基于垂直扫描的精密三维工作台及应用

介绍了一种新型的基于垂直扫描的精密三维工作台,它由一个自带计量系统的二维工作台和一个垂直扫描工作台组成。垂直扫描工作台放置在X-Y二维工作台上方。当测量工件时,闭环控制系统控制二维工作台的位移,同时Z方向伺服电机和压电陶瓷驱动器驱动垂直扫描工作台去实现垂直方向上的精确定位。衍射光栅位移传感器用于探测垂直扫描工作台的垂直位移量。     

一维计量型微位移工作台的研究

本文介绍了一种以衍射光栅作为计量标准器的垂直方向上的微位移工作台,用来实现在白光扫描干涉轮廓仪的表面形貌测量中Z方向上的精密定位,该工作台实现了轮廓仪的闭环测量和控制,文章重点讲述了光栅信号处理的硬件及软件细分技术,以及压电陶瓷驱动电路的原理和工作台闭环定位控制的流程.     

基于垂直方向位移扫描的接触式表面形貌仪

为减小测量误差，设计了基于垂直位移扫描的接触式表面形貌仪。该测量仪以保持杠杆处于平衡位置为测量前提，X_Y向，Z向工作台分别采用衍射光栅为标准器；X—Y向工作台采用直线电机和压电陶瓷分别进行粗、细两级定位，Z向电机采用压电陶瓷驱动微定位。总体论述了该仪器的整体结构、测量原理、工作台的定位控制以及衍射光栅干涉信号的处理等内容。测量结果表明该系统有效地提高了测量精度。     

精密直线位移工作台单神经元自适应PID控制方法研究

设计并实现了一套直线位移工作台的精密运动控制系统,建立了直线位移工作台系统各组成部分的数学模型;在分析研究常规PID控制的基础上,针对精密直线位移工作台对定位、响应速度、运动方向等方面的高精度要求,提出了一种适合于高精度直线位移工作台的单神经元自适应PID控制策略,实现了对直线位移工作台的精密运动控制;经实验表明该精密直线位移工作台单神经元自适应PID控制具有良好的动态性能、自适应能力和较强的鲁棒性.     

纳米精密磁悬浮二维定位平台的研究

对纳米超精密磁悬浮二维定位平台进行了研究,平台采用共平面结构设计模式、磁悬浮驱动方式。在分析了永磁阵列长度、线圈电流和悬浮位移对悬浮稳定性的影响的基础上,确定了精密磁悬浮二维定位平台的主要参数,并进行了动态响应仿真,仿真结果表明所提出的设计方案能满足系统精密定位要求。     

基于激光三角法的同步扫描形貌测量传感器

为了克服传统的激光三角非同步物体形貌测量传感器,在深度方向的测量精度和横向测量视场相互制约的固有缺点,设计了一种新型的激光同步扫描物体形貌测量传感器.传感器以激光三角测量法为基本原理,通过所设计的光路系统,实现激光投射方向与相机成像方向的同步扫描.本文研制了基于高速旋转的十二面转镜和线阵CCD相机为主体的实验样机,实现了测量深度方向和横向视场的相互独立,并结合精密电控位移导轨和激光跟踪仪等搭建了实验系统平台.在传统非参数标定方法基础上,提出了一种适用于该传感器的映射标定方法,能够准确快速的标定该传感器.系统利用激光跟踪仪进行比对实验验证,结果表明:单点重复性小于0.07 mm,测量精度优于0.25 mm.测量传感器具有精度高、速率快、稳定性好等优点,对于物体表面形貌快速精密测量有着广泛的应用前景.     

基于单幅灰度图像的微胶点体积测量

针对微量布胶情况下布胶量难以有效测量的问题,研究了基于单幅灰度图像还原胶点三维形貌进而进行体积测量的方法;通过建立胶点的光照模型,在一定的约束条件下利用线性迭代算法来求解胶点表面方向,进而对表面方向进行积分获得胶点形貌曲面,并在通过数学形态学获得的胶点覆盖边缘内对表面曲面进行积分,得到胶点的估计体积;仿真与实验表验证了该方法的有效性,结果表明,三维测量比二维测量具有更高的精度,使测量误差从3.76%(二维)降低到1.09%(三维).     

一种二维微位移平台测量系统的研究

微位移测量已经广泛应用于精密测量领域中,实现微位移测量最关键的环节在于精确的定位和精细的运动.文章设计了一种基于应变方式进行二维微位移(纳米级)测量的系统,详细阐述了该系统主要组成部分:微位移检测传感器、处理电路及相关系统软件.实验结果表明该系统可以满足二维微(纳米级)测量的要求.     

基于自动聚焦技术的三维测量方法研究

在半导体加工检测、微机电系统(MEMS)组装、生物医学、航空航天、量子通信等领域,微结构元器件的应用越来越广泛。要实现微结构元器件的高精度加工,必须建立相应的高精度测量方法。针对微小物体三维形貌测量,提出了一种基于自动聚焦技术的三维测量方法。详述了该方法的测量流程。使用单相机对被测物进行垂直扫描并采集图像序列;通过对序列图像逐一进行清晰度评价计算,依靠精确的聚焦判定确定表面点的高度;通过二维水平扫描测量,获取表面三维轮廓数据。根据所阐述的测量原理,聚焦判定决定了测量精度。通过研究,提出了改进的清晰度评价算法,将改进的Retinex算法与Tenengrad梯度函数相结合,提高了测量方法的适用性和稳定性。利用标准量块台阶进行了精度验证试验,所提方法测量精度优于15μm。该研究为微结构元器件三维形貌测量提供了一种低成本、较高精度的测量方法。     

基于方向梯度的WSN三维覆盖策略

针对无线传感器网络中的三维表面覆盖问题,提出一种基于方向梯度的覆盖算法。首先将三维表面垂直投影到二维平面上,然后采用区域离散化的思想,将二维平面离散成若干个网格点,再根据方向梯度概率感知模型,确定每个点覆盖的范围,最后通过贪婪算法找出满足覆盖率的最小覆盖集。该方法采用的方向梯度概率感知模型,充分考虑了三维表面地形的影响以及实际应用中的感知范围衰减因素。通过大量仿真实验表明,该方法能有效覆盖三维区域。     

三维光栅位移测量系统的硬件设计与实现

为了检测机床刀具的三维位移、实时显示刀具的进刀量,提高工件的加工精度,研究并设计了一种基于光栅位移传感器的高精度三维光栅位移测量系统。分析了光栅位移传感器的测量原理,介绍了该系统的硬件设计,设计了光栅位移信号细分辨向电路、主控电路、显示电路及控制电路,制作了系统电路样板,搭建了实验系统并对系统进行了实验。实验结果表明:硬件电路工作正常,系统运行稳定、测量精准,可满足机床高精度测量的生产需求。     

Design, fabrication and measurement of ultra-precision micro-structured freeform surfaces

Due to the geometry complexity and high precision requirement, there still possess a lot of challenges in the design, manufacturing and measurement of ultra-precision micro-structured freeform surfaces (e.g. microlens array) with submicrometer form accuracy and surface finish in nanometer range. Successful manufacturing of ultra-precision micro-structured freeform surface not only relies on the high precision of machine tools, but also largely depends on comprehensive consideration of advanced optics design, modelling and optimization of the machining process, freeform surface measurement and characterization.This paper presents the theoretical basis for the establishment of an integrated platform for design, fabrication, and measurement of ultra-precision micro-structured freeform surfaces. The platform mainly consists of four key modules, which are Optics Design Module, Data Exchange Module, Machining Process Simulation and Optimization Module and Freeform Measurement and Evaluation Module. A series of experiments have been conducted to evaluate the performance of the platform and its capability is realized through a trial implementation in design, fabricating and measurement of a microlens array. The results predicted by the system are found to agree well with the experimental results. These show that the proposed integrated platform not only helps to shorten the cycle time for the development of microlens array components but also provides an important means for optimization of the surface quality in ultra-precision machining of micro-structured surfaces. With this successful development of the system, optimal machining parameters, the best cutting strategy, and optimization of the surface quality of the ultra-precision freeform surfaces can be obtained without the need for conducting time-consuming and expensive cutting tests.     

直线度的高精度测量

提出采用两个测头加一个自准直仪的测量装置进行直线度的测量,误差分离技术采用“自然延拓”的方法从测得的差分值中重构工件轮廓,这种频域方法适应光滑和粗糙表面的测量,并允许采用大的测头间距。通过采用该测量系统和误差分离技术就可以高精度测量直线度。仿真结果表明该测量方法具有很高的重构精度,并采用该方法对自制的大理石超精密机床的直线度进行了检测。     

Deformation mapping in three dimensions for underground mining using InSAR – Southern highland coalfield in New South Wales,Australia

This article presents 3D surface deformation mapping results derived from satellite synthetic aperture radar (SAR) data acquired over underground coal mines. Both ENVISAT Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) and Advanced Land Observing Satellite (ALOS) Phased Array type L-band Synthetic Aperture Radar (PALSAR) data were used in this study. The quality of the 3D deformation mapping results due to underground mining is mainly limited by two factors. (1) Differential interferometric synthetic aperture radar (DInSAR) is less sensitive to displacement along the north–south direction in the case of the current SAR satellite configurations. (2) The mining-induced displacement is continuous and nonlinear; and the accuracy of the 3D DInSAR measurement is severely affected by the similar but non-identical temporal overlaps of the InSAR pairs. The simulation and real data analyzes have shown that it would be more practical to use DInSAR pairs with the assumption of negligible northing displacement to derive the displacements in the easting and vertical directions. The northing displacement could then be estimated from the residuals. This limitation could be overcome in the future with the launch of more radar satellites, which would provide better viewing geometry.     

基于MEMS加速度传感器的位移检测系统

为了实现对物体运动位移的检测,设计了一种以国产高精度MEMS电容式加速度传感器MSCA3002为核心,24位高精度A/D转换器ADS1255,高性能ARM处理器LM3S2B93为主控制器的位移检测系统,并详细给出该系统的硬件电路及其软件算法设计。系统将传感器检测到的物体运动的加速度,经过积分算法转换为物体运动位移。实验结果表明：系统采样精度高、速度快、误差小,A/D转换器对加速度信号的检测精度能达到0.4%,积分后对位移的测量精度能控制在3%左右,很好地实现了对运动位移的检测。     

基于相位测量的微波位移测量方法

为满足建筑结构全天候、高精度及低成本的位移监测要求,提出了基于相位测量的微波位移测量方法。该方法以微波作为全天候测量信号,利用高精度相位测量实现高精度位移监测,并采用低成本的标准频率器件搭建位移测量系统。实验结果表明:系统位移测量精度可达0.12 mm,并验证了系统具有全天候、高精度、低成本的位移监测特性。     

基于线结构光的三维坐标测量技术研究

传统的口腔修复体三维点云数据测量技术难以满足精度要求。为此,提出一种基于线结构光的三维坐标测量方法。在摄像机标定过程中,采用最小二乘法计算光平面方程,使用平移扫描和旋转扫描获取物体表面三维数据,以避免求解摄像机内外参数。实验结果表明,重建后的三维模型可以满足高精度近景三维测量的要求。     

基于CCD的三维垂线坐标仪设计

针对现有垂线坐标仪存在只能测量一个方向的位移变化的问题,设计了一种基于CCD的三维垂线坐标仪,给出了仪器的组成及测量方法;详细介绍了仪器平行光源电路及基于CPLD的CCD时序驱动电路设计。试验结果表明,该仪器工作稳定,数据处理方便快捷,实现了对由井壁变形造成的水平和竖向位移的精确测量。