提高三坐标测量机应用精度的分析与计算

三坐标测量机对空间任意直线测量时 ,如果将其标准尺用线性球列代替 ,使线性球列空间化 ,再通过特定的分析和处理 ,求得空间线段的测量误差 ,实现对三坐标测量机的精度检定。文中对该检定方法进行了深入细致的精度分析与计算 ,检定不确定度评定结果表明 :该检定方法符合坐标测量机检定规程的要求 ,并且具有较高的检定精度 ,不失为有关系统提供了一种可操作性强、应用成本低的好方法     

一种工业CT测量精度评估方法

为了验证工业CT系统对检测件的测量精度,设计了一套评估方法,针对由国家X射线数字化成像仪器中心自主研发的9 MeV 高能工业CT系统和450 kV工业CT系统,设计制作了标准测量试块,以三坐标测量机为辅助测量手段,对CT图像的线性尺寸、球面尺寸、角度尺寸、孔径尺寸和定位尺寸等进行对比测量,得到不同尺寸类型的测量误差。在不考虑尺寸类型的影响下,分别对铝、不锈钢和尼龙三种材料做了CT测量误差对比,结果表明,对于这三种材料来说,材料密度越大测量精度越高。实验结果表明,可验证工业CT系统对不同类型尺寸测量的精度,工业CT系统可完成精度较高的尺寸测量工作,特别对复杂结构的内部尺寸测量有一定的优势。     

红外地平仪地球模拟器光学校准精度分析

针对适用于双圆锥扫描红外地平仪地面检测体积相对较大的地球模拟器,使用两台电子经纬仪建立三维坐标测量系统,采用全测角的方法计算并实时显示被测点的三维坐标值,可以大大提高光学校准精度。基于坐标值的计算以及地球模拟器的模拟原理,首先对地球模拟器进行精密校准,然后基于误差传递公式计算直角坐标的校准测试误差,对光学校准精度进行分析,最终实现红外地球敏感器姿态角测量的误差分析。计算与实际测量结果表明,通过使用实时三维测量系统对地球模拟器进行精密校准后,双圆锥扫描红外地平仪的姿态角模拟测试误差可降低到0.01°以下。验证了该测量系统在大型航天地面检测设备中的有效性与实用性。     

扫描镜稳定度对TDI CCD测量精度的影响

利用TDI CCD成像数值仿真模型,研究了TDI CCD测量系统的测角精度随扫描镜速度稳定度的变化规律。首先根据TDI CCD推扫成像的物理过程,建立了数值仿真模型,设计了从光学像和扫描镜稳定度到数字图像的仿真链路;然后利用图像重心计算方法求取图像中心坐标并得到目标点的角位置坐标;通过蒙特卡诺法进行海量打靶试验,对结果进行统计得到扫描镜各稳定度水平上的测量精度值;最后将某工程样机的扫描镜速度稳定度带入仿真模型,仿真结果表明：测试误差增大5.67 μrad,达到了像元角分辨率的1/4。在光学测量系统的系统设计时,需要考虑像元分辨率及扫描镜稳定度的综合影响,选用合适的扫描镜稳定度要求,使测量角分辨率满足用户需求。     

关于工件振动对激光扫描在线检测精度影响的研究

根据激光扫描在线检测的特点 ,在理论上对JSY 1型激光扫描尺寸自动检测仪的平均扫描速度和扫描角进行了分析和计算。通过一些实例 ,探讨了工件振动与扫描检测之间的关系。结果表明 :工件振动对激光扫描检测精度的影响很小 ,调整激光扫描完全适用于工件的非接触在线尺寸检测     

显微视觉检测系统精度分析及校准技术

为提高显微视觉检测系统的检测精度,建立了检测系统的误差模型,分析了影响检测系统精度的因素,给出了运动系统及视觉系统的误差补偿方法;提出了一种开环控制加位置检测的运动控制方式和一种基于多项式拟合的图像边缘检测算法;实验结果表明,提出的运动控制方式和边缘检测算法有效降低了显微视觉检测系统的系统误差,提高了微小型零件的检测精度。     

激光波长合束精度研究

对双光束波长合束精度进行了研究。用镀有特制光学薄膜的滤光片对波长为532和515 nm的两束激光进行合束,并对合束精度进行检测。基于此系统,建立了对应理论模型,并对合束及检测的误差来源和大小进行全面分析。两光束指向稳定性均为50 μrad时,合束精度理论值为14.69″,指向稳定性所占比例为99.26%,系统对质心定位等不稳定因素（误差变化< 3倍）抗性极好,精度变化< 2.4‰;指向稳定性提高到23.51 μrad时,合束精度理论值为7.09″,指向稳定性所占比例为96.77%,系统仍有较高抗干扰能力,精度变化< 1%。分析表明,影响近场小功率合束精度的因素有激光指向稳定性、机械调节和质心定位误差,其中激光指向稳定性是主要因素。通过调节各因素的比例,可对合束的抗干扰能力进行控制。     

光电雷达红外调制检测技术

因红外调制检测技术用于检测扫描积分型光电雷达调制器的工作性能,为此设计一套与调制器固有属性匹配的光学传递和激光准直系统。运用标准伺服控制理论为调制脉码信号建立Ⅲ型条件稳定的轴系扫描模型,通过截获、跟踪视场切换及驱动电压调幅,使模拟红外汇聚的激光扫描光束与3°×3°、40′×40′十字靶标重合,计量扫描视场及零位精度偏差,采集标定反射镜振动位置和扫描频率的过零脉冲,用以实现红外信号调制性能的检测。测试结果表明,该红外调制检测技术对调制器扫描视场的精度测量优于0.5′(1σ),零位误差的精度测量不大于5′(1σ),系统检测的相对误差不大于±1%,满足光电雷达红外光轴瞄准线工艺装配的精度要求,可应用于线列扫积型调制器的性能检测。     

CCD电视经纬仪测角精度的室内检测及其误差源分析

用于多目标炸点坐标实时测量的CCD电视经纬仪是一种高精度的靶场测量设备,其测角精度等级优于1’,而高精度的测试设备又对检测方法和检测条件提出了更加严格的要求。本文简述了GK-312炸点坐标测量系统中CCD电视经纬仪测角精度的室内检测方法,分析了影响测量和检测精度的主要的误差因素。     

亚微米高精度曲率半径测量及其不确定度分析

针对高精度光学系统的需求,利用立式Fizeau型干涉仪,结合双频激光测长干涉仪,实现了亚微米量级的高精度曲率半径的测量。为了验证该测量系统的可靠性,分别使用两个参考镜对一系列不同曲率半径的光学零件进行了检测。对产生测量误差的主要因素进行了详细分析,以SiC小球为例,结合不确定度理论,得到测量结果的不确定度约为0.13μm(假设是正态分布,置信水平约为95%),证明该测量系统满足亚微米测量精度要求。通过三坐标测量机对同一元件的交叉检测,验证了该系统测量结果的准确性。     

面向大视场视觉测量的摄像机标定技术

提出了一种面向大视场高精度视觉测量的摄像机标定新方法,该方法采用亮度自适应的单个红外发光二极管(IR-LED)作为目标靶点,将该靶点固定在三坐标测量机的测头上,并依次精确移动至预先设定的空间位置,每次靶点到达设定的空间位置时,摄像机对靶点进行图像采集。利用三坐标测量机的精确位移,在三维空间构成一个虚拟立体靶标。针对虚拟立体靶标在大视场摄像机标定中只能覆盖一小部分标定空间的问题,通过自由移动摄像机在多个方位对虚拟立体靶标进行拍摄,使得多个虚拟立体靶标分布于整个标定空间。摄像机在每个方位对虚拟立体靶标的拍摄都标定出一组摄像机的内、外参数,然后以摄像机内参数和摄像机在各个方位下拍摄的虚拟立体靶标在摄像机坐标系下的位置及姿态参数为优化变量,建立以所有三维靶点位置重投影误差平方和为最小的目标函数,采用非线性优化方法求解摄像机标定参数的最优解。该方法较好地解决了大视场视觉测量中大尺寸靶标加工困难、摄像机标定精度难以保证的问题。仿真和实际标定实验均证明此方法可以有效提高大视场摄像机的标定精度。     

基于线阵CCD的小型光谱仪光度特性研究

基于线阵电荷耦合器件（CCD）的小型光谱仪具有便于携带和快速探测的优点，故特别适于现场检测应用。介绍一种自行研制的小型光栅光谱仪，它采用Czerny-Turner式光学结构，并用线阵CCD作为探测器。该光谱仪光度特性的实验检测结果证明：实验样机的光度精密度优于±0.04Abs，光度准确度为±0.04Abs（0Abs～1Abs）。实验分析了光谱仪的杂散光、光度噪声和基线平直度等指标对仪器光度准确度的影响。最后针对小型光谱仪的特点提出改善其光度特性的措施。     

光学加工过程中高次非球面的三坐标测量数据处理

三坐标轮廓检测是大口径高次非球面确定性加工过程中的主要面形测量手段。由于原始三坐标数据包含较大的检测误差,无法直接应用于加工过程,本文提出了一组数据处理算法对误差进行全面去除。首先,对获取的检测数据采用基于球心曲面重建的测头半径补偿算法进行测头半径误差补偿,然后对补偿后数据进行坐标系旋转平移误差去除,最后对提取的检测面形残差进行基于KNN的残差噪点过滤。其中,提出的基于球心曲面重建的测头半径补偿算法通过引入一个高精度的测头球心包络面拟合模型,来计算各检测点的测头半径补偿向量,仿真实验证明:算法补偿精度达到RMS<4 nm;提出的基于KNN的残差噪点过滤算法,通过采用插值方法提高样本空间密度和优化噪声度量值的计算,提高了噪点的识别敏感度并实现了噪点的自动化去除。最终根据整个误差清理算法构建了检测点云处理软件,应用实践表明其有效提高了镜面加工过程中检测点云的数据处理精度和效率。     

在线近红外光谱在我国中药研究和生产中应用现状与展望

中药生产过程具有多单元复杂性特点,制剂生产的各个环节均会影响中药产品的最终质量,在线近红外光谱技术具有快速、无损和不污染环境等优势,能够作为一种快速评价中药生产过程中关键质量属性的分析技术。以院校相关研究为切入点,系统阐述了在线近红外光谱技术在中药生产过程分析与控制方面的应用,并结合院校中药生产在线近红外光谱分析平台搭建为例,以此为依据阐明中药在线近红外光谱分析技术应用的可行性。进而,从企业应用角度出发,较为全面的综述了目前国内大多数应用在线近红外光谱技术的中药生产企业的研究成果及其中药产品。按照中药产品的两大剂型(液体制剂与固体制剂)进行分类,以液体制剂不同生产环节(提取、浓缩及醇沉等)为区分点,以固体制剂不同成品剂型(片剂、胶囊剂及膏剂等)为区分点,分别对近10年来中药生产过程中在线近红外应用进行系统综述,阐明中药生产全过程在线近红外技术应用的可靠性,为中药生产现代化提供有效的技术支撑。     

Retrieval of effective parameters for bianisotropic metamaterials with omega shaped metallic inclusions

Bianisotropic metamaterials including Ω-shaped metallic elements are investigated experimentally and theoretically. A passband is observed for a composite metamaterial (CMM) based on an Ω-medium below the plasmonic frequency of the corresponding closed CMM. The effective parameters (refractive index, impedances, permittivity, permeability, and magnetoelectric coupling coefficient) are retrieved for the Ω-medium and the CMM based on it. Our retrieval results show that the passband observed for the CMM is a band with positive refractive indices. Our retrieval results confirm the deductions of our previous reports.     

逆向工程中基于共轴立体视觉的曲面边界测量

针对逆向工程中引导性曲面边界信息的快速获取问题,系统地研究了共轴立体视觉测量方法,建立该方法的数学模型,详细分析了摄像机焦距、基线距等系统结构参数及被测点空间位置对测量精度的影响,通过数学分析确定摄像机基线距的最佳取值范围,研究共轴立体视觉测量系统特殊的极线几何关系.提出基于共轴立体视觉的曲面边界快速测量方法,利用三坐标测量机的精密机械系统及精确的空间定位能力,用单个摄像机以两次共轴定位摄取图像的方式实现共轴立体视觉测量功能,然后利用共轴立体视觉外极线相互平行且通过各自像平面主点的特殊极线几何关系简化同源像点匹配过程,从而快速获取被测曲面的边界信息.实验结果表明:用基于三坐标测量机的单摄像机共轴立体视觉测量方法获取的曲面边界平均误差为0.268 mm,基本满足逆向工程中对引导性曲面边界的测量精度要求.     

大型地面测量设备动态检测装置的设计

大型地面跟踪测量设备的跟踪性能、测角精度、等技术指标对顺利完成测控任务均有重要影响,因此为及时对设备能否满足指标给出准确和定量的判断,设计了适应大型跟踪测绘设备进行动态检测的动态检测装置.文章介绍了实验室条件下动态检测的基本原理,并对空间模拟光学目标的运动轨迹进行了仿真分析.以工程化的设计结果为基础,对检测装置的实际精度进行了分析与计算,最终得到了动态检测设备目标角晃动(RMS,1σ)优于5″的结论,设备的精度可以满足大型跟踪测绘设备进行实验室条件下的高精度动态检测.     

水平轴倾斜的检测方法

对经纬仪的一个重要的系统误差一水平轴倾斜进行了分析,讨论了水平轴倾斜对经纬仪测角精度的影响。介绍了常用的水平轴倾斜检测方法,针对其局限性提出了一种新的基于莱卡经纬仪的水平轴倾斜检测方法。实验显示这种新方法具有通用性,且根据莱卡读数即可以轻易判断被测经纬仪的倾斜方向。最后,对两种方法的测量误差进行了比较,比较结果表明,新方法的测量误差源虽然比传统方法多,但由于莱卡经纬仪的各项精度指标都很高,故其测量误差〈4″,优于传统方法的测量精度。     

Experimental analysis of true left-handed behaviour and transmission properties of composite metamaterials

We report the true left-handed transmission of a composite metamaterial (CMM) consisting of periodically stacked split-ring resonator (SRR) and wire elements. The negative permeability (μ < 0) gap is demonstrated explicitly by comparing SRR and closed-ring resonator structures. We confirm experimentally that the plasma cut-off frequency of the CMM is determined by the combined dielectric response of SRR and wire elements, and it is much lower than that of the wire-only medium. This is crucial to identify the left-handed transmission bands of the CMM. We further investigate the effect of intralayer and interlayer disorder on the transmission spectrum of CMM arising from misaligned fabrication and stacking of the SRR layers. We found that the intralayer disorder affects the μ < 0 gap of SRRs and the left-handed transmission band of CMM significantly, whereas the SRR transmission is rather immune to interlayer disorder.