由正交傅里叶-梅林矩定位的双光纤耦合微内尺度测量

为了解决微内尺度的精密测量问题,提出了一种基于正交傅里叶-梅林矩(OFMM’s)定位的双光纤耦合瞄准触发式微内尺度测量方法。该方法通过耦合器实现光能量在不同光纤间的反向传输,把双光纤传感器测头的横向位移量转化为光束的偏转量,通过显微成像系统把此偏转量转化为CCD图像捕捉系统更大的横向位移量。为提高测量精度,运用OFMM’s的幅值旋转不变性和独特的图像形状细节特征的描述能力对CCD图像捕捉系统的图像信号进行亚像素定位;根据OFMM’s的实际位置进行补偿以提高输出图像边缘的定位精度,从而提高测量精度。对OFMM’s的定位精度及传感器性能进行了实验验证,并依据JJF(黑)8-2008,利用自行研制的微小孔径测量机实现了对直径为200μm、深2 000μm深盲孔的直径测量,其测量重复性不确定度优于0.25μm。     

基于图像测量技术的位移检测系统的设计

介绍一种基于图像测量技术的位移检测系统。系统由ADNS9500芯片上的COMS图像传感器采集被测物体表面图像信息,再经过内置的DSP处理器,对采集的图像进行匹配运算,输出数字位移信息,通过SPI通信传递给AVR单片机,由AVR单片机再处理并实时显示输出。为了提高COMS图像传感器与被测物体表面的距离,设置了外加激光源及光学透镜组件,使COMS图像传感器与被测物体表面的距离达到10～15cm,并且得到较高的精度。系统能够很好的实现非接触测量的目的。     

粗糙表面精度测量系统的研究

设计了一套粗糙表面精度测量系统,采用线边缘激光三角法实现了亚像素级测量,在图像算法上采用改进的阈值法进行边缘检测,用形态滤波法对被测物表面图像进行处理。研究结果表明,该系统能较好地提高测量精度,并得出较满意的图像边缘,可达到5 m的测量精度要求,且具有一定的通用性,实现了对具有粗糙表面的电池极片涂敷层的厚度及均匀性的测量。     

基于图像测量技术的复杂工件自动检测系统研究

汽车喷油器底座是一种具有强反射表面的由金属铸造冲压而成的复杂工件,要求对其内径尺寸进行精密测量。设计了一种适于背向照明的LED光源,使被测边缘能够清晰地体现在测量图像上;提出了一种新的圆的边缘提取算法,完成了圆的快速检测;实现了边缘的亚像素快速定位,提高了测量精度。实验结果表明,系统对工件进行在线测量的精度优于7μm,重复性优于2μm,测量速度为2件/s。     

基于PSD的微轮廓测量仪及其控制系统研究

涉及到一种基于PSD原理的高精度三维轮廓测量仪.X-Y工作台采用了宏驱动与微驱动相结合的工作方式.宏工作台采用步进电机驱动,进给精度达1微米;微工作台采用精密压电陶瓷驱动,进给精度最小可达1纳米.这样,使得X-Y测量步距达到1纳米的条件下,测量物件的尺寸范围可以扩大为20mm×20mm,不仅适合微小构件的精密测量,而且适合较大器件的精密测量,且X-Y方向的位移测量精度最小可达1纳米.Z方向位移传感器采用激光单点位置探测器PSD,Z轴方向的位移测量精度达10纳米.对微轮廓测量仪的控制系统作了程序设计,得到了较满意的效果.     

罗拉纺织工件根底部倒角R的视觉检测技术研究（英文）

罗拉是自动纺织机上的重要工件,只有罗拉导柱根底部倒角R符合加工精度要求,才能确保一个罗拉工件的导柱端面能与另一个罗拉工件的导孔的端面以正确位置对合,因此,罗拉导柱根底部倒角R的尺寸将直接影响自动纺织机的运行状态。为实现罗拉根底部倒角的快速、自动、精密测量,文章提出了一种基于计算机视觉技术的罗拉导柱根底部倒角自动检测系统。首先,介绍了测量原理,即基于视觉测量技术的检测方法;其次,详细阐述倒角的特征参数提取技术,即基于采集得到的罗拉轮廓影像,进行图像处理以获得根底部倒角特征参数,包括感兴趣区域的提取、亚像素边缘的获得、圆弧和直线段的分割以及倒角的基圆拟合等;最后,经实验验证,该检测方法测量误差在±5μm内,重复精度为0.1μm。该方法不仅适用于罗拉纺织工件的倒角检测,也适用于各种尺寸的轴状类型工件的倒角检测。     

椭圆弧齿线圆柱齿轮激光非接触测量方法

针对目前椭圆弧齿线圆柱齿轮测量方法的缺乏,设计了一种基于激光位移传感器的椭圆弧齿线圆柱齿轮精密测量装置。阐述了椭圆弧齿线圆柱齿轮的几何形状特征,介绍了激光非接触式测量装置的构成与测量原理,通过对该齿轮多个径向截面轮廓的激光测量,建立齿轮测量截面的轮廓数据模型;对截面轮廓数据模型进行坐标转换,计算出齿轮中间截面的齿距偏差;分析同一轮齿不同截面的齿廓测量数据,计算不同截面分度圆与齿廓交点坐标值,计算出椭圆弧齿线的整体偏差值。该方法能够有效填补曲线齿线圆柱齿轮的测量技术空白,且具有较高的测量精度和效率;其同样也适用于其他圆柱齿轮测量。     

视觉瞄准激光干涉测量编码型水准尺

针对编码型水准尺分划误差的检测,提出了采用视觉瞄准与双频激光干涉测量相结合的方法。构建了编码型水准尺的精密检测系统并对瞄准测量方法进行了研究。当被测条码边缘出现在瞄准视场中,不必微调载尺工作台,即可实现图像和干涉仪测量数据快速采集,并由软件完成瞄准及测量。针对条码边缘图像的检测,首先采用最大方差法分割图像;然后提出图像边缘跟踪法,直接寻找检测边缘,从而避开去除噪声的困难;最后应用概率细分方法对条码边缘定位,提高测量分辨率。经实际测试,该检测系统视觉瞄准标准差为0.23μm,系统稳定性标准差小于0.5μm。该瞄准测量方法提高了测量效率,测量精度高于检测要求4倍,保证了编码型水准尺检测的可靠性。该检测系统已成功应用于编码型水准尺的分划误差检测。     

激光干涉接触式轴承表面轮廓综合测量

介绍了一种可用于测量滚动轴承曲面形貌的表面轮廓综合测量仪，在测量中应使杠杆处于平衡位置，以减小测量力；用衍射光栅干涉位移传感器作为位移测量系统代替传统的电感位移传感器；z向工作台采用粗、细两级驱动定位，利用步进电机驱动斜面导轨进行粗级定位以扩大量程，压电陶瓷做微位移驱动实现精密定位以提高测量精度。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。     

齿轮表面倾斜对测量精度的影响及校正

为了满足应用激光位移传感器进行位移测量时的精度要求,分析了齿轮表面倾斜对激光位移传感器测量精度的影响。根据探测器信噪比与输出灰度值成正比,提出了光斑分布非线性加权和线性插值联合的重心校正算法,使高灰度值像素在光斑重心定位的贡献总体增大,其增长规律具有非线性特征。经量块组合实验表明:当物面粗糙度Ra小于0.4μm时,本校正法相对于传统的灰度重心算法,在物面倾斜角小于35°时位移测量精度能提高40%以上,在物面倾斜角为47°~75°时位移测量精度能提高30%以上,有效地减小了物面倾斜引起的位移检测误差。     

斜齿圆柱齿轮螺旋角激光精密测量方法的研究

提出一种基于激光位移传感器的非接触式斜齿圆柱齿轮螺旋角的测量方法与装置。根据最小二乘法将被测斜齿轮端截面上的采集点拟合成一段平滑曲线(齿廓),求出该曲线与分度圆的交点位置,依次进行若干个端截面的测量,得到同一个轮齿不同截面上齿廓与分度圆的若干个交点位置,再经直线拟合,利用坐标法计算出直线的斜率,可得到斜齿轮的螺旋角。基于激光位移传感器的齿轮测量方法可有效提升斜齿轮螺旋角测量的精度与效率,也适用于斜齿轮各项误差的精密测量。     

基于机器视觉的汽车阶梯轴轴段长度测量系统

为了实现汽车阶梯轴轴段长度的快速有效测量,本文设计了一种基于机器视觉的轴段长度非接触测量系统。该测量系统主要由CCD摄像机、背景光源、计算机和工装组成。在对摄像机进行标定后,利用图像灰度化、边缘轮廓检测、边缘轮廓拟合等图像处理技术对拍摄的图像进行处理,然后通过对图像分析得到每段轴角点处的像素坐标,最后计算被测轴段的长度。仿真和试验结果表明,设计的系统能够快速有效地完成汽车阶梯轴轴段长度的非接触测量,并具有良好的测量精度,这对实现汽车零件的自动化测量具有重要的意义。     

基于机器视觉的齿轮参数测量系统

针对传统的机械接触式齿轮测量仪器操作复杂、易产生主观误差等问题，提出一种基于机器视觉齿轮参数非接触式测量系统。首先利用图像灰度变换、直方图均衡化方法对图像进行预处理，提出小波变换模极大值法计算图像的矢量模值和相角，寻找梯度方向极大值点，选取自适应阈值方法提取目标图像边缘。对齿轮的边缘轮廓形状特征，采用最小二乘法拟合原理，计算齿轮的齿根圆直径、齿顶圆直径、齿数和模数等参数。以两种参数的齿轮零件测量为例进行实验分析，结果表明，测量值满足测量精度要求，证明了所提测量系统的可行性。     

发动机缸体视觉图像定位方法研究

针对发动机缸体孔系实现在线自动测量的难题,提出了基于视觉图像的发动机缸体定位方法。通过面阵CCD获取发动机缸体定位销孔图像信息,利用图像处理提取定位销孔中心位置,以此建立每个被测缸体的测量基准。使用环形双峰阈值法与中值滤波对图像进行预处理,有效地解决了定位销孔具有倒角影响图像边缘提取精度的问题。为验证此定位方法的准确性与可行性,分别进行了发动机缸体定位孔直径与位置度重复性测量与发动机缸体上表面孔组直径与位置度重复性测量实验。实验结果表明所提出的视觉定位方法稳定可靠,实现了发动机缸体的快速、精确定位,为实现发动机缸体的在线检测打下了可靠基础。     

平面式大型微结构表面的螺旋扫描测量

为实现平面式大型微结构表面的快速测量,提出了一种螺旋式扫描测量方法。基于该方法的测量系统由x、y、z向直线运动平台、绕z轴旋转的直接驱动(DD)马达以及激光位移传感器组成,当移动x、y向平台使激光位移传感器的激光束与DD马达的旋转中心重合,并通过z向平台使激光位移传感器位于其测量范围内时,使x向平台与DD马达同步运动而形成螺旋线来获得被测表面形貌的平面位置信息,同时由激光位移传感器获得被测表面的高度信息,据此实现对被测表面形貌的测量;这种螺旋式扫描方法避免了栅格式扫描方法所存在的频繁加减速及反向运动间隙不足的问题,可提高系统的测量速度和精度。基于所搭建的测量系统,对表面形貌为凸凹扇形的圆形试件的表面进行了测量,结果表明:所提出的螺旋式扫描方法能够实现表面三维形貌的快速测量,测量试件表面上直径为Φ20 mm的区域时,所用时间仅为800 s,测量结果能较好地反映被测试件表面形貌的三维形貌。     

双远心视觉精密测量技术研究

传统人工测量存在主观性强、效率低、易损坏工件表面等缺点。提出了一种利用机器视觉检测的方法,采用双远心测量系统获取待测工件图像,对图像进行了预处理,并且拟合了亚像素边缘,得到了测量结果。实验结果表明,五组孔距中视觉测量的平均误差为0.004 mm,测量精度接近三坐标的测量结果;测量用时为0.78 s,远远快于三坐标测量机。双远心测量系统适用于小型工件的快速精密测量,在未来智能工厂具有广泛的应用价值。     

基于激光位移传感器的锥齿轮齿距偏差及齿圈跳动测量

针对目前圆锥齿轮精密测量装置缺乏,测量过程繁琐等问题,研发了一种新的基于激光位移传感器的锥齿轮综合测量装置。介绍了测量装置的构成与测量原理,通过对被测齿廓采样数据的坐标转化,建立圆锥齿廓在平面坐标系中的数学模型,通过坐标法计算齿距和建立模拟球心,得到齿距偏差和齿圈径向跳动偏差。该方法能够有效简化锥齿轮的测量过程并提高测量效率与精度,该测量方法与过程也适用于其他圆柱齿轮的精密测量。     

基于激光位移传感器的非接触三坐标测量机的设计

针对采用接触测头进行测量的三坐标测量机的测量效率低、不能对易变形物体进行测量等问题,设计了一种基于激光位移传感器的非接触三坐标测量系统,以PLC和工控机为主控,通过运动模组带动激光位移传感器定位,实现对工件表面特征点尺寸和数据的快速测量,且用户可通过触摸显示屏对设备进行操作。通过对待测工件进行实测表明,该设备能满足生产测量需求,具有实用性和有效性。     

基于衍射光栅计量系统的非接触轮廓测量位移传感器

聚集检测法是一种非接触轮廓测量方法,但是现有的聚焦检测法采用音圈电机,其测量精度有限.针对此问题,文中提出了一种非接触位移传感器,该传感器基于改进的傅科聚焦检测法,并带有衍射光栅计量系统.通过压电驱动器取代音圈电机驱动,并配合位移计量系统,提高了传感器的测量精度.在表面轮廓采样时,根据聚焦偏差信号,压电驱动器驱动聚焦透镜作垂直运动,使焦点始终在工件表面,同时衍射光栅计量系统测得聚焦透镜的垂直位移并将其作为采样点的轮廓高度.所有采样点的位移显示出被测量表面的整个轮廓,评定软件处理这些位移数据即可获得测量结果.该非接触的位移传感器的分辨率为10 nm.     

机械零件三维表面形貌测量与评定的研究

介绍了机械零件三维表面形貌的测量与评定,分析了激光干涉式位移传感器的光学原理和干涉条纹信号的细分方法.激光干涉式位移传感器的精度达到了5nm左右.另外,带计量系统的二维工作台也是整个测量系统的关键部分.因为采用了光栅尺作为二维工作台的计量系统,所以在表面形貌的测量过程中二维工作台在X和Y两个水平方向上都能获得精确的定位.