基于双远心光学系统的高精度外螺纹测量方法研究

针对井下爆炸装置主体密封螺纹的大径、中径、小径、螺距等参数的测量问题，为了提高螺纹测量自动化程度，在主体结构特点基础上研究了其外螺纹机器视觉测量方法。为了提高测量精度，设计了基于双远心光学系统的外螺纹机器视觉测量系统。研究了螺纹图像区域提取方法、快速特征点提取方法、参数计算方法等。在所搭建平台上，对所提出方法进行实验分析。实验结果表明，被测螺纹导程为3 980.8 m，大径为65 435.6 m，螺纹小径为60 669.4 m，测量牙型高为2 383.1 m，满足4级螺纹精度要求，证明了该方法的正确性和可行性。     

炮管内径测量仪校准装置研究及不确定度分析

针对炮管内径测量仪的校准溯源问题,阐述了炮管内径测量仪的结构原理,设计了一种具有双动测头的校准装置,建立了测量模型,分析了影响校准结果的主要因素,并对各因素的影响程度进行了定量评估,最后评定出测量不确定度.结果表明,校准装置的不确定度为0.22μm,测径仪校准结果的不确定度为3.0μm,能够满足内径测量仪的校准溯源要求...     

扫描式线宽测量仪

本文所研究的扫描式线宽测量仪是一种带光度测量的非接触式测量精密线宽的显微镜,可以对微小尺寸上反映出来的光度变化通过光电转换变成电信号经A/D输入计算机进行数据处理,并且将处理结果以距离——强度形式显示出来,测量精度可达1.3μm。     

基于虚拟三针法的螺纹中径测量方法北大核心CSCD

中径是决定螺纹联接质量的重要参数,为了能够利用机器视觉技术实现对螺纹中径的高效测量,提出了一种基于虚拟三针法的螺纹中径测量方法。建立虚拟三针法测量螺纹中径的理论计算模型;对螺纹图像进行了预处理和边缘提取,并利用最小一乘法对提取的螺纹轮廓进行拟合,获取中径值;以螺纹塞规为对象进行了对比实验。实验数据表明,利用虚拟三针法测得的中径方差较传统三针法降低了51.8%。测量效率上虚拟三针法是传统三针法的2倍以上,较触针扫描方法提高了52%。说明所提出的虚拟三针法也可以作为一种测量螺纹中径的手段。     

旧式大型工具显微镜数显化

大型工具显微镜是用途较广的精密长度计量仪器,主要用于测量螺纹中径、圆柱的直径等。目前实验室和工厂现有的仪器属50年代生产的老型号产品,用目视螺旋测微鼓上的刻度读数,人工记录和处理数据,测量时费时费工。针对大型工具显微镜数显化的问题,阐述了光栅、光电显微镜、单片机、新型传感器在数显上的应用。利用新技术和新型传感器改造老设备,使其实现数字化和智能化,以提高测量效率和测量精度。改造的结果表明,改造后的仪器测量效率大大提高,精度可提高一个数量级。     

三坐标轮廓测量仪测量离轴非球面的数据处理

为了研究三坐标轮廓测量仪测量离轴非球面的数据处理,介绍了三坐标轮廓测量仪测量离轴非球面的原理,对除三坐标测量仪自身误差之外的误差进行了详细的分析,在此基础上建立了校正这些误差的离轴非球面数据处理模型。使用Matlab与C语言混合编程,并进行了数据模拟,对实际离轴非球面进行了测量。在对离轴非球面数据进行模拟时,面形误差PV值小于0.001μm;实际应用时,面形误差PV值约为0.245μm,利用数据处理模型得到的面形误差PV值为1.2μm,达到了三坐标轮廓测量仪本身的测量精度。结果表明,所建立的数据处理模型和处理软件是正确的。     

基于飞秒光学频率梳相关探测的绝对测距

提出了一种基于飞秒光学频率梳相关探测的绝对距离测量方法,通过检测测量信号与参考信号的相关条纹,实现了绝对距离测量。研究了一阶相关函数的测量模型,建立了基于非平衡迈克耳孙干涉光路的测量系统,通过拟合一阶相关函数包络并提取其峰值精确判断脉冲重合位置,获得了被测距离。设计并配合长导轨进行了3 m的绝对距离测量实验,并与商用干涉仪测量结果进行实时比对。基于大量实验数据,针对环境因素及系统误差进行了分析,并进行了误差消除与补偿。研究结果表明,所提方法在500 min长期测量中,在3 m的测量范围内的最大测量误差为5.85μm,测量标准差为2.20μm。     

用改进的Van der Pauw法测定方形微区的方块电阻

借助于显微镜放大8×10倍,用目视法将四探针针尖分别控制在样品的面积为100μm×100μm的方形微区的内切圆外四个角区内,利用改进的Van der Pauw法能测定它的方块电阻。测量不受探针游移的影响,无需用测定探针的精确几何位置来进行边缘效应修正。本文利用有限元法对此结论给予证明,并通过金微触点的方块电阻测定得到证实。 关键词：     

大视场白光干涉测量系统及性能研究

基于国产化的2倍迈克尔逊型干涉物镜组,优选配置0.5倍适配镜,对白光LED照明光源进行带通滤波参数的仿真估算和实验性能比较,构建了整套大视场白光干涉精密测量装置系统并进行了实验测试,通过白光干涉轴向响应实验曲线确定了中心波长。实验结果表明：通过光谱滤波获得了较为理想的白光干涉轴向响应曲线;系统的水平最大视场达到了14 mm;高度为2.04μm和20.43μm的标准台阶样品的测量结果分别为2.05μm和20.47μm,10次测量重复精度（标准差）分别为12 nm和16 nm。对粗糙度样板、微机电系统传感结构和半导体晶圆膜层进行了实测,表明所研制的系统装置在三维光学无损精密检测领域的应用具有可行性。     

激光聚变靶丸快速筛选方法与技术研究

为了从海量激光聚变靶丸中高效检测出符合激光核聚变试验要求的靶丸,提出一种针对靶丸流水式测量的快速筛选技术。所提技术利用机械臂控制显微镜逐一对待测靶丸放大并通过CCD成像,利用空间矩亚像素细分算法计算出靶丸的亚像素级轮廓信息,进行圆度评定,并根据圆度大小对靶丸进行筛选。通过机械臂和靶丸放置盘之间的三维运动配合,可遍历测量所有待测靶丸。经过理论及实验证明该方法空间分辨力优于0.51μm,可快速、精确地对海量靶丸进行初步筛选。     

原子吸收法测定中药黄芩中不同化学形态的Cu、Zn、Fe和Mn

研究用原子吸收光谱法(AAS)测定中药黄芩水煎液中Cu,Zn,Fe和Mn化学形态的分析方法.水煎液经0.45 μm滤膜过滤后分为悬浮态和可溶态组分试样;对于可溶态组分试样,采用LSA-10大孔树脂将其分为有机态和无机态组分试样,并采用正辛醇-水分配体系,在模拟人体胃肠环境条件下,将水可溶态中4待测元索分离为醇溶态和水溶态,然后用AAS测定上述各组分试样中待测元素的含量,即可给出比现有的仅测量中药黄芩中上述各待测元素总量为多的信息.该法待测元素Cu,Zn,Mn的检出限(3倍空白标准差)为0.01μg·mL-1,Fe为0.02μg·mL-1,精密度(RSD,n=11)为1.5%～3.6%,对可溶态和无机态组分试样进行加标测定的回收率为96.7%～105.0%.所得结果对黄芩的综合研究有重要的实际意义.     

光频扫描干涉绝对测距漂移误差与补偿方法研究

光频扫描干涉(OFSI)技术是一种具有广阔发展前景的高精度绝对测距技术。在实际应用中,该技术对光程差漂移非常敏感,测量过程中光程差的微小漂移通过放大因子的放大,引入显著的测量误差。详细分析了由于测量臂光程漂移引入的多普勒效应对测量结果的影响,并根据频移误差放大项的符号与光频扫描方向相一致的特点,使用光频三角波扫描方法对漂移误差进行补偿。实验结果显示,对距离为3.6m的目标进行10次重复测量的标准差从21.51μm减小到2.85μm。另外,与干涉仪的对比实验结果显示,本方法所得残余误差的标准差由补偿前的18.6μm减小到5.6μm,提高了测量精度。     

基于平移差分的微结构线宽显微测量方法

从显微成像测量线宽的理论模型出发,分析了限制测量精度的边缘定位误差因素,基于阶跃边缘衍射光强微分的灵敏探测原理,提出一种平移差分的微结构线宽显微测量方法,即使用压电陶瓷微位移平台微量移动待测微结构沟槽,两步平移并采集三幅对沟槽清晰成像的显微图像,显微图像依次相减得到两幅差分图,将线宽测量转为差分脉冲距离测量,利用差分脉冲在阶跃边缘附近梯度变化灵敏度高的特点,突破衍射极限,提高线宽测量精度;再用纳米精度压电陶瓷位移台标定与显微成像系统有关的倍率测量常数,以压电陶瓷位移台的高精度保证测量结果的准确性。以可溯源计量部门、线宽为30.00μm的标准沟槽样板作为待测样品,10次测量得到线宽测量平均值30.03μm,标准差0.005μm,并对本方法进行了不确定度分析,最终得到合成不确定度为0.37%(k=1)。     

差动式彩色共聚焦粗糙度评定系统及实验研究

为了满足大范围表面粗糙度测量评定的需求,本文介绍了一种基于彩色共聚焦传感器的差动式非接触测量评定系统和方法。在所提出的系统中,两个彩色共聚焦传感器和一个光学平晶构成差动式测量系统,并通过球头球窝连接方式与机械运动平台耦合。使用这种差动式结构可以补偿机械运动平台的直线度误差,并可以有效地提高测量评定精度。在此基础上,本文建立了表面粗糙度测量、误差补偿和测量性能评估的方法。为了验证所提出系统的性能,对标准高度台阶量块和粗糙度量块进行了测量评定实验。台阶高度的测量实验结果表明,在60 mm的行程范围内,所提出系统6次重复测量的标准偏差s为0.16μm,相对标准偏差RSD为0.054%,机械运动平台的直线度误差得到了有效补偿;在测量粗糙度量块时,粗糙度参数R_a和R_q的测量误差分别为0.032μm和0.073μm。所提出系统的粗糙度测量评定能力满足大多数工程应用的需求。     

利用牛顿环装置测量平玻璃折射率

在牛顿环实验装置半透半反镜和移测显微镜物镜之间垂直光路位置放置待测平玻璃,改变平玻璃倾角,使干涉条纹产生水平位移,测量水平位移和倾角之间的关系,通过数据拟合测出平玻璃折射率的大小.该方法的关键是平玻璃倾角和水平微小位移的准确测量.实验中充分利用实验室现有条件组装角度测量仪测量倾角,利用牛顿环高精度移测显微镜以干涉环为参照读取微小位移,实现了对折射率较高精度的测量.     

微尺度三维变形测量的显微数字图像相关系统

基于体式显微镜和数字图像相关法,提出并实现了一种用于对微小尺度材料进行全场三维变形测量的显微数字图像相关系统。针对体式显微镜标定,提出一种高精度的基于B样条曲面重构的成像系统畸变模型,该模型通过采集自主设计的高精度平面标定板图像,来构建无畸变图像平面和标定板平面之间关系,并以此确定空间B样条曲面形式。利用一种高效的对称亚像素细分法来实现数字图像的高精度匹配,并介绍了所提系统进行三维测量和分析的过程。实验结果表明,标定结果的平均重投影误差为0.03pixel,位移测量精度优于0.2μm,应变测量误差的标准差不超过100με。同时,实验结果也证实了该系统可以准确、全面地实现对微小尺寸材料表面的全场三维变形测量。     

螺纹边界法对圆柱超声缓冲杆尾随脉冲干扰的抑制*

对于高温管道壁厚的超声波在线监测,需要超声波探头与缓冲杆搭配使用,以降低探头的接触温度。超声波在圆柱形缓冲杆的边界会发生波型转换,在缓冲杆的第一次和第二次底面回波之间产生等间隔的尾随脉冲干扰,影响管道内壁回波的识别与提取。该文创新性地采用螺纹边界法改变缓冲杆的边界特征以抑制尾随脉冲干扰,经实验验证螺纹边界法对尾随脉冲干扰有较好的抑制效果;不同螺纹螺距的实验对比表明,对于直径为20 mm的钢材料圆柱缓冲杆,在1 mm、2 mm和3 mm三种螺距中,螺距为2 mm的螺纹边界对5 MHz超声波的尾随脉冲干扰的抑制效果最强。     

滑块内滚道型面精度的倾斜测量

为了实现滑块内滚道型面精度的快速准确测量,提出一种基于激光三角位移传感器倾斜测量的方法。对该方法的算法进行推理与验证,同时借助高精度圆棒进行实验验证。根据测量系统的特征与滑块内滚道的形状,建立相对应的模型。设计相应的算法,计算滑块内滚道的半径,并对测量过程中的误差来源进行标定补偿。在内滚道轮廓算法的基础上,计算滑块内滚道的轴线相对基准面的位置与平行度。介绍该方案的验证性实验并分析结果。实验结果表明:标准圆棒的测量精度为3.75μm,标准差在2μm以内。实验结果满足5μm的测量精度要求,且该测量方式对标定件与待测件没有位姿要求,具备一定的推广性。     

绝对编码光栅的相位细分及其在位移测量中的应用

提出通过光栅条纹相位的精密测量,获取光栅高精度位移信息的方法。具体方法是对光栅图像采用多码道设计,用CCD二维图像传感器获取测量段光栅图像多码道信息。对最低码道图形的周期函数序列进行傅里叶变换、基频滤波和逆傅里叶变换获得光栅截断相位分布,其余码道信息提供相位展开的级次,以此获得测量段光栅的绝对相位分布。用光刻的手段制作了实用的绝对编码光栅,基元码道的尺寸是:27.36μm用于明条纹,27.36μm用于暗条纹,最小基元码道空间周期为54.72μm,光栅长度为14008.32μm。在步长近似3μm的位移测试中,与比对的标准仪器记录值比较,标准偏差为0.2057μm,精度在亚微米量级。重复性实验表明,位置测试的稳定性为0.09μm(标准差),得到600倍以上细分的分辨力。     

GNSS天线连接器同轴度误差测量技术

为测量GNSS天线连接器同轴度误差,构建了连接器分段旋转数学模型,提出了一种水平转台和机器视觉结合的非接触式测量方法,搭建测量装置并进行了测量实验.分析连接器运动方式和同轴度误差测量方法,确定各轴线之间的偏移关系,建立同轴度误差数学模型和测量模型.搭建测量装置,相机安装在水平转台上方,光轴平行于水平转台轴线.旋转水平转台,使用相机捕捉转接螺杆端面圆心位置并拟合轨迹,完成测量装置同轴度误差自标定.将连接器安置在水平转台上,旋转水平转台,测量连接器顶部螺纹杆轴线相对水平转台轴线的偏移.旋转连接器的承载器,测量连接器顶部螺纹杆轴线相对承载器轴线的偏移.最终,综合各轴线的偏移关系得到连接器同轴度误差的最大值.实验结果表明,测量装置对GNSS天线连接器同轴度误差的测量标准差为9μm,单次测量结果的扩展不确定度U=30μm(k=2),满足GNSS天线连接器0.1 mm至1 mm量级的同轴度误差的测量需求,使用连接器同轴度误差修正GNSS超短基线测量结果,可以显著提升基线测量精度.