Laser Alignment Techniques for Simultaneously Measuring Five Degree of freedom Deviations of the Object

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅａｌｉｇｎｍｅｎｔｏｆａｗｏｒｋｐｉｅｃｅｏｒｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎａｎｄａｔｉｔｕｄｅｏｆａｎｏｂｊｅｃｔｉｎｓｐａｃｅａｌｗａｙｓｒｅｑｕｉｒｅｓｕｐｔｏｓｉｘｄｅｇｒｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍｄｅｖｉａｔｉｏｎｓ,...     

Straightness Measurement Using Laser Diode and CCD Camera

１ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＩｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅａｎｄａｓｅｍｂｌｅｏｆｍｏｄｅｒｎｍａｃｈｉｎｅｓａｎｄｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ａｎｉｎｄｉｓｐｅｎｓａｂｌｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｉｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｆｏｒｍａｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎｅｒｏ...     

多程放大器光束空间分布的优化设计

This paper focuses on measuring straightness of large-scale dimension by using laser diode fiber alignment, diffraction imaging technique and a CCD camera. In this method, we use a laser diode fiber alignment beam as the datum reference of straightness, deviation of the measured from this datum, can be detected by a CCD camera directly. Also a novel image processing algorithm is presented. The experiment result shows that the measurement range of L (m), the measurement accuracy of the system is 3+2.3×10-6L(\mm).     

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。     

高精度单轴旋转姿态测量系统研究

 采用90型二频机抖激光陀螺和石英挠性加速度计,利用单轴旋转惯性组件的方法,研制了高精度姿态测量系统。介绍了系统的硬件结构组成和无减震结构设计方案,给出了初始对准和姿态测量系统的算法。系统的初始对准采取粗对准和精对准两种方式, 姿态测量系统的误差传播特性由系统的误差模型来描述。对该系统进行了静态导航实验和长时间单轴旋转导航实验。实验结果表明：系统水平姿态24h保持精度优于30″,24h航向保持精度优于30″。     

双轴准直测量调节系统

根据"神龙一号"和"神龙二号"两台直线感应加速器的直线性偏差不超过±0.2 mm、角度误差不超过±2″和高程误差不超过±0.2 mm的总体精度要求,分析了影响准直安装精度的主要因素和误差限定值;确定了采用激光跟踪仪、全站仪和水准仪相结合,建立包括大六边形网和小四边形网两个层次的高精度控制测量网;再通过专门设计的串并联精密调节机构,依据合理的准直安装工艺达到准直安装的精度要求。经过在"神龙一号"直线加速器准直安装的验证,此方法满足精度要求。     

基于莫尔信号的精密位移测量与控制的研究

应用光衍射理论分析了一种纳米级位移分辨率的双级衍射光栅测量系统,建立了衍射莫尔信号与对应位移的数学模型,并通过计算机仿真对莫尔信号的位移特性进行了研究。在此基础上构建了一套精密位移测量与控制装置,取差动零次激光莫尔信号为控制信号,由微机控制实现高精度位移检测及全自动精密定位。实验结果表明,基于激光莫尔信号的精密检测与控制装置可获得得5nm的位移分辨率及±0.4μm的定位精度。     

车载激光测绘系统的标定

介绍了车载激光测绘系统的组成和工作原理。对系统中的激光扫描仪增设了可见光源作为标校参考光,以便有效地确定激光测量中心和扫描方向,并直接测量部分标校参数。根据其特点,设计了基于可见参考光的标校方案。进行了静态标校试验和激光测绘系统动态精度测量试验,试验得到标定误差为0.028 1 m,系统平面定位误差为0.288 m。通过系统精度试验分析,进一步验证了标定方案的正确性和有效性。     

丝杠精度双频激光干涉测量中的阿贝误差实时补偿

提出一种利用双频激光干涉仪检测光栅刻划机分度丝杠的新型光路结构,推导出用于阿贝误差补偿的快速修正计算式,实现了丝杠测试过程中阿贝误差的实时修正,通过修正使不满足阿贝原则的测量系统获得了较高的测量精度。另外该方法还通过调整参考镜角锥棱镜消除了测量过程中丝杠轴向窜动引起的测量误差。实验结果表明,采用提出的方法在300mm的丝杠行程内修正的最大阿贝误差为1．39um,补偿后最大残差仅为0．48um,有效地提高了丝杠测量精度。     

基于重采样技术的调频连续波激光绝对测距高精度及快速测量方法研究

调频连续波激光测距方法可以实现高精度的大尺寸绝对距离测量, 且测量过程无需合作目标, 在大空间坐标精密测量领域有很高的研究价值. 而如何提高测量分辨率和实用化一直是近年来调频连续波激光绝对测距研究的热点. 本文研究了调频连续波激光测距的原理, 基于双光路调频连续波激光测距系统, 提出了通过信号拼接提高测量分辨率的信号处理优化方案, 该方案可以提高测距分辨率, 且可以降低对激光器的性能要求; 提出了可实现高速测量的简易测量方法. 设计加工了双光路光纤调频连续波激光测距系统, 利用该系统进行了测距分辨率及测距误差标定实验, 实验结果表明: 优化方案可以有效地提高测量分辨率和测量效率, 在26 m测量范围内, 测距分辨率达到了50 μm, 测距误差不超过100 μm; 快速测量方案有较高实用价值.     

基于偏振衍射色散共焦的光学元件轴向间距测量

光学元件轴向间距测量对精密光学系统的定位和装调具有重要意义。针对现有色散共焦测量系统中色散物镜结构复杂、色散范围小的问题,提出基于偏振衍射色散共焦的光学元件轴向间距测量方法,将传统折射共焦镜头几百毫米的轴向尺寸和复杂的装调需求简化为数毫米的单片镜,简化了系统结构。透镜间距和厚度测量实验表明,间距测量误差为10 μm。     

Research on laser Doppler velocimeter for vehicle self-contained inertial navigation system

An idea of using laser Doppler velocimeter (LDV) to measure the velocity for the vehicle inertial navigation system was put forward. The principle of measuring its own velocity with laser Doppler technique was elaborated and reference-beam LDV was designed. Then Doppler signal was processed by tracking filter, frequency spectrum refinement and frequency spectrum correction algorithm. The result of theory and experiment showed that the reference-beam LDV solved the problem that dual-beam LDV cannot be used for measuring when the system was out of focus. Doppler signal was tracked so that signal-to-noise ratio was improved, and the accuracy of the system was enhanced by the technology of frequency spectrum refinement and correction. The measurement mean error was less than 1.5% in velocity range of 0-30 m/s.     

高功率激光装置光束准直系统新型远场监测技术

利用高功率激光装置空间滤波器小孔成像和取样光栅的衍射,设计出一套新型光路远场监测方案,并且在实验平台上进行了实验验证.实验结果表明：相对传统的远场监测方法,该远场监测系统通过侧面离轴光栅取样灵活利用空间,其调整平均误差为空间滤波器小孔直径0.9%,能够满足准直系统远场调整精度(<小孔直径5%)的要求. 关键词： 激光技术 光束准直 光栅 远场     

Research on Theoretical Model of Linear Frequency Modulation Interferometry

1　Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　　Ｔｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｌｉｎｅａｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ(ＬＦＭ)ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｒｙｂａｓｅｄｏｎｆｒｅｑｕｅｎｃｙｔｕｎｎｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｌａｓｅｒ,ｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｍｅａｓｕｒｉｎｇａｂｓｏｌｕｔｅｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅ[1].ＡＬＤｐｕｍｐｅｄｍｉｃｒｏｃｈｉｐｓｏｌｉｄｌａｓｅｒｄｅｖｅｌｏｐｅｄ…     

Research on Theoretical Model of Linear Frequency Modulation Interferometry

In this paper, the principle of linear frequency-modulation (LFM) with an external microcavity laser is analyzed mathematically and a method to establish the math model of LFM heterodyne interference is presented. The expression of LFM heterodyne interference is deduced by an illustration of a triangular frequency modulation. At present, one application of the LFM technique is non-guide absolute distance measurement. Experimental results of a system for absolute distance measurement based on a microchip solid laser and LFM technique are given. Based on the precisely theoretical model some effective approaches to improve the performance of LFM and decrease the measuring error are discussed.     

结构现场可调的点激光精密测量系统

为了实现激光传感器测头可以根据现场条件来实时改变入射角度,建立了结构可调的点激光测量系统。建立了相机的针孔模型,利用张正友标定算法得到该相机模型的内部参数,定义点激光测量系统中的光心角,推导出利用像点坐标和相机内部参数实时求取光心角公式。建立了点激光测量系统的数学模型,引入点激光测量系统的结构参数:基线距和基准角,利用零平面和两个基准面标定系统结构参数。利用标定得到的系统结构参数进行实时的逆向工程在线测量。实验结果表明:测量系统量程为75mm时,该标定算法最大标定误差≤0.02mm,点激光测量系统的测量误差≤0.06mm,达到精密测量的要求。     

基于聚焦物镜与PSD的激光对中测量方法研究

针对传统激光对中方法数学模型复杂、求解困难的不足,提出一种基于聚焦物镜与PSD的激光对中测量方法。该方法利用光学系统中视场与焦距的关系以及相似三角形的原理得到不对中的角度偏差和平行偏差,测量原理简单,求解方便。实验结果表明,当平行偏量和角度偏量的测量范围分别为0.5 mm~1.5 mm,0.047 7°~0.143 2°时,平行偏量测量误差范围为0.035 mm~0.207 mm,角度测量误差范围为0.000 2°~0.012 8°。最后对系统测量误差进行分析并提出一种消除安装误差影响的方法,给出了计算公式。     

高精度激光三角位移测量系统误差分析

激光三角测量方法因其具有结构简单、非接触、信号处理便捷等特点而得到广泛应用。针对工程应用中提出的高精度、大工作距离的测量要求,从激光三角位移传感器结构、光斑定位不确定度和定标方法等方面进行分析,分别讨论了各个因素对于测量精度的影响,并提出了优化方案。经实验验证,该激光三角位移测量系统在110mm的工作距离下测量误差小于1.2μm,优于在同等工作条件下的商用激光三角位移传感器。     

Study on a reference optical system applied to the outline loss measurement of complicated three-dimension object

In this paper, laser Doppler reference optical technique is studied, and an optical system with high resolving power which is applied to longitudinal displacement measurement of complicated 3-D object is brought forward. Structure of the measuring optical head is designed reasonably. The experiments prove that the new-type reference optical system can achieve the outline loss measurement of object with the relative error of 0.3%.     

基于分步式压印光刻的激光干涉仪纳米级测量及误差研究

针对在未做隔离保护处理的环境中,基于Michelson干涉原理的激光干涉仪测量系统存在严重的干扰误差,不适合分步式压印光刻纳米级对准测量的要求.采用Edlen公式的分析及计算,不仅在理论上揭示出环境温度、湿度、气压等变化对激光干涉仪测量准确度的影响,而且证明影响测量准确度的最大干扰源是空气流动的结果.通过气流隔离措施和系统测量反馈校正控制器,能够实时补偿激光干涉仪两路信号的相差.最终,测量漂移误差在10 min内由13 nm降低到5 nm以内,满足压印光刻在100 mm行程中达到20 nm定位准确度要求.