一种多自由度误差同时测量方法

提出一种基于激光准直技术的多自由度误差同时测量方法。采用半导体激光单模光纤组件为光源,分别以角锥棱镜和分光直角棱镜作为二维直线度误差和三维角度误差的敏感器件,实现了直线导轨五自由度误差的同时测量,且测量移动部分无电缆连接。通过理论分析及实验,验证了方法的可行性和可靠性。在设定参数下,直线度、俯仰偏摆角和滚转角误差的测量分辨率可分别达到0.1μm,0.1″和0.3″。     

二维位移测量中激光漂移实时补偿方法研究

激光漂移是影响二维位移测量精度的主要因素之一。为了消除激光光源漂移对二维位移测量结果的影响,提出了一种双光路激光漂移实时补偿的方法。在二维位移测量系统中,根据测量光路结构工作机理建立了激光光源平漂和角漂对位移测量产生误差的模型,通过参考光路监测激光的漂移量,并利用误差模型将漂移量经过转换后补偿到测量结果中。理论分析表明,本文方法能够实现对平漂和角漂的完全补偿。分析了实际光路布置中的结构参数误差对补偿效果的影响,基于此选择光路的结构参数。实验结果显示,使用双路激光漂移补偿方法后,可以使8h内的X方向和Y方向的漂移量分别减少55.1%和73.3%。     

基于激光诱导磷光测试技术的发动机缸内燃烧温度测试

尝试将激光诱导磷光测温技术应用到发动机缸内气体的二维温度测量中。其原理是利用Dy:YAG磷光剂受355 nm波长的激光激发后辐射的磷光波长特性进行温度测量。标定了激光照射后两种磷光波长的强度比与温度的变化关系。实验测试得到了该发动机在不同曲轴转角下缸内燃烧气体的二维温度分布,画出了测试平面上温度分布的柱状图,并根据标准偏差分析了不同曲轴转角下的温度分布结果,分析了燃烧的进展情况,通过与燃料燃烧质量分数划分的燃烧阶段相比较,验证了激光诱导磷光测温技术在发动机缸内燃烧温度研究中的可行性。     

基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法

针对现代工业生产中大型装备的生产、制造和装配对于姿态精准测量提出的需求,提出了一种基于加权最小二乘的激光跟踪姿态角测量方法。首先,阐述了姿态测量系统的组成,并对姿态测量系统中使用的坐标系进行定义;其次,建立了姿态测量数学模型,在此基础上利用加权最小二乘法对冗余角度信息进行数据融合,并采用蒙特卡洛法对融合方法进行了仿真分析;最后,搭建了姿态测量实验平台,利用精密二维转台对系统姿态角测量精度进行了评定。实验结果表明:在[?30°, 30°]角度范围内,测量距离为3 m时姿态角测量精度为0.28°,测量距离为8 m时姿态角测量精度为1.76°;与单目视觉法相比,姿态角测量精度在3 m时提升了6.7%,在8 m时提升了18.8%。文中提出的数据融合方法对姿态角测量精度的提升具有较好效果。     

直线导轨四自由度同时测量方法的研究

提出了一种基于半导体激光单模光纤组件同时测量直线导轨四自由度误差的新方法。以单一准直的激光束作为测量基准,用角锥棱镜和分光器分别作为直线度误差、角度误差测量的敏感器件,实现了水平和竖直方向直线度及俯仰角、偏摆角四个自由度误差的同时测量。分析了系统的测量原理,进行了稳定性、重复性以及与美国API 5D测量系统比对实验,理论分析和实验结果表明,系统测量直线度的分辨率小于0.1μm,角度的分辨率小于0.5″,在测量距离为2 m的条件下,直线度、角度测量精度分别为±1.0μm/m,±0.5″。测量方法具有结构简单、移动部分不带电缆和现场测量方便等优点。     

二维激光告警光学系统设计

由于现有单激光告警系统只能实现来袭激光一维的方位和波长等信息,提出了一种单激光告警系统同时测得二维方位信息和波长信息的新方法,该方法的光学系统主要由遮光罩、光栅、透镜组和面阵CCD组成,通过对来袭激光经过光栅后的一级和零级衍射光斑位置的判决,得到来袭激光二维方位和波长信息。通过理论分析说明了该方法的原理,并推导得出二维方位角和波长的测量公式,根据要求推导确定了光学元件参数,并通过实验验证了其可行性。实验结果显示波长分辨率小于10 nm,角度分辨率小于1x方向视场角为30,y方向视场角为15。     

基于圆形四象限光电探测器的条纹形状识别方法研究

为了实现二维小角度的测量,采用压电陶瓷(PZT)驱动方式,获取运动的干涉条纹。利用数值积分法推导了理想干涉条纹下,条纹宽度、条纹方向角与光电探测器各象限信号相位的关系,解出了各象限相位等效点,并建立了激光光束夹角与条纹形状之间的模型。应用椭圆最小二乘拟合算法,实现了四象限探测器相位信息的有效提取,达到识别条纹宽度和方向角的目的。二维偏转角的测量实验结果表明,该方法能够满足对工作台角度偏转量等精密测量的要求,即使是在干涉条纹形状不规则、工作台运动频率不严格一致的环境下,对条纹形状的识别精度也很高,重复性好。     

CRS10陀螺仪及其在角速率与转角测量中的应用

针对在转向控制过程中,需要得到运动对象运动的角速率与转角,设计了基于LMS8962 ARM微处理器与CRS10高精度数字式陀螺仪的角速率与转角测量系统,描述了CRS10的功能特点及使用方法,阐述了系统设计的原理,并给出了系统设计的硬件电路和软件设计流程.最后将其与Crossbow Technology公司的高精度IMUAHRS500GA-226航向参考系统测得的结果进行对比分析.实验结果为:角速率测量误差平均为0.550(°)/s,转角测量误差还比较大,平均误差为2.5°,测量精度有待进一步提高.     

基于PSD的二维定心激光扫描器摆角测量系统

介绍了二维定心激光扫描器的工作原理和结构设计,描述了采用光电位置敏感探测器(PSD)实现的二维摆角测量系统,比较了两种不同测量方式的优劣,包括数学模型、计算公式和光学系统构造。给出了PSD信号处理电路框图,设计了消除暗电流和杂散光干扰的采样-保持电路,并对系统位移做了标定。系统可以实现30°圆锥角的大范围二维摆角测量,角分辨率达0.01°,具有实时性强、工作稳定、抗环境干扰能力强等优点。     

激光干涉任意转角测量的信号线性化处理方法

激光干涉测角技术由于受到测量原理非线性的限制,大多只能用于小角度的测量。为了增大测角范围,提出了一种将测量原理进行线性化处理的方法,以实现任意转角的干涉测量。采用空间上互相垂直放置的2套干涉系统分别获得两路正交信号,将所得到的正弦信号和余弦信号的差值作为输出信号,这样处理后输出信号和被测转角之间基本上呈线性关系。对这种方法进行了理论分析及实验验证。实验结果表明．处理后信号的线性得到了大大的提高,非线性误差减小到信号处理前的1／20。     

He-Ne激光束远场发散角的精确测量及误差分析

首先利用远场光斑测量法,测得GY-10型He-Ne激光器的远场发散角为1.15mrad.接着,根据高斯光束对望远镜系统变换,通过两个望远镜实现He-Ne激光束的准直,得到水平方向的远场发散角75.78 μrad,垂直方向76.53 μrad.最后,对实验中存在的误差分析可知,可用多次测量求平均值的方法消除误差;准直望远镜系统的微小失调可引起出射激光束远场发散角有较大的变化;测量系统中需使用长焦距的凹面镜.     

A Novel Method to Simultaneously Measure the Straightness

A precise two--degree--of--freedom measuring system (2DMS) is developed based on single--mode optical fiber, LD, cube corner retroreflector and four--quadrant photodetector (4-Q), and the simultaneous on--line measurement of lateral and vertical direction straightness errors of the linear stage is carried out. The moving part is wireless, which eliminates any errors introduced by pushing and pulling the wires. The sensitivity of the straightness error measurement can be improved by a factor of 2 with the cube corner retroreflector. This fiber- based optically aligned beam is used to establish a reference line for the straightness measurement of any mechanical system. 4--Q detector is used to receive the laser beam. A chip microcomputer is developed to conduct alldata acquisition and signal processing. The beam drift influence can be removed in the greatest extent from the system. The experiments on the measurement system stability,repeatability and its comparison with the HP5528 double--frequency laser interferometer are carried out.     

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。     

激光旋转扫描测量系统中转轴标定及多视拼合

由于激光扫描一次只能测量给定视角可见的物体表面，若测量物体全方位的形状，必须通过旋转，从多个视角测量物体，并将多视数据拼合于同一坐标系。精确标定转台的中心轴线是旋转测量和多视拼合的关键。提出了一种标定转台中心轴线的新方法．该方法将一个标定球固定于转台上，通过旋转，测量不同位置的标定球，计算不同位置的球心及其所在平面的法矢。再利用几何变换计算球心所在圆的圆心，从而精确标定出转轴的方位，实现了多视测量数据在线自动拼合，提高了数据拼合的精度。对于精度为50μm的测量机。在半径80mm的旋转范围内，拼合误差约为70μm。与以前的方法相比，设计的转轴标定方法简单、高效。在其他安装转台的测量系统中同样适用。     

基于激光跟踪仪的转台系统几何误差检测

转台系统是多轴机床的基本组件,因此转台系统的几何误差检测对于多轴机床的误差补偿有重要意义。提出了一种基于激光跟踪仪的转台系统几何误差检测方法,利用齐次坐标变换建立转台系统的误差模型,并给出几何误差与空间误差之间的关系。利用激光跟踪仪检测转台上不共线的三个点的空间坐标并得到各点的空间误差,再逆用误差模型,建立了包含六项几何误差的方程组。求解方程组,获得了转台系统的六项几何误差的解析表达式。将检测方法应用于某转台系统的几何误差检测,并通过对比实验证明了该方法的有效性。     

一种新型激光智能水位测量系统的研制

在港口中测量船舶吃水度时,国内外主要通过人工 读水尺的方法,不仅危险性大,且测量精度不高。激光的高度相干性、高度单色性、方向性 强、亮度高等特性使其在激光测距领域具有广泛的应用前景。本文采用相位法激光测距仪作 为无合作目标激光水位传 感器,研制了一种新型激光智能水位实时在线测量系统。 进行了实验室和现场实验,验证了系统的应用范围及测量精度。结果表明,在水面静止且水 质浑浊度大于 300NTU的情况下,测量精度为±1.5mm;在 水面晃动情况下,测量周期为1min和3min时水位数据的离散性较大,测量周期为5min时 测量精度可达±3mm。系统的最大测量距离可达12m。     

激光引信光学组件参数综合测试技术

对激光引信光学组件的综合测试技术进行了研究,研制了激光引信光学组件测试系统,该系统分为发射机光学组件调试单元和接收机光学组件调试单元,实现了激光引信光学组件的光波长、光功率、发散角、灵敏度、响应时间、视场角、静态噪声等参数的全自动综合测试.测试结果表明:系统重复性好、可靠性高、自动化程度高.     

一种表面激光散射特性数据三维测量方法

激光双向反射分布函数(BRDF)数据测量是一种获得目标表面信息的重要手段。利用几何光学理论建立了目标表面BRDF模型,采用激光器、激光能量密度测量设备、转台、漫反射板等光电实验室常用测量设备,在相同的几何和物理条件下,分别测量样品和散射特性已知的漫反射板对激光能量的散射特性数据,推算出样品的BRDF数值;保持测量平面静止,通过翻转被照射表面获取样品表面的三维BRDF数据,推算了翻转过程中测量点的角度换算关系;利用测量结果,进行了目标表面BRDF模型的参数优化,建立了样品表面BRDF模型;实验环境容易构建,操作简便,为研究目标表面激光散射特性提供了一种新的研究思路。     

固体发动机羽烟的激光透过率动态测试

文章分析了固体发动机羽烟对激光的衰减原理,提出了采用双光源透射法对固体发动 机羽烟透过率进行动态测试的方法,介绍了1064nm激光羽烟动态测试系统的结构和光电检测原理。经实验标定,测量误差达1%,通过现场测试表明,该系统满足了发展低特征信号推进剂研究的需要。