集成激光位移传感器与线性编码器的自由曲面测量方法及系统

利用激光位移传感器在小测量范围内精度高和线性编码器大量程高精度、动态测量的特点,研究开发了一种大量程自由曲面非接触测量系统。分析了激光位移传感器和线性编码器的测量原理和特点,并对其进行了相关实验标定。以LabVIEW为系统软件平台,采用改进多项式自动跟踪算法对一球体截面进行了测量。实验结果表明:该系统测量稳定可靠,可对测量倾角≤±45°的自由曲面进行高精度测量。     

集成激光位移传感器和编码器的曲面仿形测头研究

为实现对大量程自由曲面的高精度仿形测量,提出了一种利用闭环运动控制技术集成激光位移器和线性编码器的新方法。采用线性编码器和精密线性机构以及运动控制卡组成Z向位移量伺服随动系统,步进电机自动调整激光位移传感器位置使其工作在中心范围(95～105mm)内,线性机构位移量可由线性编码器测量得到,自由曲面的起伏变化可通过激光位移传感器和线性编码器的输出而得到。与激光位移传感器进行了线性度、示值误差以及重复性等精度参数对比实验,结果表明系统在扩大测量范围的同时具备较高的测量精度。     

基于三坐标测量机的空间自由曲面非接触测量技术的研究

提出一种自由曲面的非接触自动测量方法。测量系统由三坐标测量机、ＰＨ１０回转体和激光三角测头组成。ＰＨ１０回转体带动激光测头回转实现对空间任意自由曲面的测量。利用激光测头在工作距离之外无信号输出这一特点进行曲面边缘提取,基于边界曲线在空间内均匀划分扫描网格,采取仿形跟踪措施实现测头的跟踪。实验证明该系统能自动完整快速测量四边曲面,测量精度优于６０μｍ。     

非接触式曲面测头设计及精度试验研究

针对激光测头因测量范围小难以满足大量程自由曲面的高精度测量要求的问题,基于伺服运动控制技术,集成激光测头和光栅尺研制了一种非接触式测头。控制激光测头工作在线性度误差较小的中心范围内、而采用光栅尺反馈实现大范围的测量,详细介绍了系统的硬件及软件设计。试验数据处理结果表明,与激光测头相比,研制的非接触式测头测量范围扩大了1倍,而测量不确定度、修正值、线性度等精度指标并没有下降。     

一种基于光纤光栅新型位移传感器的研究

介绍了一种应用光纤光栅传感器测量狭窄曲面空间位移的方法.随着外界应力的变化,光纤光栅传感器的中心发射波长将发生相应的移动.利用此特性,提出并实现了一种用光纤光栅作为敏感元件测量狭窄曲面空间位移的方法,解决了特殊场合狭窄曲面空间位移的测量存在许多难以解决的问题,并对实验结果进行数据分析.     

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。     

新型密封式精密钢带光栅线位移传感器的研制

研制了一种新型的密封式超长精密钢带光栅线位移传感器.该传感器采用了反射式精密超长计量钢带光栅尺作为测量基准尺,实现了大量程,并且依据激光光电扫描器拾取光栅莫尔条纹光电信号,提高了光栅付工作间隙量和测量的精度.实验的结果表明:传感器量程为3 m,10 m,50 m时,其测量精度可以达到±5 μm/m,±10 μm/m,±20μm/m.     

激光位移传感器在自由曲面测量中的应用

以点激光位移传感器(HL-C211BE)为对象,研究它在自由曲面测量中的应用。针对激光位移传感器因测点倾角代入的测量误差,提出了一个可以量化的倾角误差模型。基于直射式点激光三角法原理,分析了激光光路的几何关系,从会聚光斑光能质心发生的偏移推导出倾角误差模型。随后,用高精度激光干涉仪和正弦规对激光位移传感器进行校对实验,并用误差模型对测量结果进行补偿。结果显示,补偿后激光位移传感器的测量精度得到明显提高。对一非球面凸透镜进行了实验测量,得到了自由曲面测点倾角的计算方法,并用倾角误差模型修正了测量数据。实验结果表明,量化的倾角误差模型可以将激光位移传感器的测量误差控制到小于10μm,满足激光位移传感器在自由曲面测量中应用的要求。     

GWC100-3型光栅位移传感器的设计与应用

针对传统技术光栅位移传感器的光栅副层迭间隙小带来的调整困难、受光栅尺变形影响大、讯号质量差及做位移测量时量程比较小等缺陷,设计了一种结构新颖、调整方便和接收讯号强的新型光栅位移传感器,并成功应用于高精度数显专用测量仪.     

激光三角法扫描测头特性的研究

在分析了激光三角法位移测量原理的基础上,以ＩＢ－１２型激光三角法位移传感器为实例,研究了激光三角法位移传感器的使用特性,补偿非线性误差、倾斜角误差,提高了测量精度,使其能够作为非接触式扫描测头用在三坐标测量机上,完成空间自由曲面的非接触扫描测量。     

双悬臂梁结构的光纤光栅位移传感器设计

为克服现有光纤光栅位移传感器设计中存在的温度—位移交叉影响、悬臂梁易产生横向偏移等对测量精度的不利影响,提出了一种温度解耦的双悬臂梁式光纤光栅位移传感器。推导传感器的位移测量原理并进行有限元仿真分析,得出梁挠度与位移变化成线性关系。通过对比双悬臂梁不同位置处光纤光栅组合测位移的线性度、灵敏度和重复性误差,结果表明:采用双悬臂梁上表面双向拉伸光栅测量位移时,效果最佳;所设计的光纤光栅位移传感器最大量程可达55mm,灵敏度可达47. 3035pm/mm,最大重复性误差仅为0. 491%,在结构健康监测中具有良好的应用前景。     

用于船舶结构监测的大量程光纤布拉格光栅应变传感器

平板结构的贴片式光纤光栅传感器应变测量范围较小,难以满足船舶结构健康监测中的应变测量要求。本文采用不锈钢材质,设计了一种采用环形平面弹簧和平板复合结构的贴片式传感器,通过环形平面弹簧结构将复合结构的大应变转化为光栅的小应变,降低被测物体与光栅之间的应变耦合系数,实现了大应变测量。理论分析了复合结构的传感原理,通过有限元方法仿真了该结构的应力分布,结果证明了该结构能够实现大应变测量。将传感器胶粘在特种钢试件上进行了载荷试验,试验结果表明:该复合结构传感器的量程大于20 000με,且线性度较好,相关系数大于0.99。另外,设计的传感器体积较小,便于安装,能较好地解决船舶结构健康监测中的大应变测量问题。     

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。     

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。     

基于卡尔曼预测的差动共焦轮廓跟踪测量方法

针对轴向扫描式差动共焦测量法(ASDCM)测量轮廓效率低下问题,提出一种基于卡尔曼预测的差动共焦轮廓跟踪测量方法。该方法使用激光差动共焦轴向响应曲线数百纳米量程的线性区间实现了表面连续轮廓高精度线性传感测量,提高了测量效率;同时引入基于卡尔曼预测器的轮廓跟踪原理利用已测轮廓点数据对未测表面预测并跟踪,扩展了线性传感轮廓测量法测量范围。实验结果表明,该方法相对于ASDCM法测量效率提升了8倍,且实现了轮廓PV值大于线性传感测量范围的标准椭圆柱高精度跟踪测量,激光聚变靶丸内轮廓圆度重复测量标准差达3 nm。为精密元器件表面连续轮廓的高精度、快速、无损测量提供了一种高质量方法。     

双波长集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种基于双波长激光的集成光栅干涉位移检测方法,利用该方法对硅-玻璃键合工艺制作的集成光栅位移敏感芯片进行了测试实验。实验系统主要由敏感芯片、波长为640nm和660nm的双波长半导体激光器、双光电二极管及检测电路组成,敏感芯片则由带反射面的可动部件和透明基底上的金属光栅组成。入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动部件与光栅之间的距离变化,通过分别测量两个波长的衍射光强信号并交替切换选取灵敏度较高的输出信号,实现了一定范围内的扩量程位移测量,并得到绝对位置。实验结果表明,利用双波长集成光栅干涉位移检测方法测得敏感芯片可动部件与基底光栅的初始间隙为7.522μm,并实现了间隙从7.522μm到6.904μm区间的高灵敏度位移测量,其噪声等效位移为0.2nm。     

电压输出型线位移传感器动态检定系统

对电压输出型线位移传感器按ZB Y143-83自动检定时,很难同时满足接近测点的方向性及重复定位精度的双重要求。为此研制了动态检定系统,以双纵模双频激光干涉仪提供标准位移,采用微机接口卡高速数据采集处理技术,实现了对量程不超过500min的传感器的高效自动检定。系统总不确定度不大于2μm,测量速度不大于20mm／s,除被测传感器安装外,全部检测工作完全由微机控制自动完成。     

一种三维光栅传感器式牵引测头的研制及分析

本文介绍了一种新型三维光栅传感器式牵引测头的原理及其应用。3个相互垂直的轴作线性位移,有效行程±5mm,测量分辨率2μm。详细地分析了测头的静态误差和动态误差,并给出实验结果。这种测头具有测量效率高、实现自由曲面测量及提高坐标测量设备的自动化程度等优点。     

时栅测角系统误差自动采样及补偿研究

由于时栅测角系统受限于校准器的运动和装配环境,难以使用光栅作为精度基准仪器来进行密集的误差采样.为了实现较高精度的测量,通过对时栅测角系统的位移解算和对磁场式Ⅱ型时栅传感器结构进行了剖析,利用稀疏采样误差数据开展了频谱研究,得到了测角系统的补偿模型;提出了一种基于激光干涉仪的时栅测角系统误差自动稀疏采样及补偿的方法,采...     

利用寻位信息的自由曲面在线测量路径规划方法

自由曲面的高速、高精度、扫描测量是曲面在线检测需要解决的首要问题.为此,提出一种基于寻位信息的测量路径规划方法,使得在满足精度要求的前提下,实现测点优化分布;在此基础上,将自适应控制理论应用在测头自动跟踪控制中,以便测头能够跟随曲面的变化自动调整其位置,完成自由曲面的高速、高精度、扫描测量,理论分析与仿真实验结果表明,所提出的测量方法可行,为曲面的精密测量开辟了一条新的有效途径.