激光三角法位移测量中被测物面倾斜产生测量误差的机理及其校正

利用光散射原理对激光三角法测位移中被测物的物面倾斜产生测量误差的机理进行理论研究。推得了面倾斜与相应的倾斜误差的关系式。实验结果与理论预计基本一致。在此基础上提出了校正倾斜误差的方法，并用模拟实验验证了该方法的可行性。     

三光路结构的调频连续波重采样测距方法

调频重采样是一种绝对测距技术。这种方法采用的光源波长随时间变化,形成一束宽光谱激光。激光在各时刻的波长通过辅助干涉装置进行测量,并对其中频率间隔相同的部分进行重采样,使调频测距系统具有较大的线性光谱带宽,较高的分辨率及精度。在实际测量过程中,测量装置本身及待测物都容易受到振动的影响,导致待测距离及辅助光纤长度发生变化,引入测距误差。针对这个问题,分析了振动对重采样测量结果产生的误差:(1)待测物的移动引入一个多普勒频移分量;(2)辅助光纤的振动使重采样频率也发生变化。为了弥补这两种误差,提出了一种三光路结构的补偿方法,在辅助光路中,使用一种光路结构简单小巧,且测量速度更快的全光纤马赫泽德干涉仪等效代替光谱仪,实时的监测信号光的瞬时频率。在测量光部分,在测量光路中引入两个部分反射镜产生两路补偿光信号,并通过FFT算法产生频谱。频谱的三个峰值分别与三路信号相对应。通过测量信号与其中一路补偿信号的峰值相减即可补偿多普勒误差,通过两路补偿信号的频率差与相对距离的比值即可得出实际的辅助光纤长度。实验证明,传统的重采样测距方法精度为23.6μm,三光路测距方法的精度可达到11μm,可见这种方法能够对系统的振动误差进行有效补偿。     

基于无衍射光的表面粗糙度三角测量及其灰色评定方法

 激光三角法是表面形貌非接触测量中的一种常用方法,在几何测量领域应用广泛。传统的激光三角法采用高斯光束作为指示光源,在机械扫描机构的配合下,通过对被测表面逐点扫描完成表面形貌的测量。采用新型的无衍射光替代传统激光光源,解决了普通高斯光束存在的“焦深”问题,简化了机械结构。并采用基于灰色系统理论的灰色滤波进行表面形貌的分离与评定,克服了原有方法对测量数据样本量和统计特性的依赖,并通过实验表明该系统能够准确地完成表面形貌的三维测量,所提出的灰色评定方法能够比较有效地进行表面形貌的分离与评定。     

表面散射光对激光三角法位移测量的影响

三角测量法是一种位移测量方法, 其测量精度不但受到传感器本身因素如光源、探测器、机械结构特性等因素的影响, 还受到被测表面特性如色泽、材料、粗糙度、倾斜度以及外界环境的影响。国内外的一些学者提出了许多提高传感器测量精度的方法, 但这些研究都是针对某一特性表面进行的, 没有涉及到对不同表面的测量时存在的问题。利用随机行走理论对物体表面的散射场进行了分析, 给出了不同粗糙度表面下弱散射光强与散射角及入射角的关系。由于设计制造的传感器量程范围内接收散射光的角度在15°至25°内变化, 因此取20°作为散射角角度, 理论计算模拟的三种不同粗糙面散射光强变化最大能达到300%左右。该结果对于优化激光三角传感器的设计和提高测量精度有一定的意义。     

基于干涉条纹图像对比法测量微位移

研究了基于迈克尔逊干涉条纹对比法测量微位移的实验。用He-Ne激光器、反射镜和分束镜组成的干涉光路,其中一个反射镜固定在被测物体上,通过被测物体的移动带动反射镜移动使干涉光路发生变化,从而导致干涉条纹的改变。在形成干涉条纹的位置利用线阵CCD采集干涉条纹图像,用序列图像对比的方法对图像进行处理和计算,得出被测物体的微位移。实验表明利用序列图像对比的方法测量微位移,方法切实可行、测量准确度高、测量的精度能够达到微米量级。     

从入射面检测锥体棱镜直角误差的方法

介绍了一种应用激光平面干涉仪从入射面检测锥体棱镜直角误差的方法。棱镜被测角通过一个夹具被预置一个初始角,使射入棱镜内的测试平行光垂直于被测角棱,经被测直角的两个面反射后形成全反射光路,当射出的光与测试平行光重合时产生干涉,实现对锥体棱镜直角误差的测量。介绍了测量、干涉条纹图形分析和直角误差计算的方法,并与传统检测方法进行了比较。结果表明,该方法具有操作简单、测量准确、计算精度高等特点,适合于高精度锥体棱镜(α≤3″)的直角误差测量。     

激光透射法测量透明板厚度

本文叙述了激光透射法测透明板厚度的原理,分析了透明板在生产线上运动状况下,由于上下跳动、偏斜及板的非平行差所带来的误差。采用对称的测量光路,可以有效地减少这些误差。测量误差在1％左右。     

变线距光栅线密度的干涉测量

变线距光栅在同步辐射装置、激光核聚变装置上有着广阔的应用前景，它的制作和检测方法尚未成熟。用干涉法测量变线距光栅的线密度，给出了测量原理、实验中的光路、数据处理的方法、测量结果。在待测光栅表面，衍射光干涉条纹的数量和密度是入射光干涉条纹和倍增后光栅的刻线之差。采用共光路的方案，使光路具有很强的抗干扰能力。用中值滤波消除干涉图像中的干扰。针对不同的干涉条纹，讨论和比较了两种测量方法，提出相对密度不变性。证明了干涉法完全可以用于变线距光栅的线密度测量，并能达到一定的精度，初步解决了检测问题，认为这种方法也可以用于变线密度光栅的加工中。     

双光路测量结合净信号处理方法在葡萄糖浓度定量分析中的应用

在近红外无创血糖测量中,由于人体血糖浓度变化引起的光强变化非常小,光谱易受到测量仪器以及被测对象自身生理变化的影响。背景变化的影响在测量过程中是无法消除的,只能通过有效的方法来降低这种变化带来的影响,其中选择光学性质与待测物相似,通过扣除相似参考物的光谱来修正该影响是目前常用的手段之一。为减小背景变化对光谱信号的干扰,准确地提取葡萄糖的特异性信号,提出了一种双光路测量结合净信号(NAS)处理的参考测量方法,采用双光路双检测器系统同步测量参考物和被测样品的光谱,然后基于参考物的光谱构建噪声空间计算样品光谱中的葡萄糖的净信号,并在纯吸收和强散射介质中开展了葡萄糖的建模实验,最后,结合二维相关光谱(2DCOS)分析技术和偏最小二乘回归(PLSR)模型对该方法的有效性进行了评价。二维相关分析的结果表明,与直接扣除参考背景的方式相比,净信号处理能突出葡萄糖的特异信号;而PLSR模型的预测结果表明,双光路的效果要优于单光路扣除背景光谱,糖在水溶液和20%-Intralipid溶液中的预测均方根误差(RMSEP)分别降低了35.25%和37.95%;而双光路结合净信号处理后,两种溶液的预测精度又分别提高了26.11%和14.84%。这表明,双光路测量和净信号分析相结合的方法能更有效地提取葡萄糖的特征信息,提高模型的预测精度,从而为无创血糖检测的实现提供更多可能。     

寄生虚反射对外差干涉椭偏测量的影响

研究了一种采用横向塞曼激光器并且没有任何运动部件的外差干涉椭偏测量系统。由非理想的激光源、偏振分光镜等器件所产生的非线性误差,是影响纳米测量精度的主要因素。采用琼斯矢量法,分析并建立了光学系统寄生虚反射所引入的误差模型,讨论了虚反射对误差漂移的影响。在不考虑其它误差因素的前提下,同一光路内部产生的同频率虚反射波对测量结果没有影响;而不同频率的参考光束与测量光束之间的交叉虚反射所产生的膜厚测量误差为亚纳米量级。讨论了消除和抑制虚反射误差的方法。     

一种把三角法应用于中、短距离测量的方法

三角法测距的原理公式中因变量、自变量及系统结构参数之间具有非线性关系,并且在系统结构确定之后,距离越远,单位距离变化在接收器件上的对应变化量越小,即测量分辨精度越低,测量精度与测量范围之间存在矛盾。通过采用一种新的距离分段的改进三角测距法,使远近距离都有一个比较适中的测量精度,较好地解决了测量精度与测量范围之间的矛盾。并给出其应用实例。     

A vision measurement model of laser displacement sensor and its calibration method

Laser displacement sensors (LDSs) use a triangulation measurement model in general. However, the non-linearity of the triangulation measurement model influences the measurement accuracy of the LDS, and the geometric parameters calibration process of the components of the LDS is tedious. In this paper, we present a vision measurement model of the LDS based on the perspective projection principle. Furthermore, a corresponding calibration method is proposed. A planar target with featured lines is moved by a 2D moving platform to some preset known positions. At each position, the world coordinates of calibration points are obtained by the cross ratio invariance principle and the linear array camera of the LDS is used for collecting target images. The simulations verify the effectiveness of the proposed model and the feasibility of the calibration method. The experimental results indicate that the calibration method achieves a calibration accuracy of 0.026 mm. Compared with the traditional measurement model, the vision measurement model of the LDS is more comprehensive and avoids a linear approximation procedure, and the corresponding calibration method is easily complemented.     

高精度激光三角位移传感器的技术现状

三角测量法是一种传统的位移测量方法.随着激光器、光电探测器和计算机的发展,三角测量法有了很多新的进展和应用.对激光三角位移测量系统进行概述和讨论.根据光线的不同入射方式激光三角位移传感器主要分为两种:直入射式和斜入射式.分别介绍了这两种方法的测量原理,并对它们各自的特点进行了比较.最后阐述了高精度激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势.     

基于最小二乘法多项式拟合三角测量模型研究

激光三角法具有非接触测量、测量范围大、相对测量精度高、结构简单、环境适应性强等多种优点, 得到了广泛应用。但是三角测量的理论公式具有非线性特征, 而且光学结构参数(a、b、θ)等在现实工程中具有不可测性。研究了三角测量中数学模型的建立方法, 选用多项式展开方法建立数学模型。通过应用最小二乘法拟合多项式的方法求解模型系数, 提出了根据最大相对拟合残差要求、结合相关系数用于控制拟合多项式阶数的评价方法, 并通过实际光学系统验证了该方法的可行性, 达到了0.01%的相对误差。最小二乘法拟合多项式的方法对于激光三角位移传感器的标定和系统误差消除具有实际的指导意义。     

基于光学三角原理的内径非接触测量方法

基于光学三角测量原理,提出了一种非接触测量内径的方法。对激光双光三角测量原理与单光三角测量原理进行了分析对比。采用单光三角测量原理设计了一种非接触式测量内径的光电测量系统。论述了系统的组成和总体结构,并通过实验对测量系统的精度进行了验证。结果表明,系统的测量误差不大于0.03mm,重复性测量精度优于±0.03mm。     

自调心伪双CCD光切360°三维轮廓测量系统

针对双 CCD三角测量系统的调心问题,提出一种利用单 CCD辅以可控机械回转臂实现光切 360°三维轮廓测量的新方案,给出了测量原理及系统结构,并详细介绍了映射函数法标定系统的原理及其具体实现.实物测量结果表明,该方法除具有双 CCD光切测量系统的全部优点外,测量系统可实现自动定心,后序数据融合简单,测量精度高,系统造价较低.     

Development of a laser-based measurement system for evaluation of the scraping workpiece quality

A laser-based measurement system for evaluation of the scraping workpiece quality that can eliminate contact-induced measurement errors and increase measurement accuracy is proposed. The laser-based measurement system comprises a light-scattering-type triangulation laser, a computer numerical control (CNC) machine tool, and an analog-to-digital (A/D) card. The triangulation laser measures the depth of the scraping spots and the CNC machine tool locates their position. The 3D data of the scraping workpiece is then drawn using the least squares method. Cast iron and Turcite workpieces can be measured. Five parameters of the scraping workpiece, namely peak points per square inch, percentage of points, distribution of heights of points or depth of surroundings, edge shape of the grooves, and flatness, can be evaluated. The scanning rate and sampling rate of the laser-based measurement system are 100 mm/s and 10 KHz, respectively. In the future, an appliance machine based on the proposed system will be designed for the on-line detection of scraping workpieces.     

提高CCD在激光三角测距中分辨率的方法

激光三角测距系统的精度主要取决于光斑象在探测器上的定位，用ＣＣＤ摄象机作为探测器时，光斑象的定位精度又取决于ＣＣＤ摄象机的分辨率。通常用光斑的采样灰度质心作为象点的准确位置可将ＣＣＤ的分辨率提高到亚象元级，但这种方法存在其固的的局限，边缘灰度跳变与高频干扰噪音影响。     

A comment on the energy coincidence method in angle-resolved photoemission

In the analysis of angle-resolved photoemission data for gold, Christensen suggested that the triangulation method of photoemission is inapplicable to materials with flat occupied electronic bands. We show that this argument is not fully justified because the accuracy of the triangulation method can be improved from what is obtained for the configuration discussed by Christensen by studying energy-coincident spectral features over an extended k?-region in a plane of the Brillouin zone.