激光二坐标测量装置显微视觉关键技术的研究

为满足二维线纹标准器高精度检测需求,研究了激光二坐标测量装置的显微视觉系统关键技术.分析了激光二坐标测最装置的工作原理和显微视觉硬件系统的构成,提出了一种基于方向链码的边缘特征点跟踪提取算法,实现了图像边缘快速精确提取,建立了两坐标系间的修正模型,提高了测量精度.实验验证二维线纹标准器线间距和线宽测量重复性的2倍标准差小于10 nm.     

1等标准光滑圆柱环规检测装置

本装置是在具有高精度导轨的SIP三坐标测量机上架设激光干涉仪作为测量标准器，利用电感测微仪作为瞄准器，使测量可以直接溯源到激光波长，实现了1等标准光滑圆柱环规的高精度测量。装置对φ50mm标准环规直径测量的不确定度达到70．15μm。通过与瑞士国家计量局和国家计量院的比对测量证实，无论在国内还是国际环规测量方面，该装置已达到先进水平。     

基于图像测量的微刻线尺高精度检测

在高精度激光二坐标标准装置上实现了线宽2μm、最小线间距10μm的微刻线尺的高精度检测.采用高精度差动式激光干涉测长系统作为测长基准,高倍光学镜和高分辨力CCD组合作为精密光学瞄准定位反馈,设计了采样窗自动识别算法实现了条纹图像的自动识别瞄准,提出了采样窗内双向逐行扫描及3σ准则剔除离群点的边缘提取算法,提高了边缘检测精度.微刻线尺线间距的测量不确定度优于0.3μm,k=2,测量的重复性标准差优于20nm.     

激光两坐标标准装置平台变形特性分析

介绍了激光两坐标标准装置的使用情况,结合测量仪器中常用的平台点式支承技术,针对该装置中的微晶玻璃平台的变形问题.采用轻量化、改变支承方式等方法,减小玻璃微晶平台变形对测量的影响.通过三维软件CATIA进行建模及有限元分析,对微晶玻璃平台进行了静力学分析,并最终确定了一种满足设计要求的4点支承方案.     

垂准仪校准装置的溯源与研究

本文从垂准仪校准装置的应用原理出发,主要针对主标准器为二维光栅坐标靶的垂准仪校准装置,提出一种应用激光干涉仪对垂准仪校准装置校准的方法,进行相关实验并对实验结果进分析。实验结果表明:在恒温条件下,利用激光干涉仪对二维光栅坐标靶的校准可获得高精度的测量数据,在此基础上评定与分析其测量结果不确定度优于10μm(k=2),为深入研究垂准仪校准装置的溯源问题奠定了良好的基础。     

基于二维精密电容微位移传感器的二维纳米定位系统

设计并研制了一种结构小巧的纳米级精密定位平台.该系统采用正交簧片式设计,有效地抑制了正交运动的耦合,同时应用一个二维电容微位移传感器作为位移标准来对定位平台实行反馈控制,有效地克服了压电陶瓷执行机的非线性和迟滞效应.实验结果表明,该系统定位精度优于1nm,可在0.5μm×0.5μm范围内实行任意二维纳米循迹定位.给出了半径为2.5nm的圆及外接圆半径约为5nm的五角星形的定位轨迹图.该系统基本满足高精度引力实验精确定位的需求.     

二维工作台角度误差实时补偿研究

为减小二维工作台在运动过程中俯仰角、偏摆角对其定位、测量及加工精度的影响,提出一种实时补偿二维工作台角度误差的方法。将激光测量系统作为角度反馈装置,基于压电陶瓷致动器和柔性铰链设计出的六自由度微动工作台作为补偿机构,通过软件控制微动台中压电陶瓷的输入电压,达到补偿工作台角度误差的目的。实验结果表明:二维工作台在50 mm的运动范围内,角度误差实时补偿后,向X方向运动的角度基本可以控制在±3″内,向Y方向运动的角度基本可以控制在±2″内。该方法能够实现对二维工作台角度误差的实时补偿,对提高工作台的定位精度有参考价值。     

电子油门踏板在线检测装置的研制

研制了一套电子油门踏板性能在线快速检测装置,该检测装置可对踏板传感器输出特性和机械特性进行高精度测试.采用伺服运动全闭环控制方法,实现对踏板转动速度和踏板行程的精确控制.采用多线程数据处理方式,提高检测效率.评定结果表明,该检测装置的重复性和复现性均符合测量系统分析(MSA)的要求,满足电子油门踏板在线检测的要求.     

电力机车电机换向器变形量的激光检测系统

提出一种检测电力机车电机换向器变形量的新方案,在防振平台上安装双频激光干涉仪、过零发讯传感器、截面位置限位开关和高精度导轨,并以微电机自动控制二维运行的滑板、滑块为拖动装置.在车间现场环境条件下实时、动态测量电机换向器动压成形"超速"前、后直径值,通过微机数据处理,比较变形量,进行质量评估,打印输出结果.该系统性能稳定、精度高.     

机载SAR天线稳定平台自动化测试系统

根据SAR(Synthesis Aperture Radar,合成孔径雷达)平台的工作原理和需要测试的关键性能,以PXI虚拟仪器为核心,使用二维电控转台模拟载机角运动,使用激光测量装置测量平台跟踪误差,设计了机载SAR天线稳定平台的新型自动化测试系统,介绍了系统的结构、软件构成及工作原理。     

误差补偿技术及应用特点

精密仪器设计中误差补偿技术是关键技术。充分了解和掌握误差补偿技术有助于简化精密仪器的设计,提高仪器的设计水平。文章在分析系统的误差技术的种类和特点的基础上,结合5m激光丝杠动态检测仪设计实例,说明了在仪器设计中如何合理运用误差补偿技术。     

带有位移检测功能的纳米级定位平台

为了解决纳米定位平台小型化、定位精度高的问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅的、带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台．介绍了定位平台的工作原理,通过理论计算和有限元模拟相结合的方法实现定位平台的结构设计．提出了一种面内侧壁压阻加工方法,成功地在定位平台上集成了压阻位移检测传感器．实验结果表明,有效驱动电压取23．68V时,定位平台最大单轴输出位移为10gm,运动平台的定位精度优于20nm;室温下压阻传感器的阻值为4．2kΩ,击穿电压为75V,在平台输出位移为10nm时,压阻器件的灵敏度（电阻相对变化）达到了3．6×10^-5,完全满足设计要求.     

一等环规测量仪的研制

一等环规测量仪是将激光干涉仪测长技术、静态光电显微镜瞄准技术和精密微位移定位技术作为主体测量技术，以上三项技术的有机结合使该仪器的测量不确定度达到了国际法制计量组织(OIML)规定的一等环规的测量要求。     

基于磨擦传动技术的大长度自动控制测量标准装置

利用磨擦轮、步进电机、无线数据通讯技术和激光干涉测量系统,实现无线自动伺服控制、环境参数自动采集的无线自动控制的大长度标准测量装置,装置的移动测量平台导轨上的运行速度不低于300 mm/s,快速定位标准偏差优于±20μm,实现自动精确定位,自动测量.     

Method for the measurement of phase retardation of any wave plate with high precision

We present a measuring method for any wave plate retardation with fairly high precision that utilizes a laser frequency splitting technique. To avoid strong mode competition in measuring half and full wave plates, we use two separate methods: comparing adjacent longitudinal mode spacing, and phase offset with an additional quarter wave plate. Therefore any wave plate can be characterized by a single instrument, and no complicated experimental arrangement or data analysis is required. The performance of the system is demonstrated by determining the phase retardation of several samples to a precision and repeatability better than lambda/10(4); moreover, an error analysis is proposed.     

On-line surveillance of a dynamic process by a moving system based on pulsed digital holographic interferometry

A method based on pulsed digital holographic interferometry for the measurement of dynamic deformations of a surface by using a moving system is presented. The measuring system may move with a speed of several meters per minute and can measure deformation of the surface with an accuracy of better than 50 nm. The deformation is obtained by comparison of the wavefronts recorded at different times with different laser pulses produced by a Nd:YAG laser. The effect due to the movement of the measuring system is compensated for by digital processing of the different holograms. The system is well suited for on-line surveillance of a dynamic process such as laser welding and friction stir welding. Experimental results are presented, and the advantages of the method are discussed.     

陀螺转子静平衡测量方法的研究

介绍了一种新的陀螺转子静平衡仪结构设计,采用玛瑙刀口支承感应机构与光电自准直测角相结合的方法,实现对陀螺转子静不平衡量的测量。提出了新型粗、精双测刀机构实现高精度、大量程测量,减少刀口磨损,提高测量效率。通过转子托架摆动周期测量法确定了仪器灵敏度系数的精确调整方法。采用标准砝码对仪器进行了精确标定。实验结果表明该仪器测量示值误差优于4 mg·mm,量程达到2000 mg·mm。     

双矢量潜标被动定位方法研究

为了解决双矢量潜标交会定位法在基线区定位误差大的问题,根据定位方程推导了时差定位法和交会定位法在二维坐标系下的定位误差几何稀释的最简数学表达式。依据实际双潜标系统的测量误差,数值仿真给出了两种方法的定位误差分布的等高线图,对比分析可以得出,时差定位法能很好改善基线区的定位效果,而交会定位法在远离基线区时定位性能优于时差定位法,然后通过分析目标方位对定位精度的影响给出测角误差对定位产生很大影响的原因,与数学表达式分析结论吻合。最后将两种定位方法应用于实验数据处理中,验证了数值仿真分析的结论,为双潜标定位系统的实际应用提供参考。     

分步式压印光刻研究

针对微纳制造中光刻环节的光衍射限制，讨论了可能成为下一代光刻技术路线的压印光刻。通过对比热压印、微接触转印及常温压印的技术特点，设计了一套低成本、结构简单的紫外光固化常温压印光刻机构。其大行程纳米级定位、纳米级下压系统消除了压印过程中的机构热变形误差、驱动间隙、蠕动误差等，具有分步式纳米级驱动多场压印及纳米级下压加载能力，可实现多次重复高保真图形复制。     

长度光栅测量系统的误差修正技术

文章针对长度光栅测量系统的误差来源、特点提出了二次比对、拟合的修正方法。在文章所论述的方法中,通过光电显微镜、线纹尺、数据拟合工具将光栅位移长度溯源到激光波长;将生成的修正公式赋进长度光栅测量系统的程序中完成误差自动修正。文章提出的光栅测长系统的误差修正方法原理简单、实用、修正精度高。对于三坐标测量机、测长机、万工显等精密直线位移平台都具有借鉴和参考价值。