大直径内孔自动测量机构倾斜度测量研究

为了实现对大直径内孔自动测量机构倾斜角度的连续、自动测量,建立了倾斜度测量系统.系统主要由半导体激光器、光学系统与位置敏感探测器(PSD)等元件组成,以激光光束和光学系统光轴分别表征被测机构的参考轴线与大直径内孔的轴线,同时PSD测量经过光学系统折射后激光光点的位置,由此测量两轴线构成的夹角,确定机构倾斜程度.论文分析了系统的测量误差,并进行了相关的实验,对测角误差进行校正,结果表明:系统的测角精度为±0.02°,分辨率为0.000 3°.系统稳定可靠,能够基本满足测量机构在大直径内孔中倾斜度测量的要求.     

虚拟仪器技术在船舶横摇角测试系统中的应用

船舶横摇角自动测量和显示系统是基于LabWindows/CVI语言环境设计和实现的自动测量软件界面,在设计过程中将虚拟仪器技术,数据采集和角度测量显示等技术相结合,通过数据采集和处理、图形显示、数据保存等模块的软件设计,最终实现了这一具有自动测量显示功能的测试系统。     

激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,利用激光干涉测长、精密测角及目标跟踪技术,可对任意点的空间位置进行实时跟踪测量。然而,目标反射器接收角度的大小严重影响了激光跟踪测量系统角度测量精度,为解决激光跟踪测量系统在动态测量中因角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致无法测量问题,研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。最后利用研制角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿实验,结果表明该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69µm减小到9.71µm,垂直角测量误差由35.43µm减小到10.03µm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度。     

采用高精度自动定心机构的大尺寸内径测量

圆心定位精度是非接触式大尺寸内径自动测量系统的重要参数,高精度圆心定位是提高系统测量精度的关键。研制了具有高精度自动定心机构的大尺寸内径测量系统,利用双椎体主轴同步定心方法实现测量系统在被测轴孔内高精度自动定心,并通过调节定心支撑臂长度提高圆心定位精度。利用最小平方中值法剔除粗大误差,再利用最小二乘法拟合测量结果,提高了内径拟合精度。使用设计的大尺寸内径测量系统样机对内径直径582 mm的标准环规进行测量,并在大型工件加工现场进行了验证。实验结果表明,本系统的圆心定位精度可达0.012 8 mm,内径和圆度的测量精度可达0.001 mm,标准环规测量重复性稳定在0.006 mm以内,现场测量重复性稳定在0.007 mm以内,能够正确反映大尺寸轴孔的内径和圆度参数,满足测量要求。     

激光准直扩束设计和仿真

从哈特曼法自动测量像差所需解决的准直(平行)光束出发,基于高斯先学理论,从工程角度分析了大倍率准直扩束系统的原理,实现了改变激光光束直径和发散角的准直扩束系统的设计,并通过仿真得到了验证,满足了光学系统的哈特曼像差测量要求.     

基于公共光学基准的大尺寸空间角度测量误差研究

根据所提出的基于公共光学基准的大尺寸空间的角度测量原理,提出了相应的测量系统的精度设计方法、测量系统主要器件位姿误差的检测与调整方法,并提出了测量准确度的评定方法;借助水平仪的监测,在大尺寸空间内建立标准角度并对其进行测量,实现了对测量准确度的评定。     

基于视觉引导的航空发动机低压涡轮轴自动化装配系统研究

针对航空发动机低压涡轮轴传统手工装配存在的劳动强度大、装配效率低下、人工拧紧预紧力偏差大等问题,设计并研制了一套航空发动机低压涡轮轴自动化装配系统.实现了涡轮轴装配的轴孔自动调姿对接、安装止口自动加热测温、螺母自动拧紧等自动化装配工艺流程,并开发了相应的软件控制系统.针对狭小空间内轴孔装配位姿难以测量的难题,利用双目结构光相机获取的三维点云数据,对安装面装配距离与孔位对齐角度进行高精度测量,给定测量范围内安装面匹配测量误差小于0.05mm,基于最小距离优化的孔位对齐角度测量偏差小于0.07°,基于力位复合控制的自动化装配实验表明视觉测量系统满足低压涡轮轴的自动化装配需求.     

大口径积分球方向辐射特性自动测试系统

研制了一套全自动测量系统,快速、高精度地检测了大口径积分球的方向辐射特性。该测量系统由扫描机构、陷阱探测器和总控系统组成,总控系统控制安装有陷阱探测器的扫描机构按设定的位置进行位移,并控制数据采集器进行数据采集,最后完成数据显示、分析及保存。该系统面均匀性扫描范围为1m×1m,角度特性扫描范围为±60°。利用该测量系统对自行研制的2.5m直径积分球进行了测量,实现了全自动控制,证实了该测量系统测量速度快,测量精度高,得到该积分球的面均匀性为0.19%,在±45°范围内朗伯最大偏移为1.03%,水平方向角度特性为0.0103,垂直方向角度特性为0.0068。该系统已成功用于国内多个大口径积分球的测量,获得了满意的测试结果。     

室内大空间自动寻的喷水灭火系统水射流轨迹分析

室内大空间自动寻的喷水灭火系统是一种大空间建筑智能消防灭火装备。本文设计了一种室内大空间自动寻的喷水灭火系统,并对其结构组成和工作原理进行了阐述。根据质点运动学、弹道学和流体力学的原理,建立了水射流轨迹方程,利用MATLAB/Simulink进行了仿真建模,具体分析了工作压力、俯仰角度及安装高度对水流射程及落地速度的影响。结果表明设计的自动寻的喷水灭火系统能满足设计要求,建立的水射流轨迹方程也符合实际需要,为火源空间的精确定位提供了理论参考依据。     

野外大视场单相机空间坐标测量系统的快速标定

针对靶场现场监测范围大,相机焦距不固定,相机空间位置及角度各不相同的情况,为实现对弹落点空间坐标位置的高精度自动测量,提出了一种在野外大视场环境下使用的基于单相机空间坐标测量系统的快速标定方法。首先,在小孔成像模型的基础上,通过GPS测量获得视场内两个标定点及相机在大地坐标系中的坐标;然后读取标定点的像素坐标,根据对角相等及最小二乘法实现焦距与旋转矩阵的分步标定;最后在保证标定精度前提下,略去主点的标定过程,确定相机主点为理想主点位置。实验结果表明,在测试距离1km以外,对视场宽度为200m的区域进行监测时,校验点相对定位误差低于0.25%。该相机标定方法不需要高精度靶标,操作简单,适用于野外大视场环境下单相机空间坐标测量系统的快速标定。     

LabVIEW在光谱分析仪实验教学中的应用

针对传统光谱分析仪(OSA)实验教学中存在的不足,提出将LabVIEW用于OSA实验教学。介绍了采用硬件实验和虚拟实验相结合的光谱自动测试系统,并给出了虚拟实验的虚拟仪器前面板的构成。该系统不仅测试自动化程度高,测量范围宽,而且能根据测试对象不同的需求改变测量方案。基于LabVIEW编程平台,使该测试系统具有很强的数据处理功能。通过实例说明采用LabVIEW软件对OSA进行仿真与性能分析,可以改善实验条件和效果。该系统为OSA的实验教学提供了一个新的途径。     

光栅横向位移遥测传感器

介绍了一种光栅横向位移遥测传感器,被测位移和光束方向垂直。该系统利用激光光栅的多普勒效应进行测量,采用差动光路结构。理论计算和实验表明,此系统测量范围大、信号质量好、分辨率和测量精度高,并具有很大的景深范围,可应用于具体生产环境中的位移遥测。     

6D MEASURING TECHNOLOGY AND METHOD OF COORDINATE TRANSFORMATIONS IN THE AUTOMOBILE BODY-IN-WHITE MEA

６ＤＭＥＡＳＵＲＩＮＧＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＥＴＨＯＤＯＦＣＯＯＲＤＩＮＡＴＥＴＲＡＮＳＦＯＲＭＡＴＩＯＮＳＩＮＴＨＥＡＵＴＯＭＯＢＩＬＥＢＯＤＹ－ＩＮ－ＷＨＩＴＥＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴＷａｎｇＢａｏｇｕａｎｇ，ＺｈｕＭｅｎｇｚｈｏｕＴｉａｎｊ...     

Dynamics range enhancement in digital fringe projection technique

In this paper a new approach to enhance the dynamic range of a fringe projection system for measuring 3D profile of objects with wide variation in their optical reflections is proposed. The high dynamic range fringe images are acquired by recursively controlling the intensity of the projection pattern at pixel level based on the feedback from the reflected images captured by the camera. A four step phase shifting algorithm combined with a quality guided algorithm is used to obtain the unwrapped phase map of the object from the acquired high dynamic range fringe images. Simulation and experimental results show that the proposed technique can accurately measure the 3D profile of objects with wide variation in their optical reflectivity.     

光纤光栅空分光复用传感系统的研究

介绍了一种光纤光栅空分复用传感系统,并将光纤光栅的传感特性应用于结构健康检测系统中。宽带光源发出的光波进入光栅阵列时,利用光开关选通不同光路实现FBG空分复用传感系统。系统采用等腰三角形悬臂梁调谐装置对FBG进行挠度加载,利用非平衡M-Z干涉技术对传感信息进行解调,将包含被测应变信息的FBG波长信号转变成相位信号,从而得到被测应变的大小,成功地实现了空分复用传感。该系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点,其传感分辨率为7.3 nε,灵敏度的实验值为0.82°/με。     

A versatile multimode microscope to probe and manipulate nanoparticles and biomolecules

We describe a flexible, multifaceted optical setup that allows quantitative measurement and manipulation of biomolecules and nanoparticles in biomimetic and cellular systems. We have implemented integrated biophotonics techniques (i.e. differential interference contrast, wide‐field fluorescence, prism‐ and objective‐based total internal reflection excitation, single particle tracking, fluorescence correlation spectroscopy and dynamic holographic optical trapping) on a single platform. The adaptability of this versatile, custom‐designed system allows us to simultaneously monitor cell morphology, while measuring lateral diffusion of biomolecules or controlling their cellular location or interaction partners.     

基于强度调制的液体浓度检测系统

介绍了一种光纤传感器液体浓度实时检测系统，采用了5mW的激光二级管LD、光纤光电耦合器、U型敏感元件以覆PN结型光电二极管（PD）为主要的组成部件。光在U型敏感元件中传输时发生全反射，同时被测液体的浓度对光强进行调制，通过测量输出端电压的变化来测量液体浓度的变化。实验以食盐和蔗糖溶液为测量对象，精度可以达到0．05％，测量结果与理论分析十分相符。这个实验装置的显著优点是体积小、结构简单、测量范围宽，能够实现液体浓度的在线测量与生产的自动化。     

Ultraviolet radiation detector of the MSU research educational microsatellite Universitetskii-Tat’yana

An optical detector that is part of the research equipment system installed aboard the MSU research educational microsatellite Universitetskii-Tat’yana and intended to study the atmosphere in the ultraviolet spectrum is described. The important advantage of the detector is that it can record time profiles of glow intensity in a wide range of durations. Examples of measuring atmospheric radiation intensities and oscillograms of flashes recorded by the detector are given.     

光学隐蔽深度测量系统的小型化设计

为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求,以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度,设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型,优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道,测量光谱为390~667nm,工作深度可达50m。进行了海上试验,试验结果显示:在天气良好的条件下,水下航行器在520~560nm可见光波段内存在暴露窗口,同时测得特征长度为0.75m的模型的光学隐蔽深度为3.5m。得到的结果表明,设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量,测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点,适用于水下航行器搭载,可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。     

自聚焦伺服的激光测微技术

以激光ＣＤ 光学头为基础,提出新颖的自聚焦伺服测微工作原理,并以此原理试制测微仪。利用半导体激光器作光源,ＣＤ 光学头作高精度位移检测传感器,并利用高分辨率、高动态响应的压电晶体作微位移驱动源,建立实时闭环反馈的自聚焦伺服系统,由单片机进行控制,实现自动跟踪测量。系统首先在±５００μｍ 范围内进行寻焦搜索,实现光学头聚焦于被测表面,随后立即进入闭环聚焦伺服状态,对微位移进行检测。可获得±０．１μｍ 以上的测量精度,测量范围±１０μｍ ,测量形式为非接触测量。同时,该测微仪还有成本低、体积小、使用方便等优点,是一种值得推广的新方法。