三维显微光切法表面粗糙度的非接触测量技术

基于三维视觉检测原理对三维显微光切法表面粗糙度非接触测量技术进行研究。使激光光线与被测工件表面相切,利用工业相机采集获取表面微观轮廓,采用图像处理技术恢复出微观轮廓的几何形貌。根据设计算法,由表面粗糙度评定算法得到表面粗糙度的R_a、R_z等评定指标。这种测量方法效率高,适用范围广,且非接触式测量可避免对工件表面的损坏。     

非球型回转体的内轮廓光电图象测量系统

介绍了一种基于人工视觉的三维内曲面轮廓的光电图象测量系统.该系统由光学测量、激光扫描、计算机图象处理、计算机控制各子系统所组成,用它来对现代工业工程中的非球型回转体曲型零件的内轮廓进行非接触测量,得到所需零件的边缘轮廓和三维内曲面的图象信息.并论述了系统的测量原理、组成和特点.     

表面微观轮廓的非接触测量

一、引言从测量方式来看，表面微观轮廓的测量可分为接触式和非接触式。接触式很难用于起伏的表面轮廓测量。非接触式测量主要以光学方法为代表，如干涉测量法。但是，传统的干涉测量方法（如干涉显微镜）在提供的信息量、信息的可靠性以及提取信息的手段方面都存在一些固有的限制，无法获得表面轮廓曲线，干涉图的到读相当复杂费时，对于无规则条纹无法判断表面凹凸。随着光电技术和计算机技术的发展，在光干涉领域出现了条纹扫描技术、锁相干涉技术、移频干涉技术和相移干涉技术等，为表面轮廓测量新方法的研究，开辟了新的途径。本文介绍…     

检测复杂内轮廓中圆弧面的新型光纤传感器特性研究

介绍了一种用于对复杂内轮廓检测的强度调制型光纤传感器,该传感器轮辐式的光纤排列结构,有利于补偿表面反射率不同和光源波动等给测量带来的影响.给出并分析了检测圆弧形内轮廓时传感器的特性.从仿真结果可见,这种传感器能较好地实现圆弧型轮廓的检测问题,具有结构简单、非接触、抗电磁干扰及适合于现场使用等优点.本文为强度调制型光纤传感器用于圆弧形曲线面及复杂柱状内轮廓表面工件的非接触检测提供了必要的理论基础和设计依据.     

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.     

基于激光三角测量技术的荫罩表面Q值测量

应用激光非接触式测量方法测量荫罩表面形状的方法及其对应的Q值,采用三角测量方法对荫罩表面进行高精度测量。研究网状表面测量中激光光束可能全部或部分穿透网孔时,有效测量数据的提取问题。采用设定门槛值的方法对无效数据和受网孔影响较大的数据进行过滤,保留了少量的有效数据。引用数据拟合和插值方法对部分有效数据进行处理,提取网状表面轮廓的几何尺寸,所得结果重复性良好,并研制了相应的测量设备应用于生产实践。     

Wollaston棱镜偏振非正交对空间测角系统的影响

为了在一定平移范围内实现快速空间测角系统的测量功能,对一定入射及方位角的光束经过Wollaston棱镜后引起的两出射光束的偏振非正交及进而引起的系统测角误差进行了研究。首先,建立系统坐标系模型,采用光线追迹法,并利用坐标变化的方式,对任意入射角和方位角下Wollaston棱镜的偏振非正交进行了理论推导。接着,对偏振非正交与入射角的关系及它对系统测角精度的影响进行了Matlab仿真。仿真结果表明,随着偏振非正交及空间方位角的变大,系统测量误差变大,且Wollaston棱镜偏振非正交对系统测角精度的影响较大;当方位角为3°,偏振非正交为10′时,测角误差为30″。最后,通过分析偏振非正交的产生原因,改进了原有光源扩束系统,改善了偏振非正交对系统测角精度的影响,减小了测角误差。本文的研究成果对优化系统结构并进一步提高系统性能具有一定的指导意义。     

曲臂轴径非接触在线检测技术研究

曲臂是一种两臂轴线具有一定偏心量的大尺寸特殊零件.传统的测量方法很难实现曲臂的非接触在线测量.基于激光扫描检测技术,现采用激光球面反射扫描原理,提出了一种曲臂两臂轴径的激光非接触检测方法和测量系统.文中论述了系统的测量原理、组成与总体结构,着重研究了激光球面反射扫描光学系统的总体结构,设计了计算机通讯、实时控制与数据处理软硬件系统.通过实验对系统的测量精度进行了验证.系统实现了高精度的轴径检测,且不损伤工件表面,提高了曲臂的制造精度和检测效率.     

表面粗糙度非接触式测量技术研究概况

表面粗糙度对工件表面质量有很大影响，采用非接触方法有利于实现表面粗糙度的快速、无损伤、在线检测。文中重点介绍了基于光学散射、光学干涉和图像处理技术的表面粗糙度非接触测量方法及其研究现状。     

近景摄影测量技术在钢轨检测中的应用研究

为解决手工检测工具效率低、检测结果不便于数字化管理和工作强度大等弊端,将非接触式近景摄影测量技术与三维结构光检测相结合,提出一种准确获取钢轨的三维点云数据,进而得到钢轨表面轮廓参数的有效手段.使用近景摄影测量技术获取标志点的空间位置,以此作为点云扫描的全局拼接点;利用三维结构光扫描仪获取钢轨的点云数据,从而获取钢轨表面轮廓参数;对比研究近景摄影测量技术对检测结果与测量精度的影响.铁路现场试验表明:该方法的测量精度可达0.08 mm,可实现对钢轨表面轮廓参数的精确测量.     

计算成像技术在光学检测领域的研究进展

成像系统在利用传感器记录图像信息时,只记录了强度信息而丢失了重要的相位信息。 传统的干涉相位恢复技术由于 需要满足严格的干涉条件,在使用过程中受到一定限制。 随着计算成像技术的蓬勃发展,以强度传输方程和相干衍射成像以及 在此基础上发展起来的相干调制成像、叠层扫描相干衍射成像为代表的非干涉相位恢复技术受到广泛关注,并被运用于光学检 测领域。 这类技术无需参考光,系统结构简单,可通过衍射强度图直接获得相位信息,在检测领域有巨大的应用潜力。 基于此, 介绍了几种典型的计算成像技术的研究现状与最新进展,同时讨论分析了各类方法的主要技术特点。     

激光频移反馈成像的数值仿真研究

激光频移反馈法利用了激光器的动态特性和外差测量的原理,能极大地提高共聚焦显微系统对光反馈的灵敏度,因此可以广泛地应用于对高吸收,高散射介质中目标的成像。阐述了激光频移反馈成像的基本原理,并对该理论进行了仿真研究,分析了不同的反馈光频移、光反馈系数和不同激光器以及寄生反射对实验结果可能产生的影响。结果证实了在极弱反馈光环境下对目标成像的可行性,极大地提高共聚焦系统对反馈光的灵敏度。     

分块非线性加权在车灯检测仪校准器光轴角测量中的应用

针对传统光轴角测量系统中人为因素干扰导致的重复性能降低等不足,设计一种基于图像处理技术与高精度电控转台相结合的自动测量方案。分析了照明光斑光强分布特性,提出了一种基于图像区域分割的最优非线性加权的特征点提取算法。该方法根据光强与灰度的线性关系,将光强量化到3个区间。然后分析灰度因素在特征点定位中的影响;针对不同区间应用局部最优加权法则以实现局部最优化处理。最后,利用光轴偏转角与特征点在像面上位移的对应关系,计算得到光轴角测量值。开展了光斑特征点重复性实验并分析了光轴角检测精度,结果表明:该系统在不同光强、不同角度条件下重复性好,测角精度优于60.18″。与激光光源的光轴角测量实验对比,该算法在光斑光强分布不均的条件下仍能完成稳定且精确的光轴角测量。     

自混合干涉模型中的参数分析和实验研究

针对含有光反馈的半导体激光器,在外腔波动的条件下,研究了半导体激光器的自混合干涉系统模型中的重要参数,通过计算机仿真分析,讨论了线宽展宽因子和反馈水平因子两个参数的变化对光反馈自混合干涉信号波形的影响规律.同时给出了利用自混合干涉测量外腔物体位移的一种实验方法,并进行了相应的实验研究.该位移测量系统的分辨率可达无光反馈存在情况下激光器波长的一半.     

基于光强实时反馈控制和同步校准的波长调谐移相干涉系统

波长调谐移相干涉技术是通过改变光波长来计算相位的。为了减少可调谐激光器在变波长进行移相时光功率的随机变化对相位计算产生的误差,本文提出了一套光强实时反馈控制系统和同步校准方案。首先分析了光强在某一范围内的随机变化产生测量误差,并选用合适的光电检测设备搭建了一套光强控制系统。该系统能够将光信号转化为电信号,并通过PID来实现对光强的控制。实验结果表明,本系统能够将光强的变化范围控制在±0.002 mW以内,其响应速度达到600 kHz,已远远超过干涉仪CCD的取图速度。最后,对口径为50 mm的光学元件进行表面形貌检测,加入本控制系统后,面形精度的测量指标PV值和RMS值分别提高了1.53×10^-2λ和2.43×10^-3λ,表明本系统在高精度的光学元件检测领域具有重要的实用价值。     

口径自适应光学透镜中心厚度测量方法及装置

透镜作为光学系统中的核心部件之一，其加工质量极大影响着光学系统的使用性能。其中，透镜中心厚度的偏差对整个光学系统成像质量的影响最大。现有的非接触式和接触式测量设备都存在着一些缺点，因此本文提出了一种口径自适应光学透镜中心厚度测量方法，并基于此方法设计和搭建了一套透镜中心厚度测量装置，进行了测量精度对比和重复性测量实验。结果表明，本文所研究的测量装置误差与产线上所使用的测量装置误差相当，满足对光学透镜的检测要求。本装置具有结构简单可靠、操作方便、测量精度高且可以节省光学透镜生产成本等优点，已在生产线得到应用。     

Multiplexing optical fiber low coherence and high coherence interferometric system with large range and high resolution for on-line measurement

A novel optical fiber sensing system multiplexing low coherence interferometry and high coherence interferometry that is endowed with large range and high resolution and is stabilized for on-line measurement is presented. An optical fiber Michelson interferometer performing measurement task in the system works in both modes of low coherence interferometry and high coherence interferometry simultaneously by employing a broadband light source and a fiber Bragg grating as an in-fiber reflective mirror. The amplitude of the measurand is determined by the low coherence interferometry while the value of the measurand is measured by the high coherence interferometry. Another optical fiber Michelson interferometer which is incorporated with the one performing measurement task stabilizes the sensing system for on-line measurement by exploiting an electronic feedback loop to reduce the influences that are resulted from environmental disturbances. The measurement range is 6 mm and the measurement uncertainty is less than 2 nm.     

BEPC储存环同步光束流测量光学系统

概括了同步光束流测量的特点,简单描述了北京正负电子对撞机(BEPC)现有同步光束流测量系统.根据BEPC改造对同步光束流测量系统提出的最新指标,提出了改造原有系统的新方案.对同步光引出镜进行了全新设计;采用高分辨率面阵CCD实现束团横截面尺寸测量、束团强度测量和束团位置检测;采用条纹相机实现束团纵向长度的测量;利用Zemax程序对新方案进行成像质量分析,束团纵向长度测量分辨率为2ps,束团横截面尺寸测量分辨率为20μm.     

基于数字图像相关的光学引伸计应变测量精度研究

基于数字图像相关(DIC)方法的光学引伸计在应变测量领域有着广泛的应用。为了提高数字图像相关方法的测量精度,本文采用二维DIC与三维DIC的光学引伸计、基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计以及电测法,对单轴拉伸试验中不锈钢试件的应变进行同时测量,比较分析了各个光学引伸计在测量轴向与横向应变方面的优劣以及误差产生的原因。实验结果表明:试件离面运动的存在大幅降低了普通二维光学引伸计的应变精度;基于双45°反射镜成像的二维光学引伸计可以有效消除离面刚体位移对测量结果的影响,其应变测量精度(尤其是横向应变精度)高于其他光学引伸计,且测量结果与电测法的测量结果高度吻合;三维DIC光学引伸计的横向应变精度明显不如轴向应变精度。     

面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统

研制了一种面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统,对其中的关键技术进行了深入研究。该系统主要由带有红外LED光点的光笔、1台CCD摄像机、靶点亮度控制器、一维标定尺以及安装有测量软件的计算机组成。在对LED点光源光强控制方式及成像系统工作原理进行分析的基础上,设计并实现了以多靶点亮度自适应控制技术和主动离焦模糊技术相结合的靶点光斑图像生成技术。该技术保证了在大跨度测量范围内均能获得高质量的靶点光斑图像,解决了对焦成像中摄像机视场范围与景深有限的问题;针对光笔标定问题,提出了一种简便易行的现场标定方法,此方法只需要若干个辅助靶点和2个以上间距已知的圆锥孔,就可以同时确定光笔上各靶点及光笔测头在光笔坐标系下的坐标。实验结果显示:该测量系统在2~10 m空间长度测量标准差不大于0.095 mm,能够满足中等精度的大型工件现场测量要求。