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光栅技术与自准直原理在自动测角系统中的应用

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哈尔滨工业大学学报 1985年第A6期 132-138页

作者：赵天开蔡鹤皋哈尔滨工业大学机械制造工艺教研室

本文阐述了应用自准直原理与光栅技术所开发的动态双座标自动测角仪的原理与实验方法。这种仪器可以在单座标或双座标平面内对小角度进行动态或静态的自动测量,经国家计量院检定,其测量精度达到0.〃2。本文论述了这一新型测量仪器的技... 详细信息

本文阐述了应用自准直原理与光栅技术所开发的动态双座标自动测角仪的原理与实验方法。这种仪器可以在单座标或双座标平面内对小角度进行动态或静态的自动测量,经国家计量院检定,其测量精度达到0.〃2。本文论述了这一新型测量仪器的技术性能及其应用。

关键词：微小角度自准直原理测角仪自动测角测量仪表自动测量光栅技术座标平面镜平面反射镜

高精度实时自准直成像及角度识别一体化技术研究

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高精度实时自准直成像及角度识别一体化技术研究

作者：赵博长春理工大学

学位级别：硕士

光电自准直仪是一种利用光学自准直成像原理完成精密测量的仪器,可实现目标物发生小角度偏转或者能够将待测量转化成小角度的精确测量。近年由于航空航天、仪器仪表等高精尖技术产品的研发与制造水平不断提升,用于几何量精密测量的仪器... 详细信息

光电自准直仪是一种利用光学自准直成像原理完成精密测量的仪器,可实现目标物发生小角度偏转或者能够将待测量转化成小角度的精确测量。近年由于航空航天、仪器仪表等高精尖技术产品的研发与制造水平不断提升,用于几何量精密测量的仪器需要进一步提升其测量结果的精确性。传统单自由度测量仪器的测量效率偏低,已无法满足现阶段实时性、高精度、可三自由度同时测量的需求。因此,三自由度同时测量方法研究以及研制相关的仪器设备是当前亟需解决的问题。本文对三自由度测量方法进行了深入研究,基于自准直原理提出一种三自由度同时测量方法,以FPGA作为硬件开发平台,设计了三自由度同时测量系统的主控电路,结合相关的图像处理算法,对采集到的十字丝图像做图像处理,最终实现俯仰角、偏摆角和滚转角的高精度同时测量。搭建了相关的测量实验装置,进行了实验研究,验证了所提测量方法的有效性与可行性。本学位论文主要工作及研究内容如下:1)传统的光电测量仪器只能实现二维方向上的角度同时测量,为实现三自由度的同时测量,提出了系统设计方案。将合作目标换成镀有分光膜的直角棱镜,以达到分光增维测量的目的。在两个光电探测器前均放置一个允许不同波段透过的窄带滤光片,有效地避免了鬼像的形成。分析了衡量光电自准直仪检测性能的评判指标,针对不同自由度的测量原理,选择与之对应的测角数学模型计算。2)根据提出的系统方案,设计了基于自准直的三自由度同时测量系统。基于FPGA硬件平台完成系统设计,包括系统的硬件电路设计和FPGA软件设计两部分,满足系统测量实时性的同时也能实现高精度测量。硬件电路设计中,设计了能够为测量系统提供稳定电源的电路、CMOS图像传感器驱动电路、用于存储图像数据的存储电路、数据传输接口电路以及VGA显示驱动电路。通过FPGA编程设计了图像传感器的驱动模块、LVDS通道数据串并转换模块及数据拼接模块、图像处理模块与VGA图像显示模块。3)针对采集到的十字丝图像存在的问题,提出相关图像处理算法进行优化,在对十字丝狭缝质心定位之前,先对阈值分割后的十字丝进行细化处理,只保留主干信息,质心定位之后,使用Hough变换与最小二乘法相结合的方式完成质心坐标的直线拟合。4)在实验室环境下,搭建了实验平台对所设计的三自由度自准直同时测角系统的精确性、稳定性和可靠性做了一系列相关实验进行验证。分别通过标定实验、稳定性实验和精度对比实验进行验证。由标定实验结果显示,俯仰角和偏摆角的测量相关系数为1.0000;俯仰角存在的最大偏差和标准差值为1.5″和0.59″;偏摆角存在的最大偏差和标准差值为1.4″和0.82″;滚转角存在的最大偏差和标准差值为-4.9″和2.32″,滚转角的测量相关系数为0.9996。由稳定性实验结果显示,三自由度的测量精度偏差在误差允许范围内,即系统能保持较好的测量稳定性;由精度对比实验结果显示,±700″的测量范围里,偏摆角存在的大偏差为3.5″,标准差为2.45″;俯仰角最大偏差为4.1″,标准差为2.79″;滚转角的最大偏差为21.5″,标准偏差为13.56″,三自由度同时测量系统的测角结果满足精度指标要求。

关键词：高精度测量自准直原理 CMOS FPGA 图像处理

精密扭秤装置的改进及其在单纤维扭转力学性能测量中的应用

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精密扭秤装置的改进及其在单纤维扭转力学性能测量中的应用

作者：胡建辉华中科技大学

学位级别：硕士

近三十年来,随着微/纳机电系统(MEMS/NEMS)的广泛应用,小尺度材料力学行为的研究引起了人们的广泛关注。MEMS和NEMS所使用的材料不仅包括典型的硅基微电子材料,还包括各种金属与聚合物材料。对于聚合物纤维扭转失稳现象的研究成为力学... 详细信息

近三十年来,随着微/纳机电系统(MEMS/NEMS)的广泛应用,小尺度材料力学行为的研究引起了人们的广泛关注。MEMS和NEMS所使用的材料不仅包括典型的硅基微电子材料,还包括各种金属与聚合物材料。对于聚合物纤维扭转失稳现象的研究成为力学与材料科学领域的热点问题。本文基于精密扭秤实验原理,研制了两种面向微尺度材料扭转力学性能表征的新型测试装置,对典型柔性纤维的扭转失稳现象进行了定量表征与分析,主要成果包括:(1)研制了基于静态扭秤和自准直原理的高分辨率微扭转测试装置。该装置采用扭丝作为弹性元件表征试样的扭矩,利用非接触式光电自准直仪测量扭丝的转角,采用原位振动的方法标定扭丝的扭转刚度系数。基于Lab VIEW软件开发了扭转实验测试系统,实现精确地自动化测量。装置的分辨率为8.48×10N·m,量程为6.78×10N·m,全量程精度为±2%5.。使用该装置对玻璃纤维、碳纤维、聚酰亚胺纤维和金丝等典型材料进行了扭转力学性能测量,获得了其扭矩-转角曲线,实验结果具有良好的复现性。(2)研制了基于挠性枢轴和光电自准直仪的原位微扭转测试装置。该装置采用挠性枢轴作为扭矩传感元件,使用光电自准直仪测量挠性枢轴的转角,采用静态加载法对传感器进行标定,并基于有限元方法对挠性枢轴的弹性变形进行了分析。该装置具有良好的同轴度和稳定性,能够承受较大的轴向载荷,并可以实时监测试样的变形。装置的分辨率为1.02×10N·m,量程为8.59×10N·m,全量程精度为±0.2%。利用该装置对尼龙6纤维进行扭转力学性能测试,结果的重复性小于2%,验证了装置的可靠性。(3)在不同轴力作用下,对一系列直径的尼龙6纤维进行了扭转测试,得到了其一次失稳和二次失稳的临界扭矩。结果表明,纤维的临界扭矩随着轴力的增大而增大。利用实验结果对Timoshenko、Ross和Dwivedi三种失稳模型进行了评价,表明三种模型的理论预测结果与实验测量结果吻合较好。为了定量描述理论模型的拟合优度,通过决定系数公式进行了分析,发现在预测二次失稳的临界扭矩时,Dwivedi模型要优于Ross模型。

关键词：扭秤自准直原理挠性枢轴柔性纤维扭转失稳

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基于倒装键合设备的准直调平系统研究

电子工业专用设备 2022年第2期51卷 52-55页

作者：闫瑛郝耀武王增琴中国电子科技集团公司第二研究所山西太原030024

针对自行研制的倒装键合设备,建立了基于视觉的调平系统,运用自准直原理设计了调平光路,同时结合图像识别技术及算法对键合面的状态实时观察,并通过调节高精度机构实现键合面的平行度调节。结果表明,准直调平系统的研制对键合效果的提... 详细信息

针对自行研制的倒装键合设备,建立了基于视觉的调平系统,运用自准直原理设计了调平光路,同时结合图像识别技术及算法对键合面的状态实时观察,并通过调节高精度机构实现键合面的平行度调节。结果表明,准直调平系统的研制对键合效果的提升有很好的促进作用。

关键词：倒装键合设备自准直原理准直调平系统

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库德光路的五棱镜安装方法

激光与红外 2014年第7期44卷 792-795页

作者：李庆波王惠哈尔滨工程大学理学院黑龙江哈尔滨150001

为实现库德光路的快速高精度装调,提供了一种基于自准直原理的五棱镜安装方法,给出了库德光路的原理和安装方法,并对组装后的库德光路进行误差分析。得出应用此方法安装库德光路的光学静态误差在15″以内,满足一般库德光路的技术要求。... 详细信息

为实现库德光路的快速高精度装调,提供了一种基于自准直原理的五棱镜安装方法,给出了库德光路的原理和安装方法,并对组装后的库德光路进行误差分析。得出应用此方法安装库德光路的光学静态误差在15″以内,满足一般库德光路的技术要求。因此,此方法不仅可以适用于库德光路,对反射镜的安装也有一定的借鉴和参考。

关键词：库德光路快速高精度装调自准直原理五棱镜

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基于DVD光学头的二维微小角度测量研究

仪表技术与传感器 2015年第12期 107-109页

作者：韩彬黄强先伍婷婷李瑞君陈丽娟合肥工业大学仪器科学与光电工程学院安徽合肥230009

为了实现精密平台二维角度的在线检测,提出了一种基于DVD光学头的二维微小角度测量的方法。利用DVD光学头进行角度测量,是基于激光自准直原理,以四象限光电探测器作为检测元件,以固定在被测物上的反射镜作为被测元件进行测量的一种角度... 详细信息

为了实现精密平台二维角度的在线检测,提出了一种基于DVD光学头的二维微小角度测量的方法。利用DVD光学头进行角度测量,是基于激光自准直原理,以四象限光电探测器作为检测元件,以固定在被测物上的反射镜作为被测元件进行测量的一种角度测量方法。搭建了基于英国RPI精密转台的实验系统,对测量方法进行了实验测试。结果表明:基于DVD光学读取头设计的二维角度测量装置测量范围为±110″,平均分辨率达到0.2″。该测量方法稳定、可行,且测量装置具有结构紧凑、成本低等特点。

关键词：光学头二维角度微小角度测量自准直原理

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二维激光微角度测量装置及其关键技术研究

二维激光微角度测量装置及其关键技术研究

作者：张戢云浙江大学

学位级别：硕士

角度测量是计量技术中的一个十分重要的部分,其到目前为止发展已经相对完备,各种用于检测其精确度的的手段较为丰富。从测量方式上来分,可以将角度测量分为动态测量与静态测量两种。对于测量角度而言,我们的主要目标是为了提高角度测量... 详细信息

角度测量是计量技术中的一个十分重要的部分,其到目前为止发展已经相对完备,各种用于检测其精确度的的手段较为丰富。从测量方式上来分,可以将角度测量分为动态测量与静态测量两种。对于测量角度而言,我们的主要目标是为了提高角度测量的分辨率和测量精度。与传统的角度测量方法相比,光学测角法有着非接触式、高测量精度等多方面的优势,从而受到人们的广泛重视。尤其是随着稳定的激光光源的发展,光学角度测量方法的应用越来越广泛。目前较为流行的基于激光技术的激光干涉仪、自准直仪等测量仪器,因为尺寸较大,或者频率太低等原因,其应用场合受到一些限制。针对上述问题,本课题研制了一种基于激光自准直原理的二维微角度传感器。它在原有传感器的基础上整合了多项用于微角度测量的关键技术提高了二维微角度传感器多方面的性能,使其在微角度测量上的性能可以与光电自准直仪相近,同时其体积小巧便于精密加工运动平台的集成。论文的主要研究内容如下：第一章回顾了国内外有关角度测量技术的研究现状及其发展趋势,同时分析了这些角度传感器上所存在的问题与不足,在此基础上提出了本课题的主要研究内容。第二章结合激光自准直原理及原有的微角度传感器,在其基础上研究了微角度测量的关键技术。半导体激光器光斑圆化的方案,优化二维微角度传感器的光路及光学器件的构成,采用离焦测量技术,优化信号处理技术,通过坐标变换来解决由于四象限光电探测器安装误差引起的二维角度测量的耦合。第三章对所研发的微角度传感器的各方面的性能进行了测试,同时使用其进行了微角度测量并将其测量结果与光电自准直仪进行了对照。第四章建立了二维微角度测量系统。分别对二维微角度测量系统的硬件及软件进行了设计,研制了二维微角度测量仪。第五章对全文的工作进行了归纳总结,对下一步的研究工作进行了展望。

关键词：二维微角度测量自准直原理关键技术传感器性能

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新型高精度二维调平台结构研究

新型高精度二维调平台结构研究

作者：聂晓倩中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）

学位级别：硕士

本文简要介绍了光束调节的原理,为了补偿激光发射系统出射光束的漂移,提高激光发射系统的准直精度,需要设计支撑反射镜的二维角度微调平台对光束方向进行二维角度微调。文中概述了现有精密角度微调机构的种类及各自优缺点,最后采用圆弧... 详细信息

本文简要介绍了光束调节的原理,为了补偿激光发射系统出射光束的漂移,提高激光发射系统的准直精度,需要设计支撑反射镜的二维角度微调平台对光束方向进行二维角度微调。文中概述了现有精密角度微调机构的种类及各自优缺点,最后采用圆弧面和平面组成的楔形摩擦副,及固定轴式直线电机驱动的方案,设计了一个二维角度微调反射镜机构实现角度调节。新型二维微调平台采用同基体双层结构、小曲率大圆弧面和小倾角平面配合,以及大刚度弹簧和紧固螺钉锁紧,实现机构的小型化设计、高精度微调以及高稳定性工作;文中对微调机构的主要零部件进行了设计计算,根据静力学受力分析,估算所需驱动力,设计关键零部件的结构尺寸和材料属性,并选择适当型号的固定轴直线电机。采用UG NX5.0软件对微调机构进行三维建模后,简要介绍了UG和Adams联合仿真理论,并应用Adams2005软件对所建模型进行动态仿真分析,测试机构运动的可靠性和稳定性,影响机构性能的参数以及直线进给和角度旋转的关系等。微调机构加工装配好之后,对其进行了实验检测,研究直线位移和角位移的关系,以及机构运动的稳定性,并对测试数据进行分析处理,研究系统的误差源,分析系统的调节分辨率和精度。研究结果表明新型二维微调机构安装方便、调节灵活简便,工作可靠,稳定性高,设计巧妙,体积小、精度高,制造成本低廉,在有无重力的条件下均能使用,对同类微调机构的设计具较高的参考价值。

关键词：微调圆弧面高精度自准直原理动态仿真

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双线阵CCD光电自准直系统的研究

双线阵CCD光电自准直系统的研究

作者：刘勇西安理工大学

学位级别：硕士

自准直仪是一种应用广泛的瞄准及测量仪器。它被用于角度测量、导轨的直线度与平行度测量、台面的平面度测量、精密定位、自动角度定位等方面,是机械制造、造船、航空航天、计量测试、科学研究等部门必备的常规测量仪器。目前自准直... 详细信息

自准直仪是一种应用广泛的瞄准及测量仪器。它被用于角度测量、导轨的直线度与平行度测量、台面的平面度测量、精密定位、自动角度定位等方面,是机械制造、造船、航空航天、计量测试、科学研究等部门必备的常规测量仪器。目前自准直仪在国内也有很大应用,但主要是目视自准直仪,即使采用光电自准直仪也只是一维角度测量,已不能满足高精度、自动化测量的需要;而且,随着微电子技术、光电技术和计算机技术发展,研究新型二维测量光电自准直仪已成为必要。本课题设计了基于自准直原理双线阵CCD光电自准直系统,进行了光学系统结构、硬件电路和软件系统三方面的设计工作。在光学部分对分划板形式进行选取, 设计合理的光路保证系统实现二维角度的测量;在数据采集硬件电路上,提出高速 A/D采集法和虚拟仪器数据采集法两套方案。高速A/D采集法适用于开发便携系统;虚拟仪器数据采集法适合于计算机测试系统,功能更强大。两种方案都满足了系统对CCD信号高速采集的需求;基于数学插值和细分功能软件系统设计保证系统实现亚像素细分高精度测量,系统通讯功能和测量结果的显示。通过实验,双线阵CCD自准直系统实现了对反射镜沿两垂直轴小角度变化的测量,并达到了较高的测量精度,证明了系统方案的可行性,为二维线阵CCD自准直仪的研制做好了准备工作。

关键词：自准直原理线阵CCD器件亚像素细分虚拟仪器