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二次测量法及其在轮廓形状测量中的应用

计量学报 2006年第z1期27卷 114-117页

作者：赵前程邓善熙湖南科技大学机电工程学院测控技术与仪器系湖南湘潭411201 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

二次测量法将轮廓形状的测量和数据处理过程分为两步:第一步为建模过程,首先在轮廓上布置N个采样点(称之为建模点),通过测量,获取采样点处的坐标值,然后根据各点的坐标值建立轮廓的形状模型;第二步为检验过程,在轮廓上再布置M个采样点(... 详细信息

二次测量法将轮廓形状的测量和数据处理过程分为两步:第一步为建模过程,首先在轮廓上布置N个采样点(称之为建模点),通过测量,获取采样点处的坐标值,然后根据各点的坐标值建立轮廓的形状模型;第二步为检验过程,在轮廓上再布置M个采样点(称之为检验点),根据建立的轮廓形状模型,重构各检验点的模型坐标值,再通过实际测量获得检验点的实际坐标值.将模型坐标值与实际坐标值对比,可以对建模采样过程中采样点的布局合理性和采样点数的充分性进行检验.本文以圆轮廓、自由曲线轮廓和圆柱轮廓为例,论述了二次测量法的原理以及数据处理过程,并通过仿真和实测试验验证了该方法的正确性.

关键词：计量学形状测量二次测量法建模

形状测量的光学方法应用于组合薄壳的屈曲模态测量

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力学季刊 2001年第4期22卷 460-463页

作者：赵鸿顾绍德冯平同济大学教育部固体力学重点实验室上海200092

本文应用影像云纹法、频率编码法对短圆柱组合薄壳的屈曲现象进行了研究,给出数字化的初始曲面和屈曲模态图象,将现代光力学法用于快堆主容器结构稳定性模拟体分析实验研究,取得较好的实验结果。本项目的研究成果,为我国制定快堆主结构... 详细信息

本文应用影像云纹法、频率编码法对短圆柱组合薄壳的屈曲现象进行了研究,给出数字化的初始曲面和屈曲模态图象,将现代光力学法用于快堆主容器结构稳定性模拟体分析实验研究,取得较好的实验结果。本项目的研究成果,为我国制定快堆主结构的安全性评估提供科学依据。

关键词：影像云纹初始曲线屈曲模态形状测量组合薄壳中国快中子反应堆光力学法频率编码法屈曲破坏安全性评估

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基于时空域相移法的高精度三维形状测量

激光与光电子学进展 2023年第8期60卷 315-323页

作者：李志远王庆华夏鹏产业技术综合研究所分析测量标准研究部门日本筑波305‒8568

相移法是分析条纹图案相位信息的一种有力工具。介绍新开发的时空域相移法(ST-PSM)的基本原理和在非接触式三维形状测量中的应用。模拟结果表明,ST-PSM可以大幅减少随机噪声,同时可以消除图像传感器的非线性响应、动态范围小等对测量结... 详细信息

相移法是分析条纹图案相位信息的一种有力工具。介绍新开发的时空域相移法(ST-PSM)的基本原理和在非接触式三维形状测量中的应用。模拟结果表明,ST-PSM可以大幅减少随机噪声,同时可以消除图像传感器的非线性响应、动态范围小等对测量结果的影响。实验结果表明ST-PSM在曝光极端不足的条件下可以进行稳定的非接触形状测量。

关键词：三维光学测量相位分析傅里叶变换时空分析形状测量

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CMM形状测量任务的不确定度分析与评定

计量学报 2020年第2期41卷 134-138页

作者：程银宝陈晓怀王中宇王汉斌李红莉李亚茹中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009 福建省计量科学研究院福建福州350003

研究了坐标测量机(CMM)形状测量任务的不确定度评定问题,实现了CMM形状测量的不确定度快速、可靠地评定。给出了测量不确定度评定与表示指南(GUM)和蒙特卡洛随机抽样两种不确定度合成方法,平面度测量实验验证了不确定度评定方法的可行性... 详细信息

研究了坐标测量机(CMM)形状测量任务的不确定度评定问题,实现了CMM形状测量的不确定度快速、可靠地评定。给出了测量不确定度评定与表示指南(GUM)和蒙特卡洛随机抽样两种不确定度合成方法,平面度测量实验验证了不确定度评定方法的可行性,实验结果表明:GUM确定的不确定度精度意义不可靠,扩展不确定度相对于实际情况扩大了11. 1%;解决CMM形状测量任务的不确定度评定问题,具有较强的典型性和代表性,可有效地应用于解决其他精密仪器的不确定度评定问题。

关键词：计量学形状测量坐标测量机不确定度分析与评定

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发动机喷油嘴微小喷油孔尺寸和形状测量系统

内燃机学报 1998年第4期16卷 475-479页

作者：吉贵军 SchwenkeH TrapetE 罗震天津大学精仪学院德国联邦物理技术研究院

本文介绍一种集光学方法和机械接触方法优点于一体，用于测量发动机喷油嘴微小喷油孔尺寸和形状的测量系统，并首次给出对直径２１４μｍ的油嘴微小喷油孔尺寸和形状的测量结果。该系统测头直径为４０μｍ～１００μｍ，测量精度优于１... 详细信息

本文介绍一种集光学方法和机械接触方法优点于一体，用于测量发动机喷油嘴微小喷油孔尺寸和形状的测量系统，并首次给出对直径２１４μｍ的油嘴微小喷油孔尺寸和形状的测量结果。该系统测头直径为４０μｍ～１００μｍ，测量精度优于１μｍ，测量力小于１０μＮ。

关键词：微型测头系统发动机喷油嘴形状测量

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基于迈克尔逊干涉仪的斜率与形状测量系统

仪器仪表学报 2006年第z2期27卷 1549-1550页

作者：张于北郭广平张建合刘庆珍北京航空材料研究院6室北京100095

运用迈克尔逊干涉仪的原理,可以十分容易地建立实时错位散斑斜率测量与条纹投射三维形状测量系统。通过一个压电陶瓷相移器,还能够在错位散斑斜率测量与条纹投射形状测量方法中实现自动相移技术下的相位测量。经过去除噪声、试验结果的... 详细信息

运用迈克尔逊干涉仪的原理,可以十分容易地建立实时错位散斑斜率测量与条纹投射三维形状测量系统。通过一个压电陶瓷相移器,还能够在错位散斑斜率测量与条纹投射形状测量方法中实现自动相移技术下的相位测量。经过去除噪声、试验结果的计算机自动评价,测量数据的质量明显提高。使用这些技术,比较成功地完成了两项测试实验:铝合金蜂窝板结构的内部缺陷检测和牙齿咬合面的形状测量,并给出了相应的实验结果和结论。

关键词：错位散斑条纹投射斜率测量形状测量相移

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用于形状测量的光纤光栅柔性传感技术研究

用于形状测量的光纤光栅柔性传感技术研究

作者：杨跃辉武汉科技大学

学位级别：硕士

近年来,软体机器人技术成为研究热点,并得到了迅速发展。与此同时,基于软体机器人高度的柔韧与变形特性,使得驱体的柔性材料易受接触物、负载以及自身重力的影响。因此,搭载形状传感器对柔性驱体形状信息实现准确的反馈,是实现软体机器... 详细信息

近年来,软体机器人技术成为研究热点,并得到了迅速发展。与此同时,基于软体机器人高度的柔韧与变形特性,使得驱体的柔性材料易受接触物、负载以及自身重力的影响。因此,搭载形状传感器对柔性驱体形状信息实现准确的反馈,是实现软体机器人精准控制的重要环节。传统的基于电磁原理的应变传感器因存在刚度大、体积大、弱点信号易受干扰、零点漂移以及相容性差等问题,与软体机器人融合时难以满足形状测量要求。光纤光栅凭借其精度高、体积小、重量轻、耐腐蚀、易于集成、不受电磁干扰、生物相容性好以及单根光纤可以串联多个测点等优点,成为了软体机器人形状测量的首选传感元件。但是,目前基于光纤光栅的软体机器人形状传感器研究尚存在许多不足,比如:并未从光纤光栅与柔性基体结合的角度探索二者在结合并进行形状测量时的响应规律;大多传感器只能实现多点曲线形状传感,不能实现多点曲面形状传感;传感器只对单方向纯弯曲曲面进行测试,并没有开展复杂曲面的形状测量;此外,传感器制作工艺上也需要完善。针对上述问题,本文结合光纤光栅传感技术的优势和特性,对用于形状测量的光纤光栅柔性传感技术展开了研究,具体工作如下:1.对基于植入式光纤光栅软体机器人形状传感技术研究现状进行了调研。总结归类了光纤光栅的布置方法与传感算法,提出现有研究技术的局限性,对开展后续工作进行了初步的构思。2.结合光纤光栅的传感原理和敏感机制,对基于光纤光栅的形状传感技术进行了理论分析,推导了曲率测量原理,得到了光纤光栅波长变化量和曲率的正比关系。之后,根据光纤在实际情况可能发生的形变,建立三维坐标系,提出了一套曲面重构算法。3.选取聚二甲基硅氧烷和硅胶作为柔性基体,开展了植入光纤光栅的不同杨氏模量软体材料弯曲测量响应特性研究。低杨氏模量的柔性材料与高杨氏模量的刚性二氧化硅的结合时存在的刚-柔应变耦合引起的蠕变、应变传递差异等实际问题。柔性基体和光纤光栅的杨氏模量差异越大,刚-柔耦合引起的蠕滑越严重。而且,光纤光栅的应变传递率与柔性基体的杨氏模量有关,与柔性基体材料无关。得到最大应变传递率为0.680,最小应变传递率为0.260,最大灵敏度为56.649,最小灵敏度为35.668。然后建立应变传递模型验证了实验结果与理论推导的一致性。4.基于光纤光栅的柔性传感器重建实验研究。首先研究了一种基于单向平行阵列光纤光栅的柔性传感器。搭建实验平台,对传感器进行了曲率标定实验,接着对单方向纯弯曲曲面进行了形状测试,最大曲率测量误差为5.7%,最小曲率重建误差为3.4%;在此基础之上,又设计了一种基于上下正交光纤光栅的柔性传感器。搭建实验平台,对传感器进行了曲率标定实验,对复杂曲面进行了重建测试,并对试验结果进行了误差分析,最大曲率测量误差为4.5%,最小曲率测量误差为2.8%。证明了该重构算法的可行性,解决了现有基于光纤光栅软体机器人形状传感器研究中存在的缺陷,为基于植入式光纤光栅的软体机器人形状测量技术的研究提供了科学参考。

关键词：光纤光栅软体机器人刚-柔应变耦合应变传递差异曲率测量形状测量

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基于图像的靶板形状测量研究

基于图像的靶板形状测量研究

作者：曾勇国防科学技术大学

学位级别：硕士

本文将双目视觉测量技术引入装甲防护领域,研制开发了一套靶板变形测量系统,对金属靶板损伤区域形状进行了高精度三维测量。首先从课题需求出发,分硬件软件两部分对靶板变形测试系统进行设计;然后分章介绍靶板变形测试系统的关键软件功... 详细信息

本文将双目视觉测量技术引入装甲防护领域,研制开发了一套靶板变形测量系统,对金属靶板损伤区域形状进行了高精度三维测量。首先从课题需求出发,分硬件软件两部分对靶板变形测试系统进行设计;然后分章介绍靶板变形测试系统的关键软件功能及其实现;最后验证靶板变形测试系统测量精度,取弹道实验中受损伤的金属靶板进行三维测量,分析测量结果并得出结论。本文主要完成的工作和创新点有:(1)使用基于移动平面的摄像机标定方法标定摄像机,建立考虑镜头畸变的非线性成像模型,求解畸变系数以提高摄像机标定精度,确定了三维空间物点到二维图像平面像素点之间映射关系,为后续的图像分析提供了基础。(2)密集图像匹配的准确性直接决定测量精度。最小二乘影像匹配方法是一种高精度、亚像素的图像匹配算法,但存在收敛速度慢、计算时间长的缺点。本文首先对归一化互相关匹配进行了改进,然后用改进了的归一化互相关匹配为最小二乘影像匹配提供初值,较好的解决了最小二乘影像匹配存在的问题。(3)利用摄像机标定参数和密集图像匹配结果,交汇计算物点的世界坐标,使用Open GL技术实时动态显示输出靶板损伤形状的三维图形,分析提取靶板损伤形状的凸起高度、凸起面积,将三维图形转化为客观物理量,扩大了系统的适用范围。(4)验证靶板变形测试系统的测量精度,对靶板损伤形状进行测量,分析测量结果,得出结论支撑金属靶板抗弹机理研究。

关键词：图像测量摄像机标定图像匹配 OpenGL显示形状测量

基于布里渊光纤传感的三维形状测量及桩基检测研究

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基于布里渊光纤传感的三维形状测量及桩基检测研究

作者：杨志远哈尔滨理工大学

学位级别：硕士

在过去的三十年里,光纤传感技术得到飞速发展,其中,基于布里渊散射的分布式光纤传感与其他传感技术相比具有明显的优势,使其成为当今社会最杰出和最有潜力的光纤传感技术之一。随着布里渊光纤传感在空间分辨率以及感测距离等性能方面的... 详细信息

在过去的三十年里,光纤传感技术得到飞速发展,其中,基于布里渊散射的分布式光纤传感与其他传感技术相比具有明显的优势,使其成为当今社会最杰出和最有潜力的光纤传感技术之一。随着布里渊光纤传感在空间分辨率以及感测距离等性能方面的不断增强,其已经广泛应用于航天航空,道路监测,桩基检测等多个领域。时域布里渊光纤传感技术包括布里渊光时域分析(Brillouin optical time domain analysis,BOTDA)和布里渊光时域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometry,BOTDR)两个研究方向。本文研究的基于布里渊光纤传感的三维形状测量及桩基检测,主要是通过对传感光纤布里渊频移的分布式测量得到其应变分布信息,并结合相应的算法再现测量对象的形状特征。具体研究内容如下:(1)首先阐述了布里渊光纤传感的基本理论,解释了差分脉冲对技术提高BOTDA系统空间分辨率的原理。在对空间曲线的理论研究中,对并行传输标架算法进行了推导,为后续的曲线重构提供了理论基础。(2)设计了一种新型三维形状传感器,结合搭建的DPP-BOTDA系统测量布里渊频移和应变分布,利用并行传输标架算法对设计的四种空间形状进行了还原。形状还原效果的好坏通过远端误差来定义,四种形状的还原结果中,远端误差最低为4.73%,最高为26.3%。(3)将BOTDR系统用于海上风力发电机桩基检测,对两个试验桩在不同水平荷载下的分布式应变进行数据采集,并对它们在不同荷载下的最大应变值进行线性拟合和分析,拟合后的R分别为0.9905和0.9981,证明一号桩的水平承载力达到1000k N,二号桩为700k N。最后利用一种基于分布式应变数据的位移计算方法得出了管桩在不同荷载下的水平位移分布和桩体形变情况。

关键词：布里渊光纤传感并行传输标架形状测量桩基检测