纯距离法激光跟踪坐标测量系统的布局与仿真

一般激光跟踪测量系统通过测量距离变化量和跟踪镜转角来确定目标的位置坐标。而纯距离法激光跟踪测量系统只测量距离和距离变化量 ,而不用测量角度量 ,即可进行坐标测量 ,因此可得到较高的测量精度。其系统几何参数可以不借助外界实物标准尺进行自标定 ,并建立虚拟坐标测量参考系。多站测量系统的布局、测量点选择、计算的收敛性与误差等必须进行分析。从激光跟踪测量系统自标定的数学模型出发 ,分析其方程组的雅可比矩阵 ,推导出在自标定时测量系统中各站点和测量点的布局限制 ,并用计算机进行了仿真验证。     

四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统

介绍了基于多边法原理的四路激光跟踪干涉三维坐标测量系统 ,包括系统的工作原理、冗余特性、激光跟踪干涉仪、新型目标靶镜、系统的布局及实验结果等 ,并进一步指出下一步的工作。实验表明 ,在距跟踪干涉仪80 0mm远处 70 0mm× 6 0 0mm平面范围内 ,系统三维坐标测量不确定度为 0 .0 6 2 0mm。     

激光跟踪虚拟坐标测量系统与自标定方法的实验研究

激光跟踪虚拟坐标测量系统满足了工业领域大型工件和空间形位测量所提出的要求。这些要求包括 :高精度、无导轨测量、动态实时跟踪测量、全姿态测量等。在实验室建立了基于角度 距离法的激光跟踪测量系统和基于纯距离法的多站跟踪测量系统 ,分别在三坐标测量机、光学平台光栅位移系统下进行了实际跟踪测量和精度比对实验。并运用虚拟坐标自标定算法在虚拟坐标系下确定了初始点位置、目标点坐标及各点间距离。最后 ,对两种方法的特点进行了分析比较     

一种精确测量光学球面曲率半径的方法

在简要总结各种检测光学球面曲率半径方法优缺点的基础上,提出了利用激光跟踪仪和激光干涉仪测量光学球面曲率半径的新方法。首先,通过激光跟踪仪精确定位测量干涉仪出射球面波前的焦点和待测球面镜的曲率中心点坐标,再调整待测球面镜与干涉仪的相对位置,使待测球面镜达到零条纹干涉状态,用激光跟踪仪测定此时待测球面镜上多点的位置坐标,通过计算分析即可得到待测球面镜的曲率半径。研究和分析了这种测量光学球面曲率半径方法的基本原理,并提出了针对凸球面镜曲率半径的多区域测定平均综合优化的方法。结合实例对一口径为400mm的球面透镜进行了曲率半径的测量,测量得到其两面曲率半径分别为1022.283mm(凸面)和4069.568mm(凹面),并将该透镜进行了轮廓法测量对比,其相对误差都小于0.05%。     

动态几何量多站法激光跟踪测量自标定

采用激光跟踪控制系统实现工业几何量动态测量,提出了实现动态几何量测量的基本目标和任务。重点分析了采用多个激光跟踪测量系统实现动态几何量测量的基本原理,以及多站法完成自标定的方法。分析了自标定的仿真算法并给出实验结果,仿真结果表明影响自标定精度的主要因素为标准尺的精度     

多坐标激光干涉仪用于纳米定位系统中的研究

提出了应用激光干涉量度（LM）系列多坐标激光干涉仪在纳米定位系统中进行同步定位检测，具有尺寸小，重量轻，光源与测量头分离的特点，完全消除了由于光源的震动，发热等因素对纳米定位系统的影响；它的测量分辨率高，测量范围大及本身带有智能分析环节，在IC（Integrated circuit)制造装备及微机械，生物芯片制造装备等方面的应用中，满足大空间范围和超高精度定位的要求，并且可以通过分布式CPU控制方式实现多坐标高速，同步实时定位。     

基于数字图像相关法的空间目标位姿测量

针对传统立体视觉位姿测量方法中必须事先确定计算点的数量和位置的局限性,提出了一种基于三维数字图像相关法(3D-DIC)的空间目标位姿测量方法。该方法通过3D-DIC获得被测物不同时刻的全场坐标信息,根据提取的相应计算点坐标,结合空间向量求解空间目标的位姿参数。该方法可灵活选取计算点的数量和位置,并相应提出了计算点数量最优比条件。通过位移旋转台和六自由度平台分别对复杂形貌特征的面具试样进行了多位姿参数测量的实验验证。实验结果表明,计算点数量满足最优比条件时位姿测量精度最高,计算点的位置对测量结果影响较小,六自由度平台的测量误差在允许范围之内。所提出的3D-DIC位姿测量方法可在较小的误差范围内实现对空间目标多个位姿参数的测量。     

用激光加工硅钢片降低铁损残余变形的云纹干涉法测量研究

应用双镀层高温高频光栅和云纹干涉法对激光加工硅钢片降低铁损的残余变形进行了测量研究。分别对采用ＣＯ２连续激光和ＹＡＧ脉冲激光不同参数处理后硅钢片表面的残余变形进行了测量，对双镀层Ｃｒ－Ｃｒ光栅的制作方法、云纹干涉法测量残余变形的原理进行了讨论。实验结果表明，硅钢片在激光加工后，试件表面产生负性残余应变是细化磁畴，降低铁损的直接原因     

飞秒光频梳的任意长绝对测距

高精度测距在工业、航空航天、科学研究等方面都具有重要应用, 而不断发展的激光测距技术始终处于前沿研究领域. 本文研究飞秒光频梳绝对测距技术, 拓展光梳在长度测量领域的应用. 在利用脉冲激光进行任意绝对长度测量中常用到飞行时间法, 然而其测量分辨力受限于电子器件的带宽, 仅为毫米量级. 为克服这一缺点, 本文研究了光梳多脉冲序列之间的时间相干性, 结合多脉冲序列干涉法和飞行时间法提出了任意长绝对测距的方法, 搭建了基于改进型Michelson干涉原理的任意绝对测长系统, 通过同时测量多脉冲序列的一阶和二阶互相关信号, 可以分别计算出飞行时间的时间差, 即可得到被测距离. 利用光梳作为光源进行了0.6m的绝对测距实验, 将测量结果与高精度激光位移传感器的测量值进行比较, 实验结果表明本系统具有良好的测量线性度, 并且测距精度可达±0.5μm. 关键词： 飞秒光频梳 任意长绝对测距 飞行时间法 多脉冲序列干涉法     

长焦红外光学系统焦距的高精度测量技术

为提高长焦红外光学系统焦距测量的准确性,提出一种将干涉测量、光电自准和激光跟踪技术相结合的焦距测量方法。基于光学系统波前干涉测量光路,利用波前的power值对球面反射镜位置非常敏感的特性,结合激光跟踪仪的空间几何量精密测量和光电自准直仪的精密测角功能,实现长焦红外光学系统焦距的高精度测量。实验中对一理论焦距为1 520 mm的航空长焦红外光学系统进行测试,并结合测试设备的测量精度进行误差分析,5次测量的标准偏差为0.930 mm,测量误差小于0.2%,满足测试技术要求。结果表明这种方法用于长焦红外光学系统焦距的测量是合理可行的。     

扫描成像跟踪激光雷达

设计了一种基于激光图像跟踪的激光雷达系统来实现目标的跟踪测量。该系统通过激光光束二维扫描,形成包含距离和角度信息的三维图像,由测量视场内运动目标的几何中心与视场中心的角度偏差获得脱靶量,利用脱靶量驱动伺服机构使目标几何中心处于雷达扫描视场中心,从而实现目标的实时跟踪,并输出目标距离和角度信息。实测结果表明：采用设计的激光雷达系统对距离900 m的目标进行测量,测距精度优于0.25 m,角跟踪精度优于0.07°,角跟踪能力优于1.2（°）/s,实现了快速捕获目标、高精度跟踪测量和系统小型化等既定目标。     

一种具有多种成像倍率的电视跟踪测量物镜

在飞行试验中,采用直接成像的电视跟踪系统对飞行目标进行自动跟踪和测量,不仅观察方便,而且更适合于对视频信号数字化和图像处理。电视系统要执行在作用距离内对飞行目标的搜索、跟踪和测量等功能,单靠一种固定焦距的电视物镜显然是不够的。介绍了一种具有三种成像倍率的变焦距电视物镜,着重描述了其结构组成、技术性能及特点。借助于三种成像倍率的变化,系统得以实现形心跟踪、边缘跟踪和相关跟踪等多种跟踪方式,从而完成地多种成像状态下对飞行目标的自动跟踪和测量,如远距离的点目标,近距离体目标的某部位以及复杂背景中的动目标等。     

孪生光束干涉法测量光源的空间相干性

定量测定光源空间相干性在部分相干光成像, 非相干全息术及光信息处理领域具有重要的研究价值. 本文基于三角全息干涉光路提出了一种测量光源空间相干性的新方法. 利用三角干涉全息光路系统中分束镜产生的孪生光束进行干涉获得干涉图, 通过调整光源中心位置在写入平面内偏离光轴的量, 改变两孪生光束空间分离量的大小, 采集对应的一系列干涉图, 计算干涉图样的对比度, 从而对光源照明空间的波前上一系列不同距离的点对之间的空间复相干度进行测量. 实验系统光路配置较为简单且不需要使用特殊加工的光学元件. 针对一个准单色的扩展光源设计并进行实验, 结果表明利用文中提出的方法可以准确的测量光源的空间相干性, 实验结果相对于理论计算值的误差仅为3.8%. 关键词： 相干性 全息干涉 干涉仪 光学应用     

基于合作目标的激光水下定位

为了准确获取水下运动目标的运动轨迹,提高测量的数据率,提出了一种基于合作目标的激光水下定位方法。通过在被测目标上加装合作目标,利用合作目标的全反射特性,实现了脉冲式激光水下测角与测距的功能。介绍了激光水下定位的方法和系统组成,给出了水下定位的数学模型及测量结果。模拟实验结果表明,该方法具有一定的工程应用价值。最后,结合工程应用,对激光水下定位需要解决的一些实际问题进行了分析。      

透过散射介质对直线运动目标的全光成像及追踪技术

光散射是限制光传输以及降低和破坏光学成像性能的主要因素,透过复杂散射介质对运动目标的全光成像是光学领域极具挑战性的技术之一.本文提出一种利用散斑差值自相关透过散射介质对运动目标进行实时追踪的方法.采用赝热光照明,基于光学记忆效应理论,通过对运动目标采集的两帧散斑做差值,然后做自相关运算,计算目标移动的距离,实现对目标的实时追踪,并且利用相位恢复算法进行简单处理就可以重建隐藏目标.对该方法进行了实验验证,成功地对隐藏的运动目标实现了成像与追踪.这种透过散射介质对运动目标的全光成像及实时追踪技术,在生物医学等领域具有重要应用潜力.     

强激光远场光斑强度分布测量技术

准确测量激光远场光斑强度时空分布是分析强激光大气传输效应和评价激光系统性能的有效手段。概述了测量激光光斑强度分布的几种方法及其适用性,重点叙述了基于阵列探测法的强激光远场光斑强度分布测量技术,总结分析了量热阵列法、光电阵列法和量热/光电复合法等三类阵列探测系统应用特点。最后介绍了两种分别用于测量连续波高能激光和重频脉冲激光的光电阵列靶斑仪,系统具有结构紧凑的特点,能够满足运动靶目标上强激光参数测量要求。     

Tuning the detection sensitivity: a model for axial backfocal plane interferometric tracking

Backfocal plane (BFP) interferometry is a single particle tracking technique that allows one to measure minute displacements of a microscopic particle from the center of a beam's focus in three dimensions. In this Letter, we present a Fourier optics model to describe the interference effects that allow one to track the position of a particle moving along the optical axis. A detection numerical aperture is derived theoretically and confirmed experimentally, within which the interference intensity has a positive correlation with the axial position of the scatterer. For larger detection angles, the correlation is negative. The model helps to understand previously reported measurements and to optimize BFP interferometric tracking.