球面镜数控加工中安装误差在线检测及补偿

在光学元件的数控加工中,面形精度是工艺流程的关键指标,而工件的安装误差是影响面形精度的重要因素。基于数控机床的在线检测功能研究了球面光学元件的安装倾斜误差自动补偿问题。首先,基于球面工件安装倾斜的几何模型,将误差的补偿问题转化为工件的球心位置检测问题。然后,根据球面工件测点的同心圆布置算法以及法向探测方式实现球面检测,进而应用最小二乘拟合算法计算球心位置。最后,在口径为280 mm,曲率半径为519.796 mm的凹球面光学元件上进行了验证实验,补偿前后表面最大偏移误差由621.6μm降低至2.8μm。实验结果表明:应用所述算法,可以高效地实现球面安装误差高精度自动补偿。     

三坐标检测光学元件曲率半径的误差分析

对光学元件曲率半径的通用检测方法进行评估,理论分析了三坐标系统检测元件曲率半径误差的主要来源、分布以及总和,并通过与激光干涉仪测量结果的对比,明确了三坐标测量系统的检测精度,为铣磨加工阶段进一步修正光学元件曲率半径提供数据支持。首先介绍了三坐标系统检测曲率半径的基本原理,对测量误差的主要来源进行简单分析,获得三坐标系统测量曲率半径的不确定度;阐述了激光干涉仪测量曲率半径的基本原理以及误差来源,并计算了测量不确定度,证实激光干涉仪的理论测量精度优于三坐标系统。然后利用三坐标系统对简单抛光后的F数分别为2.17、1.45、0.923的光学元件进行实际测量,并与激光干涉仪的测量结果进行了比较。最后,对实验结果与理论计算结果进行对比。论文研究结果确定了三坐标系统测量光学元件曲率半径的不确定度,证实了利用三坐标测量曲率半径满足铣磨加工阶段的要求,能够为铣磨加工提供指导;同时研究发现,随着光学元件F数的增加,三坐标和激光干涉仪的测量误差都有增大的趋势。     

激光差动共焦反射式超大曲率半径测量系统研制

针对球面超大曲率半径测量中存在的测量精度低、抗环境干扰能力差的难题,研制了一套激光差动共焦反射式超大曲率半径测量系统。该系统采用反射式测量光路,利用差动共焦响应曲线对被测件的猫眼和反射位置进行高精度定位,并用测长干涉仪记录位置信息,最后结合物镜顶焦距解算出超大曲率半径值。理论分析与实验表明,该系统定焦精度高,测量范围大,抗环境干扰能力强,相对测量误差优于2×10~(-4),-15 m超大曲率半径测量结果的重复性可达1.2×10~(-4),实现了超大曲率半径的高精度测量。     

三坐标测量曲率半径误差评价的新方法研究

曲率半径检测是光学加工工艺流程中最基本的检测内容之一,为了克服传统三坐标测量曲率半径的测量策略测量误差无法定量评估的问题,将病态矩阵理论与三坐标检测曲率半径算法相结合,提出了基于IC值的三坐标检测曲率半径测量策略误差评估新方法。首先分析了三坐标测量曲率半径的测量模型以及误差产生原因,然后利用病态矩阵理论评价该测量模型的病态程度,在此基础上提出了一种评价三坐标测量模型病态程度的判据算法,并且进行了相关算法的验证。在仿真及实验均验证其准确性和有效性的基础上,利用该方法对三坐标检测曲率半径的三环法进行测量策略优化。结果表明:常规测量将中环放在上下环中间位置的做法是测量误差最大的一种方法,中环的位置越靠近球冠顶点,其测量结果的精度越高。分析结果对制定光学元件曲率半径测量的测量策略具有一定的指导意义。     

组合式反射镜光学系统性能分析

组合式反射镜因其高亮度、高均匀性,并可满足不同光源类型,在照明领域内将会有更广泛的应用。可用的组合方式大致有4种,主反射镜为抛物面,副镜球面、双曲面,主反射镜为椭圆面,副镜球面、双曲面。本文以主反射镜为抛物面为例,将主副反射镜面型最优设计,结合TracePro光学仿真软件,对照度、均匀度等光学性能进行分析对比,并结合实际加工难度、成本等综合分析,为实际反射镜选型提供参考。     

装载机动态称重仪表的设计与实现

为提高装载机动态称重系统的精度,在装载机工作装置的动力学模型中加入了车辆行驶加速度,以补偿惯性力对称重结果的影响,完善了动力学模型。提出了动态称重仪表的软硬件设计方案,分别利用磁编码器、压力变送器、加速传感器,测量动臂的俯仰角度、举升油缸的油压及垂直于动臂方向的加速度,传感器信号经滤波处理后根据模型解算出装载的物料重量。实现了装载机动态称重功能及LCD显示、无线传输等扩展功能,并采用实验定标的方法补偿测量误差,经验证系统获得良好的测量精度。     

关节臂坐标测量机圆光栅偏心误差建模及修正研究

在不增加关节臂坐标测量机硬件成本的基础上,为了提高测量精度,提出了包含圆光栅偏心误差的测量模型方案。分析了关节臂坐标测量机圆光栅偏心状况,通过圆光栅偏心误差实验对第1、2关节处圆光栅偏心误差模型参数进行了辨识,建立了包含前两关节圆光栅偏心误差的测量模型。使用自制的标准杆组件对两种测量模型进行了标定实验,并运用LM算法进行了参数标定。结果表明不包含圆光栅偏心误差测量模型的关节臂坐标测量机的测量误差为0.083 4 mm,而包含两关节圆光栅偏心误差的关节臂坐标测量机测量误差为0.065 0 mm。经过圆光栅偏心误差修正后,其测量精度提高了22%,同时也论证了圆光栅偏心误差是制约关节臂坐标测量机测量精度的影响因素之一。     

球面折反射成像的内螺纹螺距视觉测量系统

为了实现内螺纹参数的非接触、自动化在线测量,本文以通孔螺母和盲孔螺母为检测对象,提出了一种基于球面折反射全景成像原理的内螺纹螺距参数的机器视觉测量系统。系统采集经球面折反射得到的图像,随后分割出完整的内螺纹区域;采用对比度受限的自适应直方图均衡化算法提高图像对比度,并采用中值滤波与双边滤波的组合来保护螺纹边界信息;再使用Zernike矩边缘检测算法确定每条螺纹的亚像素边缘;最终,基于折反射成像理论计算得到内螺纹螺距尺寸。与计量用螺纹综合测量机的螺距测量值进行了对比,实验结果表明该系统的平均测量误差为0.018 5 mm,满足工业生产中内螺纹螺距精度的要求,检测效率高,可用于内螺纹在线视觉检测。本研究为圆柱形内壁尺寸测量和缺陷检测提供了一种参考方案。     

离轴非球面零位补偿检验的三坐标装调技术

在离轴非球面的零位补偿检验中,为了高精度地检测非球面参数,提出了应用三坐标测量的方法定位零位补偿检验检测光路。建立了应用三坐标测量装调零位补偿检验检测光路的物理模型,计算机求解被检镜的空间方位失调量,实现检测系统的辅助装调。以1个200 mm×100 mm矩形离轴非球面反射镜为例,进行了方法介绍和精度分析。该种方法采用统一坐标系下的绝对测量,唯一定位被检非球面的空间位置,避免位置耦合现象;应用三坐标测量被检非球面的离轴量、补偿器与被检镜之间的光学间隔的精度分别为0.036 mm和0.025 mm,其公差要求分别为±0.25 mm和±0.3 mm。因此,在1 m左右腔长的检测中,可以实现高于被检参数误差1个数量级的高精度检测,为获得正确的离轴非球面加工与检验提供了可靠的技术保障。     

工件几何尺寸自动测量系统

文章介绍了一个计算机控制的光电非接触式两坐标的自动测量系统.该系统可对直径为10mm～200mm,长度10mm～1000mm的工件的直径、长度、弧形部曲率半径、同心度、弯曲度、椭圆度等几何尺寸进行全自动测量,测量精度0.01mm,并可打印报表.     

数字化电能表基本误差试验方法研究

随着智能变电站的快速发展,数字化电能表取代传统电子式电能表是一种必然趋势。针对当前数字化电能表基本误差试验方法不够成熟、测试效率低下的情况,分析了国家标准及国家电网公司企业标准给出的几种基本误差试验方法:标准数字表法、标准数字源法、标准模拟表法、瓦秒法,研究了这些方法的测量准确度与校验实时性的关系,并给出了相应的提高测量准确度或缩短校验时间的措施,以便于在不同工况下选取适当的数字化电能表校验方案,为数字化电能表基本误差试验方法向标准化、体系化、专业化发展提供技术参考。     

基于概率路线图法的窄道采样与轨迹优化

提出一种结合莱维飞行和概率路线图法(Lévy-probabilistic roadmap, LPRM)的路径规划算法。将莱维飞行方法应用于窄道采样,障碍物中的随机点通过莱维飞行走至自由空间,并延长碰撞测试来确保采样点位于窄道内,提升狭窄区域的采样质量与效率;为避免大量无效点的生成,在采样前先对地图进行预处理,膨胀障碍并对其进行边界提取,根据边界信息计算狭窄区域采样点数量,保证了全图采样的合理分布;进一步考虑移动机器人的实际工作情况,采用分段贝塞尔曲线对路径轨迹进行优化使其符合运动学约束,提高移动机器人的机动性。仿真实验在不同环境地图下对比了LPRM、传统概率路线图(PRM)和桥测试3种算法,结果表明LPRM算法相较两者在单一窄道环境下规划效率分别提升35.1%和32.2%,在复杂环境下其规划效率分别提升32.9%和15.5%,且提前400和100个采样点达到收敛,规划效率和成功率显著提高,总体耗时更短、路径更优,能减少移动机器人本身的能耗,提高整体工作效率。     

可溯源的数字计量设备检测系统设计

针对缺乏数字计量设备校准的相关规范标准和设备,提出了一种可溯源的数字计量设备准确度检测系统。该系统以模拟标准功率源作为信号源,采用NI-USB6281精密互感器和AD转换模块实现信号转换,通过数字标准表发送SV报文,并以数字电能表为试验对象,进行了大量试验。经实验验证该系统可实现对数字计量设备尤其是数字电能表的准确度检测,并且检测精度达到了万分之二。数字计量设备检测系统能够很好的解决数字信号无法溯源的问题,并为数字计量设备的准确度检测提供了一种参考方法。     

基于激光全自动测量模式的立式罐容量计量方法与试验研究

按照国际建议OIMLR71的技术规范要求,提出了一种用于立式罐容量计量的激光测量方法,这种方法可以实现立式罐圈板空间坐标的自动获取,测距和测角允差分别为2mm和2″。采用Nelder-Mead算法和最小二乘算法两种方法进行立式罐测量点坐标的数据分析处理,拟合出立式罐不同圈板处的等效半径。以1000m3立式罐为比对试验对象,激光测量方法测量结果与国际仲裁标准围尺法测量结果的最大半径偏差为1.47mm,验证了激光测量系统和数据分析方法的有效性。     

一种多维动态力传感器校准系统研究

针对高精度多维动态力传感器测量的要求,设计了一种多维动态力传感器校准系统。系统以偏心质量旋转产生的离心力作为校准依据,同时对多维力传感器2个方向的力进行校准。对校准系统的精度特性进行了理论分析,误差分析的结果说明了系统的可靠性。利用LabVIEW编制动态校准系统软件,实现了对多路信号的实时连续滤波。对某型六维力传感器进行了校准实验,通过测量值与理论值的对比,得到待校准传感器的校准系数,验证了动态校准系统的可行性。     

一种基于实际工况的数字化电能表校验方法及其误差分析

数字化电能表在实际工况下受到频率波动、谐波、输入噪声等因素影响,常出现误差超差的现象。为了研究现场实际工况下数字化电能表的计量性能,提出了一种基于实际工况的校验方法,研制了工况复现装置,推出了Blackman离散傅里叶变换(DFT)+自适应线性(Adaline)神经网络算法,实现了标准电能的计算,并将该数字化电能表校验方法和瓦秒法进行了比较分析。误差分析结果表明基于实际工况的数字化电能表校验方法和瓦秒法均能用于校验数字化电能表,但是前者的测试结果波动更小,更加稳定,且能够为现场复杂工况下电能表性能评估提供参考。     

全自动旋转变压器参数测试仪的设计与实现

介绍一种全自动旋转变压器参数测试仪,用于在生产线上对旋转变压器产品进行快速测试。仪器采用标定角度测试形式,可以快速测量获取旋转变压器的电压零位点、极对数、角度值和标定角度误差。仪器采用LabVIEW软件编程,仅需一键操作即可实现所有功能,全部测试过程分5个阶段完成。在标定角度测试时仪器可以获得最高的测量精度,对应10位精度解码误差不大于±0.17578125°,随极对数增加误差将成倍减小。