.仿真与实验结果表明:该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,有效提高曲面数字化的效率与精度,为模型重建提供合理的测量数据.     

半导体激光阵列快轴准直特性

为解决大功率半导体激光阵列快轴准直镜装调缺乏定量研究的问题,利用光线传输矩阵法和CCD成像法,获得其准直后光束的指向和发散角.对比半导体远场特性分析仪测量准直后的残余发散角可知,利用光线传输矩阵法和CCD成像法测量角度,测量误差可以控制在13%以内,CCD成像法可作为调整半导体激光阵列准直的有效监测手段.同时,测试6个自由度上准直镜的位置对快轴准直的影响,分析各轴上准直镜位置的允许偏差量,为全自动装调快轴准直镜的算法优化提供了实验基础.结果表明:快轴准直镜装调对各轴运动精度要求不同,尤其对y轴运动精度要求最高.     

基于激光点阵列探测的多光轴平行性外场测试方法

提出一种红外、可见光、激光三轴平行性检测的外场测试方法。在可见十字靶线和红外十字靶线重合的测试靶上,点列阵分布激光点源探测器。以重合的十字靶线为基准,点列阵探测器接受激光照射,精确定位激光光斑中心,获取激光发射轴与可见、红外十字靶线的偏差,实现多光轴的平行性检测。设计结果表明：在待测系统最远探测距离范围内,测试距离越远,平行度检测精度越高,在1.5km测试距离,激光与红外、电视光轴的平行度检测精度小于5″。     

红外脉冲激光测距仪发收光轴一致性测试方法研究

脉冲激光测距中激光发射、接收光轴一致性是其测距性能的保障。针对红外激光测距仪发、收光轴一致性的检测任务,设计了一种基于离轴式大口径平行光管的测量系统。当测量发射光轴时,激光经离轴抛物面反射镜反射后,再经平面反射镜反射汇聚到位于焦平面上的上转换板上,形成可见光光斑,求出光斑中心,以该位置表征激光发射轴;保持焦平面位置不动,将上转换板换下。将自发激光衰减反馈模块的光纤输出端子安装到焦平面定位框上,可以测得脉冲激光测距仪的激光接收轴。计算可得出发、收光轴的偏差角,测试精度为0.05mil。     

基于新一代GPS轴线对平面的垂直度误差的评定

新一代产品几何规范(GPS)标准体系以计量学为基础,对形位误差的规范评定提出了更高的要求.在分析轴线对平面垂直度误差定义以及测量方法的基础上,运用最小二乘法的垂直度评定模型,对模型进行坐标系转换,使得被测要素和测量要素的参考坐标系统一,简化了评定模式.实例表明,该方法符合新一代产品几何规范标准的要求,能够正确、有效地评定空间轴线对平面在任意方向上的垂直度误差.     

深孔轴线直线度测量技术研究

针对深孔轴线的直线度的测量,设计了一种远距离,二维直线度的激光测量方法。这种方法以经过单模光纤耦合的单一、准直的激光束作为测量基准,光电二维位置敏感元件采用四象限光电池,实现了水平和竖直方向直线度的同时测量和同时显示,并对信号进行处理和直线度误差评定,得出深孔轴线直线度的误差值。     

圆锥基准柄带角圆的柱面铣刀质量评定模型

为评定圆锥柄带角圆的柱面铣刀的外缘质量，以刀具在工程中的实际应用为基础，建立了最小外包容圆锥基准柄对称轴线的求解模型，推导出以此轴为基准的最小外包容圆柱和最小包容角圆回转面的评定模型，以圆锥基准柄带角圆的柱面铣刀外缘实际测量离散点为例，分别计算出最小外包容圆锥对称轴的方程、圆柱的半径和角圆心轨迹的半径及角圆半径，验证了上述模型的正确性和可行性。     

远距多光轴平行度检测方法研究

为测量远距离多光轴激光发射系统的光轴平行度,提出了一种检测方法。该方法利用激光自准直仪光学系统的光轴代替被测系统出射光轴,再通过基准变换使两个激光自准直仪互相对准,从而由激光自准直仪测得光轴偏差,得到两出射光轴的空间角度。通过两台激光自准直仪对该方法进行验证,实验结果表明,该方法能够有效地测量远距多光轴的平行度,且由于两激光自准仪相互独立,针对不同距离的多光轴光学设备都可进行光轴角度测量。     

圆锥基准柄带角圆的柱面铣刀质量评定模型

为评定圆锥柄带角圆的柱面铣刀的外缘质量,以刀具在工程中的实际应用为基础,建立了最小外包容圆锥基准柄对称轴线的求解模型,推导出以此轴为基准的最小外包容圆柱和最小包容角圆回转面的评定模型.以圆锥基准柄带角圆的柱面铣刀外缘实际测量离散点为例,分别计算出最小外包容圆锥对称轴的方程、圆柱的半径和角圆心轨迹的半径及角圆半径,验证了上述模型的正确性和可行性.     

火星探测器对地激光通信相对运动研究与仿真

火星探测是深空探测的一部分,针对环火探测器对地的激光通信系统,为了确定激光链路的传输方向,本文探讨了一种火星探测器对地激光通信相对运动研究与仿真的初步方法,来确定环火探测器相对于地球的一些基本的位置参数。首先根据开普勒定律、卫星的动力学方程与坐标转换原理建立探测器对地的激光通信系统的数学模型,然后通过Matlab进行进一步的计算与仿真,得到了主要参数方位角以及俯仰角的变化范围。本文探讨了相关的坐标系,在此基础上进行了时空基准的转换,最终确定环火探测器对地球的指向角度变化,对环火探测器激光通信系统的设计提供了依据。     

坦克瞄准精度测量系统设计与精度分析

针对坦克火控系统的瞄准精度的检校需求,设计了一套坦克瞄准线与坦克火炮轴线之间平行度误差的测量装置~[1]。采用准直激光光束模拟坦克瞄准线和火炮轴线,利用CCD摄像系统结合MATLAB图像处理技术对靶面图像进行采集,进而对激光光斑质心进行提取。根据两次测量所得到的质心位置坐标间距之差,计算出两轴线在水平方向和铅垂方向上的位置偏移量,实现对坦克火控系统瞄准误差的检测。结果表明,该系统的测量精度小于0.07mil,满足实际检测的需要。