反射式表面粗糙度光纤传感器及其模糊算法

本文提出了一种新型表面粗糙度光纤传感器,阐述了它的结构、工作原理,给出了测试结果.运用模糊算法,分析实测数据,得到系统的测量规则和隶属函数.经过模糊推理和决策计算出相应的输出值.该算法可减小测量误差,提高测量精度,扩大测量范围.本系统能准确地识别R_a分别为0.012μm,0.025μm,0.5μm,0.1μm的被测表面.     

微小深度尺寸现场测量系统的研究

针对目前微小深度尺寸现场测量难的问题,设计开发了一种基于光切原理的现场视觉检测系统,应用自主开发的基于Directshow和VC++的图像采集和处理软件,能快速、准确地检测被测工件表面的微小深度尺寸.实验结果表明,该测量系统景深达700μm,可测量20～990μm的深度尺寸,系统整体的测量不确定度优于3％;在200～5...     

基于双目视觉的多点三维振动测量系统

振动测量是现代制造业发展的关键技术之一,在军事、工业、农业等方面具有重要的应用意义。为了实现大视场、高效率的非接触式测量,基于双目视觉原理设计了一种多点三维振动测量系统。在待测物体表面粘贴多个标志点,对左右相机图像上的标志点进行多点同步准确匹配计算得到其空间三维坐标,实现三维测振。选取五个标志点进行实验,结果表明,测量误差最大为91μm/m,可满足大多数振动测量的要求。     

利用多频干涉法测量石英片的厚度

以多频干涉原理为基础,借助Y型光纤、卤素灯、光栅光谱仪等实验器材,搭建了微米量级的测厚仪,通过测量石英片上下表面反射光的干涉光谱图,经过离散傅里叶分析得到2块待测石英片样品的厚度为(48.7±0.7)μm和(8.9±2)μm,其值与迈克耳孙干涉法测量得到结果一致,并给出其理论上的测量范围.该测厚仪具有方便、可原位测量的优点.     

用于曲面精密检测的新型光纤三角传感器研究

基于光纤传感技术和三角测量方法，提出了一种用于曲面检测的新型光纤三角传感器。根据所设计的轮辐式接收光纤结构，可以在测量曲面与传感头间位移时，首先获取被测点处微面元的倾斜信息，以便对传感器测量值进行实时误差修正，从而解决了被测表面倾斜对坐标测量带来的影响。该传感器还能有效地消除环境光干扰、光源波动、表面反射率变化等对测量带来的影响。建立了传感器测量的数学模型。理论分析和初步的实验结果证明了系统的有效性和实用性。该传感器系统不稳定性好于0.3%，横向分辨率好于8μm，高度分辨率好于0.1μm。     

黑腔芯轴平台微细电火花加工技术

采用电火花成型加工技术,在黑腔芯轴侧表面加工平台。采用白光干涉仪对平台表面轮廓及粗糙度测量,结果表明:平面部分表面粗糙度小于0.5μm,最大峰谷高度小于15μm。通过奥林巴斯测力显微镜对平台尺寸测量,结果表明:平台的轴向尺寸加工精度可控制在±10μm,同一电极加工的平台尺寸一致性可控制在±2μm。分析了电极损耗对零件形状精度的影响规律以及平台表面粗糙度的影响因素,并通过负极性加工去除电极损耗对平台尺寸精度的影响。     

机器视觉螺纹螺距的测量与评定北大核心CSCD

为实现螺纹螺距的高效测量与合理评定,在分析现有机器视觉螺纹螺距测量方法的基础上,提出了一种基于面积法求解螺纹螺距的测量与评定方法。首先对螺纹图像进行旋转矫正,然后以螺纹轴截面上牙廓区域投影面积等几何关系,获取螺纹中径点,再使用最小二乘法拟合中径线,最后结合包容原则获得被测螺纹螺距。以螺纹塞规为对象进行对比实验,数据表明:面积法与接触式综合测量仪、工具显微镜所测螺距平均值相当,标准差0.9μm略大于综合测量仪所测螺距的标准差0.6μm,但远小于工具显微镜所测螺距的标准差9.6μm;测量效率上面积法是综合测量仪的1.9倍,是工具显微镜的2.5倍。     

合金钢材料光学常数的椭偏测量及其修正

用椭偏法测量了入射光波长0.632μm、入射角50°至85°时某合金钢的光学常数。考虑材料表面的粗糙度,用Ohlidal-Lukes理论对所测光学常数值进行修正,发现椭偏参量的修正量随入射角增大而增大。结果表明,用椭偏法测量合金钢光学常数时采用较小入射角能获得更精确的样片光学常数。     

基于散斑干涉的光滑表面变形快速检测

针对目前光滑表面力学性能测试困难的情况,建立了一种改进的数字激光散斑干涉测量系统。首先通过新的散斑干涉光路设计实现散斑照射,同时采用空间载波傅里叶变换法,对光滑零件加载变形的动态散斑干涉图像进行处理,最后得到光滑表面的变形场分布情况。该方法不对被测表面进行任何处理,可实现光滑表面的高精度全场变形测量。实验结果表明:最大变形处为镜面板的中央,测得最大变形量分别为1.936、1.861和1.797μm,与中心变形预设值接近。该方法光路简单、测量方案切实可行,能够实现光滑表面变形的快速动态测量。     

基于汉宁窗变密度条纹的储罐沉降视觉测量方法

针对储罐沉降问题,提出一种基于汉宁窗变密度条纹和二维视觉的储罐沉降测量系统。将设计的汉宁窗变密度条纹附于被测储罐的表面,在一定距离处通过远焦成像相机对表面的条纹进行实时采集,再通过特定的图像处理算法对图像进行处理以提取储罐的沉降位移。通过SOLIDWORKS三维建模、运动仿真和图像成像模块模拟了不同条件下储罐沉降的图像序列,对主要的测量性能影响因素、测量可行性和准确性进行了模拟分析。搭建了储罐沉降模拟实验测量系统,对系统的测量性能进行了实验分析。结果表明,本测量方法可实现储罐沉降位移的实时监测,在7.5 m距离外沉降位移测量精度优于10μm。     

Paper coatings with multi-scale roughness evaluated at different sampling sizes

Papers have a complex hierarchical structure and the end-user functionalities such as hydrophobicity are controlled by a finishing layer. The application of an organic nanoparticle coating and drying of the aqueous dispersion results in an unique surface morphology with microscale domains that are internally patterned with nanoparticles. Better understanding of the multi-scale surface roughness patterns is obtained by monitoring the topography with non-contact profilometry (NCP) and atomic force microscopy (AFM) at different sampling areas ranging from 2000 μm × 2000 μm to 0.5 μm × 0.5 μm. The statistical roughness parameters are uniquely related to each other over the different measuring techniques and sampling sizes, as they are purely statistically determined. However, they cannot be directly extrapolated over the different sampling areas as they represent transitions at the nano-, micro-to-nano and microscale level. Therefore, the spatial roughness parameters including the correlation length and the specific frequency bandwidth should be taken into account for each measurement, which both allow for direct correlation of roughness data at different sampling sizes.     

干涉显微镜中相移误差分析

相移误差是影响干涉显微镜测量表面形貌精度的主要因素之一。介绍了四帧算法、五帧算法、四帧免疫算法、五帧免疫算法的原理和计算公式 ,并对其特点进行了分析比较。利用自行研制的带旋转检偏器的干涉显微测量系统 ,分别用四种算法对Ra=0 35μm和Ra=0 .0 9μm粗糙度样块进行了实测。结果表明 ,五帧算法的重复测量精度优于0 5nm ,五帧免疫算法的重复测量精度优于 0 3nm。同时对在普通干涉显微镜上进一步提高其测量精度做了初步探讨     

烟雾激光透过率测试系统关键技术研究

为准确评估0.808μm、1.06μm、10.6μm激光对于推进剂包覆层烟雾的透过率,研制了激光烟雾透过率测试系统。国内首创10.6μm CO2激光器烟雾透过率测试系统,方案新颖,测试结果准确。经现场测试,该系统的精度、稳定度等指标均达到了设计要求。     

三坐标激光非接触测量技术在武器系统测量领域的应用

为实现某武器系统核心部件的自动精确测量,依据通用三坐标测量系统设计原理,研制了一套激光扫描自动测量系统。本文首先介绍了测量系统的组成;然后从激光测量头测量原理、电路原理和气路原理等三方面介绍了系统的工作原理;通过建立理想测量模型和实际测量模型,给出了测量坐标系与用户坐标系的转换关系及利用标准件进行系统参数标定的方法;最后,通过建立准刚体误差数学模型,对系统误差进行了分析、计算。测量结果表明,该系统单点测量精度优于7μm,球面度测量精度优于22μm。     

Roughness measurement of metals using a modified binary speckle image and adaptive optics

This paper proposes an integrated roughness measurement system that is based on adaptive optics (AO) and binary analysis of speckle pattern images. The aim of this study was to demonstrate the necessity for AO compensation in regions containing both heat and fluid flow turbulences. A speckle image was obtained by projecting a laser beam onto the specimen surface, and the laser pattern image reflected from the surface was binarized to experimentally correlate the intensity with the surface roughness. In the absence of the AO correction scheme, induced turbulences can severely increase the residual rms error from 0.14 to 1.4 μm. After a real-time closed-loop AO correction, we can reduce the wavefront root mean square (rms) error to 0.12 μm, which not only compensates for the aberration error from induced disturbances but also improves the overall performance of the optical system. In addition, an AO system having different gains was investigated, and a threshold gain value was found to be able to steadily compensate for the wavefront errors in less than 2 s. Measurement results of five steel samples having roughness ranging from 0.2 to 3.125 μm (0.3λ and 5λ, where λ is the diode laser wavelength) demonstrate an excellent correlation between the intensity distribution of binary images and average roughness with a correlation coefficient of 0.9982. Furthermore, the proposed AO-assisted system is in good agreement with the stylus method and less than 9.73% error values can be consistently obtained.     

轨迹成型法加工光学零件磨床中的微进给电控装置的研究

本文提出了一种在轨迹成型法加工光学零件磨床上实现脆性材料超精密磨削的微进给电控装置。试验表明,在轨迹成型法加工光学零件磨床上应用本装置对光学透镜进行磨削后,工件表面粗糙度可达Ｒａ＝０．０２μｍ,能够达到光学零件精磨的粗糙度要求。     

真实加工表面后向散射特性分析及表面参数反演

无合作目标激光绝对测距中,远距离、真实表面的后向散射特性机理不明朗,严重影响测距结果,是制约测距技术发展的重要瓶颈。以立铣、平铣、平磨等三种典型实际机械加工方式下的粗糙表面为研究对象,测量了在1 550 nm红外激光照射下形成的后向散射场,探究了不同加工方式下特殊后向散射场形成的原因,深入分析了表面纹理、入射方位角、入射角度、粗糙度对后向散射场分布的影响。实验结果分析表明,加工制造表面的后向散射光谱形态分布受加工方式的影响很大,且相互入射几何关系和粗糙度对每种加工方式下的实际粗糙表面均有规律性影响。为了能够获取足够的后向散射能量,对表面参数的识别反演显得十分重要。进一步构建了一种加工表面多维参数反演模型,采用另外一种加工方式(刨床)的样块数据进行验证,加工方式能够被准确区分,入射方位角和粗糙度反演的相对误差分别达到1.21%和1.03%,反演精度较高。经实验验证,通过表面参数的反演极大拓宽了无合作目标激光绝对测距的范围,有效降低了表面纹理、入射方位角、粗糙度等对测距范围的影响。这一研究结果还对具有纹理特征加工表面的后向散射光谱的研究和在其他领域的应用均具有一定的参考价值。     

反应烧结碳化硅平面反射镜的光学加工

介绍了100mm口径反应烧结碳化硅平面反射镜的光学加工工艺流程。按照流程依次介绍了在粗磨成形、细磨抛光和精磨抛光过程中使用的机床、磨具和磨料以及采用的工艺参数和检测方法。介绍了在光学加工各个步骤中应注意的问题。展示了加工后反应烧结碳化硅平面反射镜的实物照片。给出了面形精度和表面粗糙度的检测结果:面形精度(95%孔径)均方根值(RMS)为0.030λ(λ=632.8nm),表面粗糙度RMS值达到了1.14nm(测量区域大小为603 6μmⅹ448 4μm)。