利用激光跟踪仪测量超长导轨直线度的方法

在简要分析和对比各种检测导轨直线度方法的基础上,提出利用激光跟踪仪测量超长导轨直线度的方法,对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究。结合工程实例,对一数控机床的20 m超长导轨进行了直线度测量,得到其2个方向上的直线度分别为27 m和25 m。该方法拓宽了激光跟踪仪的现有功能,能精确快速地完成对超长导轨直线度的检测,并可以实现对超长导轨2个方向直线度的分离,测量导轨的长度可达到70 m,检测精度为0.4 m/m。     

基于光纤色散相位补偿的高分辨率激光频率扫描干涉测量研究

为了实现更高分辨率的激光频率扫描干涉测量, 增大光源的扫频范围以及减小扫描频率的非线性成为关键. 采用外腔式大带宽扫频光源结合光纤辅助干涉仪构建的外部时钟频率采样非线性校正是目前较为常用的方法. 本研究发现随着扫频带宽和测量范围的增加, 光纤辅助干涉仪与测量光路中存在的色散失配导致频谱出现严重展宽, 极大的降低了测量的分辨率. 本文建立了辅助干涉仪和测量干涉仪色散失配影响的理论模型, 利用该模型分析了扫频带宽和测量范围与测量分辨率的变化关系, 与实验结果相一致, 并进而提出了基于峰值演化消畸变的色散相位补偿方法, 有效地提高了测量的分辨率, 在2.53 m 处实现了接近理论值的64.5 μm的测量分辨率. 该色散失配模型及补偿方法为提高大尺寸激光频率扫描干涉仪的测量分辨率及测距范围提供了参考.     

2m量级SiC非球面反射镜的摆臂轮廓检测

提出采用摆臂式轮廓检测的方法,实现超大口径Si C反射镜面形的高精度轮廓检测。阐述了采用摆臂轮廓仪检测超大口径反射镜的基本原理和具体实施流程;介绍了基于扫描线交点高度一致性的特点进行面形重构的算法,以及针对离焦量测量不准的问题,采用激光跟踪仪对面形离焦量进行辅助测量的手段,建立了综合优化的检测模型;结合实例对口径为2040 mm的同轴抛物面Si C反射镜进行了摆臂轮廓检测,检测精度均方根(RMS)为0.46μm,与干涉仪检测结果对比偏差0.03μm。该技术与加工机床集成实现了反射镜的在位检测,以非球面的最接近球面为测量基准,提供了一种精确、高效地测量超大口径光学非球面面形的方法,满足了大口径Si C反射镜在研磨阶段的高精度轮廓检测需求。     

光纤干涉测距中的量程倍增系统

利用光纤传感技术,实现了一种可以测量１ｍ以上的绝对距离的光纤干涉测距的倍增系统。它主要采用两个干涉仪,分别对靶标进行定位及对光程进行调谐和对距离进行测量,通过引入已精确标定的光纤,利用短导轨,实现了高精度、大距离的测量。     

激光雷达干扰效果评估方法研究

研究了光电干扰对测距和跟踪测量激光雷达干扰效果的评估方法.在深入分析激光雷达光电干扰机理的基础上,提出了相应的干扰效果评估准则.对激光测距机的距离欺骗干扰效果采用测距误差-干扰成功率准则或准测率准则定量评估,对测距机的激光盲干扰效果依据盲激光对测距准确度、测距功能的影响程度进行评估.对于跟踪测量激光雷达,根据实施干扰后其跟踪误差是否超出正常跟踪准确度的三倍判定一次干扰是否有效,再依据多次试验的干扰成功率的大小评估干扰效果.     

基于飞秒激光模间拍频法的大尺寸测距方法

本文基于飞秒激光模间拍频法实现多波长相位式绝对距离测量, 通过改变光频梳重复频率合成波长扩大测距量程, 并采用监测臂和双快门切换系统补偿和消除由电路产生的相位差单向漂移和大幅抖动. 实验中以20倍重复频率的拍频进行测量, 在30 min内相位测量的标准偏差为0.022°; 与双频激光干涉仪比对1125 mm行程内位移测量结果, 测距精度优于50 μm; 实验验证了合成波长方法扩大量程方案的可行性, 获得的测距重复性优于3 μm, 该系统理论上可扩展量程至7.5 km.     

迈克尔逊干涉仪测量液体的折射率及仪器调节方法

本文介绍了用迈克逊干涉仪测量液体折射率的方法，原理简单。在干涉仪导轨上平放一方形玻璃容器，内装待测液体，动镜铅垂地浸没在液体中。通过测出动镜在液体内的移动量及其相应的干涉条纹变化数，就能计算液体的折射率，有较高的测量精度。本文详细分析了干涉仪上分光板的反射光通过空气、玻璃、液体，由反射镜反射后出现的多个反射光点，只有通过对这些反射光点的调节，才能得出干涉条纹并符合计算公式的要求。     

大口径球面反射镜曲率半径的精确测量

介绍了大口径球面反射镜曲率半径的传统测量方法,提出了利用组合测杆结合激光干涉仪测量球面反射镜曲率半径的新方法。首先利用激光干涉仪检测球面反射镜的面型,调整干涉仪与被测镜的位置,使被测镜达到零条纹干涉状态,然后架设合理长度组合测杆,调整组合测杆靠近干涉仪端测量球头的位置,使之达到零条纹干涉状态,再使组合测杆另一端测头与镜面接触完成测量,通过计算分析即可得到被测球面镜的曲率半径。对该方法的基本测量原理进行了研究分析,并对口径为600 mm的望远镜球面主镜的曲率半径进行了多次测量,测得其曲率半径均值为2 836.774 mm,标准偏差为0.071 mm。最后对该方法的测量不确定度进行了分析,找出了影响测量精度的主要因素,合成标准不确定度为0.061 mm。     

大口径球面反射镜曲率半径的精确测量

介绍了大口径球面反射镜曲率半径的传统测量方法,提出了利用组合测杆结合激光干涉仪测量球面反射镜曲率半径的新方法。首先利用激光干涉仪检测球面反射镜的面型,调整干涉仪与被测镜的位置,使被测镜达到零条纹干涉状态,然后架设合理长度组合测杆,调整组合测杆靠近干涉仪端测量球头的位置,使之达到零条纹干涉状态,再使组合测杆另一端测头与镜面接触完成测量,通过计算分析即可得到被测球面镜的曲率半径。对该方法的基本测量原理进行了研究分析,并对口径为600 mm的望远镜球面主镜的曲率半径进行了多次测量,测得其曲率半径均值为2 836.774 mm,标准偏差为0.071 mm。最后对该方法的测量不确定度进行了分析,找出了影响测量精度的主要因素,合成标准不确定度为0.061 mm。     

基于Lomb-Scargle算法的激光扫频干涉非线性校正方法

激光扫频干涉测量技术因其精度高、抗干扰能力强等优势成为研究热点.而激光器调频的非线性问题一直是影响测量精度的关键因素,非线性带来的直观结果就是拍信号的频谱严重展宽,造成测距精度下降.为解决该问题,本文提出了一种基于Lomb-Scargle算法的非线性校正方法,搭建了具有辅助干涉仪的激光扫频干涉测量系统,通过对辅助路拍信号进行希尔伯特变换提取相位,再基于提取到的相位信息生成一个新的时间序列,结合Lomb-Scargle算法,将非线性校正与拍信号频率计算同时进行.作为验证,对于0.5—1.3 m范围内的目标进行了测量,最大误差为14μm.区别于传统频率采样法校正原理,本文提出的校正方法并不是以辅助路的拍信号对测量路进行重采样,所以无需满足辅助干涉仪光程差大于测量路光程差两倍的条件,因而可为增大测距量程提供一种思路.     

柱透镜组在小角度测量中的应用

为了实现三维角度的同时测量,提出了一种基于柱透镜组的小角度测量方法。首先,在传统激光准直法的基础上,采用柱透镜组和特殊的四面体反射镜代替平面反射镜作为合作目标,用于表征三维角度的变化。然后,利用矩阵分析光束在传播过程中的形状、位置参数变化,说明了采用柱透镜组进行小角度测量的算法。最后,在实验室条件下对扭转角的测量进行了实验验证。实验结果表明:在工作距离1.2 m,光束直径5 mm时,扭转角测量范围20',测量误差RMS值优于8",基本满足非接触小角度测量的要求,具有一定的工程实用价值。     

成像型任意反射面速度干涉仪测速精度检测

基于神光Ⅲ原型装置,提出了一种对成像型任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量冲击波速度的精度进行实验检验的方法。针对一般双灵敏度VISAR存在的多值问题,该方法利用厚度已知的样品获得了准确的冲击波速度历史曲线图,并给出其测速精度。同时在理论上对这套测速系统进行了不确定度评估,预估结果与实验结果相吻合,验证了这种方法的正确性。此外,该方法还可用于单灵敏度VISAR确定条纹丢失的数目,仅凭一台条纹相机就可确定速度历史曲线。     

一种大面积高能激光光束参数的在线测量方法

 提出了一种大面积连续波高能激光光束参数的在线测量方法——环形光刀扫描测量法。该方法采用偏心安装的斜面环形光刀高速扫描反射，光电探测器阵列沿反射光圆周均匀布置探测，使得绝大部分被测激光沿原光路传播，只有少量取样光被反射到探测器阵列上。通过对采集得到的探测器响应信号进行空间映射计算和图像复原，得到激光束的光强分布参数。该方法可用于光束直径数百mm的高能激光光束测量，测量空间分辨率约2 mm，时间分辨率为30~50 ms。     

迈克耳孙干涉仪的数字化设计

使用硅光电晶体三极管作为光干涉条纹传感器,采用变间隙动极板电容传感器代替传统微距测量的设计方案,利用单片机对干涉条纹进行计数并自动测量反射镜的微小位移,实现了迈克耳孙干涉仪的数字化测量.制作了检测系统及电路,完成系统的软件设计.He-Ne激光波长的测量实验结果表明,采用该方案能够缩短测量时间,提高测量精度.     

太阳能聚焦光斑能流密度测量方法评估

为了确定一种新型间接测量太阳能热发电系统聚焦光斑能流密度分布方法的测量误差范围,对其进行了进一步研究。从理论公式出发,分析了该测量方法的误差源;使用球面小定日镜、CCD相机、漫反射板、中性密度滤光片等设备进行了能流密度测量的实验,使用MATLAB软件对实验数据进行处理,得到了漫反射板上聚焦光斑的能流密度分布和总能量;实验时借助全站仪测量并计算了定日镜中心的光线入射角,根据定日镜的面积和反射率、太阳直射辐射值、余弦效率等计算了光斑能量的理论值,并与测量得到的聚焦光斑总能量比较,得出了实验条件下该方法测量光斑总能量以及能流密度的相对误差为3.5%。该测量误差在允许范围内,进一步证实了该能流密度测量方法的正确性和可行性。     

基于虚拟圆柱的曲面拼接方法

圆柱坐标下的多视角(孔径)扫描拼接方法主要针对类似回转物体面形的拼接测量,用该方法在对非单一回转轴,或者近似回转轴位置远离坐标轴形式的一类物体面形的拼接测量时遇到了困难,把拼接方法推广到基于虚拟圆柱可以解决这一难题。为此提出了基于虚拟圆柱原理的曲面拼接方法,给出了如何估计虚拟圆柱的半径,以及轴心坐标的计算方法,推导了基于虚拟圆柱的坐标转换方程,通过计算机模拟验证了其精确性,并通过实验证明这种方法对解决三维复杂物体表面特别是多视角测量获得面形的拼接测量问题是十分有效的。     

自校准靶型在冲击波实验中的应用

在使用任意反射面速度干涉仪(VISAR)测量运动表面速度的过程中,利用双灵敏度方法可以获得唯一的速度。由于双灵敏度方法对速度的判断需要人为干预,所以就会出现速度的非唯一性问题。在成像型VISAR中,由于散斑和条纹质量下降等问题,该现象更加严重。提出了一种可进行自校准判断的靶型,可以在获得冲击波速度的同时获得唯一冲击波速度,从而改进了双灵敏度方法。通过积分速度曲线的面积,获得运动表面所经历的距离。比较几组相近速度曲线的积分值与已知样品的厚度,可以获得准确的冲击波速度历史曲线图。同时该方法也是一种从实验上验证VISAR系统不确定度的方法,与理论上的评估结果相互吻合,证明了该方法的正确性。这种改进的双灵敏度测速方法和不确定度评估方法,可为未来的VISAR诊断精密化发展提供技术思路。     

双频激光干涉测角中角锥镜的不对称性对测角精度影响的分析

对双频激光干涉测角中反射镜组内两角锥镜的不对称性进行了分析,包括两反射角锥镜的制造工艺误差——两反射角锥镜的厚度偏差,以及安装偏差——两反射角锥镜前表面不平行度。推导出了由于该类误差带来的测角影响,建立了精确的角度测量模型。     

多面体模具角参数自动测量方法的研究

多平面冷反光镜模具质量的好坏直接影响着出射光束照度的均匀度和出射光束的定向性，目前使用的检测方法存在测量过程繁琐费时，测量精度低等缺点。本文介绍了一种利用ＣＣＤ线阵光电探测器研制的多面体模具角参数自动测量系统。该装置采用光学方法，将待测的几何参数——两相邻平面间夹角α转化为测量该两平面反射光聚焦光斑的距离，然后用ＣＣＤ图像数据采集系统处理数据。使整个系统简单、紧凑，适用范围广，对不能接触测量或因面形太小或因形状复杂而难以测量的平面夹角均可进行测量。本文亦讨论了实验数据处理，并根据实际情况，采用重心法计算光斑中心位置，使测量精度有了很大提高。最后给出了利用该系统测量的结果。     

剖析钢丝弹性模量测量中的影响因素

钢丝弹性模量测量导致产生测量误差的因素很多,其中有反射镜的摆放、反射镜后脚长度调整、反射镜望远镜和标尺高度的调整、钢丝长度的测量、钢架水平的调整等。详细分析了以上诸多因素对钢丝弹性模量测量产生误差的原因。