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光谱共焦传感器多参数高准确度校准

计量学报 2024年第3期45卷 412-418页

作者：杨品澒唐波崔建军陈恺宋佩颉彭璐中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 中国计量科学研究院北京100029 甘肃省计量研究院甘肃兰州730071 西藏自治区计量测试所西藏拉萨850010 交通运输部公路科学研究院北京100029

针对高准确度光谱共焦传感器缺乏相应校准装置及方法的问题,提出了一种基于激光干涉测量的校准方法,并研制了相应的校准装置。一方面,提出了一种波长倍数间隔测量法,通过位移反馈控制将位移间隔设置为激光波长的整数倍,以减小激光干涉... 详细信息

针对高准确度光谱共焦传感器缺乏相应校准装置及方法的问题,提出了一种基于激光干涉测量的校准方法,并研制了相应的校准装置。一方面,提出了一种波长倍数间隔测量法,通过位移反馈控制将位移间隔设置为激光波长的整数倍,以减小激光干涉仪非线性误差对测量的影响;另一方面,提出了测点修正算法,消除了受检点处位移标准值因校准装置定位准确度限制不重合对测量的影响。实验结果表明:在0~100μm的测量范围内,示值误差为±23 nm,重复性为5 nm,示值误差测量结果的扩展不确定度U_(2)=7.0 nm(k=2)。构建的校准装置在0~50 mm的测量范围内的示值误差测量结果不确定度为U_(1)=3.0 nm+2×10^(-7)L(k=2)。

关键词：几何量计量光谱共焦传感器干涉仪非线性测点修正算法测量不确定度

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光谱共焦传感器关键技术研究进展（特邀）

激光与光电子学进展 2024年第2期 77-104页

作者：卢荣胜张紫龙张艾琳封志伟徐艳杨刘杰合肥工业大学仪器科学与光电工程学院

精密测量技术是先进制造业得以高速发展的基础。光谱共焦传感器具有测量精度高、检测速度快、系统集成度高等技术优势，已成为先进制造领域当前备受关注的精密测量技术之一。首先，介绍光谱共焦测量原理，分析构成光谱共焦传感器的关键... 详细信息

精密测量技术是先进制造业得以高速发展的基础。光谱共焦传感器具有测量精度高、检测速度快、系统集成度高等技术优势，已成为先进制造领域当前备受关注的精密测量技术之一。首先，介绍光谱共焦测量原理，分析构成光谱共焦传感器的关键器件；然后，针对点光谱共焦传感器，综述构成传感器的色散物镜、宽光谱光源、光谱检测装置，以及光谱处理算法等关键技术方面的研究进展；其次，针对线扫描光谱共焦传感器，综述扫描方式、光路结构、光谱检测装置，以及光谱信息处理方法等关键技术；最后，总结当前光谱共焦传感器的研究重点、难点，以及未来的技术发展方向。

关键词：光谱共焦传感器色散物镜宽光谱光源光谱仪峰值提取

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光谱共焦传感器探测误差的研究

计量学报 2017年第S1期38卷 94-97页

作者：位恒政王为农任国营裴丽梅中国计量科学研究院北京100029

针对装配在多传感器坐标测量机上的光谱共焦传感器的精度评价问题,分析了曲面倾角对传感器测量精度的影响,对传感器的点测量模式和扫描测量模式的计量特性进行了研究,主要包括形状探测误差、尺寸探测误差、扫描探测误差、平面探测误差,... 详细信息

针对装配在多传感器坐标测量机上的光谱共焦传感器的精度评价问题,分析了曲面倾角对传感器测量精度的影响,对传感器的点测量模式和扫描测量模式的计量特性进行了研究,主要包括形状探测误差、尺寸探测误差、扫描探测误差、平面探测误差,并设计了合适的标准器进行实验分析。通过对光谱共焦传感器计量特性的研究,可为用户应用光谱共焦传感器进行大尺寸自由曲面测量的不确定度分析提供理论支持。

关键词：计量学光谱共焦传感器坐标测量机探测误差

基于专利分析的光谱共焦传感器技术发展态势研究

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科技创业月刊 2022年第9期35卷 159-162页

作者：吴丹黄菲陈紫君容伯轩武汉知识产权保护中心湖北武汉430021

利用incopat、智慧芽专利检索数据库对光谱共焦传感器技术专利全球发展态势和专利技术构成进行分析。结果显示:光谱共焦传感器技术全球专利申请总体态势自2015年进入快速发展期,近20年申请量排名前十的技术申请人大部分为外国公司和中... 详细信息

利用incopat、智慧芽专利检索数据库对光谱共焦传感器技术专利全球发展态势和专利技术构成进行分析。结果显示:光谱共焦传感器技术全球专利申请总体态势自2015年进入快速发展期,近20年申请量排名前十的技术申请人大部分为外国公司和中国高校院所,已形成了围绕基础架构和理论的专利垄断。国内企业在光谱共焦传感器技术领域研发力度较弱。基于此,分别从技术、战略和专利保护应急和预警机制建设方面提出针对性建议。

关键词：光谱共焦传感器全球发展态势专利技术构成专利分析

基于C^(#)的光伏压花玻璃厚度在线检测仪设计

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建材世界 2024年第2期45卷 123-125,140页

作者：汪指航王晨宇朱新华高谨李志文中建材智能自动化研究院有限公司杭州310015

该文针对光伏压花玻璃设计并制作了一款在线厚度检测仪器。该仪器使用光谱共焦传感器,采用C^(#)上位机进行核心的交互控制以及数据处理,组合利用可编程逻辑控制器(PLC)和伺服电机控制测量位置。经测试,该仪器操作便捷、测量高效准确,可... 详细信息

该文针对光伏压花玻璃设计并制作了一款在线厚度检测仪器。该仪器使用光谱共焦传感器,采用C^(#)上位机进行核心的交互控制以及数据处理,组合利用可编程逻辑控制器(PLC)和伺服电机控制测量位置。经测试,该仪器操作便捷、测量高效准确,可以取代传统压花玻璃生产过程中繁琐的人工厚度检测。

关键词：玻璃厚度在线检测仪光谱共焦传感器 C^(#) PLC 伺服电机

基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术综述

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半导体光电 2023年第1期44卷 1-7页

作者：王玉龙李杰侯溪曹学东陈林杨文博中国科学院大学北京100000 中国科学院光电技术研究所成都610000

位移检测技术是几何量精密测量的基础,在当代精密制造领域应用广泛。光谱共焦位移测量技术具有对环境杂散光、被测物倾斜、材料类型不敏感,测量频率高以及分辨率高等优点,可以检测位移量、表面粗糙度、三维形貌以及单层或多层透明材料... 详细信息

位移检测技术是几何量精密测量的基础,在当代精密制造领域应用广泛。光谱共焦位移测量技术具有对环境杂散光、被测物倾斜、材料类型不敏感,测量频率高以及分辨率高等优点,可以检测位移量、表面粗糙度、三维形貌以及单层或多层透明材料的厚度,在精密位移测量领域中占据重要地位。近年来,利用衍射光学元件提高光学系统性能的光谱共焦测量技术被广泛研究。文章综述了基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术的研究进展。首先,介绍了光谱共焦位移测量原理和衍射光学元件的色散特性;其次,阐述了基于衍射色散原理的光谱共焦位移测量技术的发展历史及研究进展;最后展望了该技术的发展趋势。

关键词：位移测量衍射光学元件光谱共焦传感器

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基于光谱共焦系统的三维点云数据处理

基于光谱共焦系统的三维点云数据处理

作者：张志荣武汉工程大学

学位级别：硕士

在现代化生产的需求以及计算机、微电子等先进技术推动下,各种微型元器件得到广泛应用,对元器件表面质量检测可以判断产品合格与否,提高工业生产效率。光谱共焦传感器以其非接触、高精度、方便在线部署的特点近年来在三维检测领域备受... 详细信息

在现代化生产的需求以及计算机、微电子等先进技术推动下,各种微型元器件得到广泛应用,对元器件表面质量检测可以判断产品合格与否,提高工业生产效率。光谱共焦传感器以其非接触、高精度、方便在线部署的特点近年来在三维检测领域备受关注。本文通过光谱共焦传感器和精密三轴移动平台搭建光谱共焦系统,扫描获取微型元器件的三维点云数据,针对点云数据在空间中的特征属性,在系统上研究开发了一套较为完善的点云数据处理方法,对实验室三维测量项目的发展起到推动作用。论文主要从以下几个方面展开研究:1.介绍点云数据的基本概念和在计算机上的存储格式,为解决点云数据在空间中离散分布带来的问题,必须构建点与点之间的索引,创建点集之间的空间拓扑关系,为此引出点云数据的空间索引结构及其最关键的特征法向量和曲率;对开发过程调用的相关算法库,包括PCL点云库、Qt和其他相关技术进行研究。2.对点云数据处理的关键技术作理论分析和验证,包括数据的滤波去噪、简化、拟合、分割和曲面重建等。通过光谱共焦系统采集电路板元件点云,对电路板上的电容、划痕、孔洞等进行检测并作数据处理,在测量电路板电容过程中,提出基于高斯权重的空间点云平面拟合方法,通过该方法对分割后的电容上下表面拟合,精确计算得到电路板电容的高度和翘起度,精度达到1.2μm,满足微型元件高精度测量要求,具有较强的意义。3.采用C++面向对象编程思想,结合Qt图形界面框架,调用PCL等相关算法库开发了一套基于光谱共焦的三维点云数据处理系统,完成点云数据处理的基本功能和操作。最后通过多组测试数据对系统各模块功能、操作流畅度、处理效率进行了测试和分析。

关键词：光谱共焦传感器三维点云三维测量 PCL 点云数据处理

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平板平面度光学测量关键技术研究

平板平面度光学测量关键技术研究

作者：刘志浩河南理工大学

学位级别：硕士

大理石平板作为加工基准和检测基准,其工作面的平面度对提高机械产品的精度和测量精度起着重要的作用。然而现有测量方法存在测量效率低、精度低且不能自动化检测等问题。为此,本文提出一种高精度自动化的平板平面度扫描测量方法,并建... 详细信息

大理石平板作为加工基准和检测基准,其工作面的平面度对提高机械产品的精度和测量精度起着重要的作用。然而现有测量方法存在测量效率低、精度低且不能自动化检测等问题。为此,本文提出一种高精度自动化的平板平面度扫描测量方法,并建立了以高精度光谱共焦传感器为数据采集装置、以光学平晶作为标准器并结合二维长行程直线导轨的测量系统,并完成了该测量系统的搭建,将其用于平板平面度扫描测量。主要研究内容如下:1、针对常用的平板平面度测量没有实现自动化的问题,设计了一套平板平面度扫描测量系统,由计算机控制传感器沿着二维长行程直线导轨移动,获取面型数据,实现了平板平面度测量的自动化。2、针对平板平面度测量常用的测量方法需要人工布点,使得测量仪器的定位精度对测量结果产生较大影响的问题,采用双光谱共焦传感器背向安装,通过对两个面上的点对应扫描测量,再对两个面的数据进行整合分析和处理,从而消除测量仪器的定位精度带来的误差,提高了平板平面度测量精度。3、针对以光学平晶为基准,双光谱共焦传感器背向安装时的同轴度要求,研制了笼式结构夹具。实验结果表明,其同轴度误差小于0.05mm,满足传感器同轴安装要求,提高了位移测量精度。同时,针对该测量系统设计了对应的软件系统,实现了位移传感器高效率、高精度的路径扫描测量。4、最后,使用该测量系统进行平板平面度测量实验,使用二级大理石平板作为被测件,测量其工作面平面度,平面度小于11.48μm,不确定度为1.65μm。实验结果表明,该系统测量平板平面度的精度符合预期,可作为一种平板平面度测量方法使用。课题研究成果对于提高平板平面度测量精度及效率,实现平板平面度自动化扫描测量有着重要的意义。图51幅,表14个,参考文献77篇。

关键词：平面度测量系统平板光谱共焦传感器误差分析

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摆臂式轮廓仪测头空间位置检测技术研究

摆臂式轮廓仪测头空间位置检测技术研究

作者：陈林中国科学院研究生院（光电技术研究所）

学位级别：硕士

伴随着科学技术的快速发展,光学非球面由于其优异的光学性能,在大型光学系统、空间目标探测与识别和红外导引等技术领域有着较为广泛的应用。然而,目前光学非球面面形加工以及相应的在位检测依然存在一定的难度,为此提出了摆臂式轮廓仪... 详细信息

伴随着科学技术的快速发展,光学非球面由于其优异的光学性能,在大型光学系统、空间目标探测与识别和红外导引等技术领域有着较为广泛的应用。然而,目前光学非球面面形加工以及相应的在位检测依然存在一定的难度,为此提出了摆臂式轮廓仪的测量方法。摆臂式轮廓仪具有结构简单、成本低、测量范围大和测量精度高等优点,可以实现光学非球面的在位检测,避免加工中的镜面在搬运中带来的风险,同时提高了镜面面形的检测精度和加工效率。但是在实际的检测中,摆臂式轮廓仪测头空间位置中的测头偏心误差以及有效臂长均对其测量面形的精度产生一定的影响。本论文的主要工作是围绕摆臂式轮廓仪测头空间位置检测技术进行研究,提出了光谱共焦传感器测量测头偏心误差的方法以及点源显微镜标定测头系统空间坐标位置关系和激光跟踪仪测量横臂转台轴心线的联合测量有效臂长的方法。本论文的主要研究内容围绕以下几部分展开:1.调研了摆臂式轮廓仪的国内外研究发展状况,对摆臂式轮廓仪的测量原理进行了介绍,分析了测头空间位置对面形检测的影响,得出需要将摆臂式轮廓仪测头偏心误差控制在10μm,即测头偏心误差测量不确定度不超过3μm,同时有效臂长的测量不确定度不超过10μm。对目前一些偏心误差测量方法和有效臂长测量方法进行了2.介绍了摆臂式轮廓仪测头偏心误差的测量原理及光谱共焦传感器的测量原理,对测头偏心误差的误差因素及测量不确定度进行了相应理论分析,利用Monte-Carlo模拟方法得到理论扩展不确定度ULg=0.8μm。3.对有效臂长的测量方法进行了研究,提出了点源显微镜标定测头系统空间坐标位置关系以及激光跟踪仪测量横臂转台轴心线的方法,分别介绍了点源显微镜的工作原理、激光跟踪仪的工作原理以及两种测量方法的原理。利用Monte-Carlo模拟方法得到实验中有效臂长扩展不确定度UL=8.2μm。4.针对光谱共焦传感器测量摆臂式轮廓仪测头偏心误差,进行了对比实验,对比实验结果证明了光谱共焦传感器测量测头偏心误差的测量方法是可行的,测量数据是可5.针对点源显微镜标定测头系统空间坐标位置关系及激光跟踪仪测量横臂转台轴心线来测量摆臂式轮廓仪有效臂长,设计了对比实验,实验结果证明该测量方法的可行性与可靠性。

关键词：摆臂式轮廓仪偏心误差有效臂长光谱共焦传感器点源显微镜激光跟踪仪