基于自适应反演滑模的键合线缠绕张力控制方法

针对键合线缠绕运动存在耦合性强和张力波动等问题,提出一种自适应反演滑模控制方法应用于缠绕控制系统。该方法依据反演的控制思想将复杂系统分解成不超过系统阶数的子系统,然后从系统的最低阶次系统方程开始,引入虚拟控制量,结合滑模控制定义逐步设计满足要求的虚拟控制,最终设计出系统的实际控制方法。同时采用自适应算法对不确定性参数进行估计,根据Lyapunov稳定性理论设计参数自适应率,并设计模糊逼近作为滑模控制器中的切换控制项,从而保证系统稳定性。通过分析摆角波动与响应时间数据,发现采用自适应反演滑模控制能提高系统稳定性。比较自适应反演滑模控制与常用的模糊PID控制算法,结果表明,在键合线缠绕运动中,自适应反演滑模控制的张力摆杆摆角波动控制在±1.4°内,优于常规模糊PID的,能更有效地控制张力输出。

OBE与思政融合的测试技术知识体系教学方法与实践

测试技术是工业生产与科学研究领域中的一项共性技术,应用极为广泛。为促进工科相关专业本科生和研究生更好地掌握测试技术理论并高效开展创新实践,同时又能在学习过程中树立科技强国信念,提出了一种基于OBE理念和思政融合相结合的测试技术课程教学方法,基于该方法探讨了面向测试技术知识体系人才培养的教学方案设计、课程教学实施以及教学结果评价等教学活动中存在的问题及对策。教学实践结果表明,学生能系统掌握测试技术理论与方法,并能进行测试应用设计,并在设计中考虑国家需求,达到了专业“立德树人”育人要求。

基于主成分分析的大型管道三维表面重建

针对大量的点云数据要求快速、方便且精度高的特点,在轮廓线拼接建模方法的基础上提出一种结合主成分分析的三维表面建模方法。由结构光扫描系统获得点云;通过热传导模型将点云进行片层分割并进行主成分分析,得到纬度圈,从而获得纬度圈上的所有对应点对;在相邻点对之间进行柱面插值连接,生成物体的四边形网格模型和三维表面模型。结果显示,被测管道重构表面平均误差为0.19 mm,小于采用基于轮廓线拼接方法得到模型的平均误差。结果表明,采用基于主成分分析的方法进行管道三维表面重构,其精度得到了有效地提高,满足工程测量的精度要求;同时也证明了该方法的正确性。该重构方法适用于表面是一阶连续性被测物体尺寸及变形的分析。

激光跟踪仪校准技术及在机床检测中的应用

讨论了激光跟踪仪的校准技术,分析了测量误差来源及误差对跟踪仪产生的影响,并利用三坐标测量机对激光跟踪仪进行了校准。结合生产需要,利用激光跟踪仪高效地对大型机床进行检测,制定了激光跟踪仪检测大型机床的方法。结果显示,利用激光跟踪仪能够精确地、高效地对机床进行检测,并指导工人对机床进行维护和调整。研究结果表明,激光跟踪仪不仅能对现场的机床进行精度检测,而且能对不易搬动的零部件、生产线以及夹具等进行测量。

激光制导测量机器人及几何误差分析

提出了基于工件CAD模型控制激光制导测量机器人的方法,并建立了激光制导测量系统,对该系统中激光制导测量机器人的主要结构误差进行了研究。介绍了基于"光束运动-光靶跟踪"理论的激光制导测量机器人技术和原理。根据系统原理,研制了激光制导测量机器人实验样机,并给出其理想的几何关系。推出了旋转轴偏心误差和光靶与两轮中心连线误差的几何误差数学模型。最后,利用高精度的三坐标测量机与激光制导测量机器人系统对样机进行了比对实验。实验结果表明:旋转轴偏心误差为0.01 mm,光靶中心偏离理想位置(x轴)的误差偏大(0.13 mm),由于旋转轴线偏心误差和光靶中心连线误差对测量精度影响较大,机器人样机结构需进行改进和完善。

光靶自动跟踪装置结构设计

在分析激光制导测量机器人技术和原理基础上,提出一种具有两自由度的光靶自动跟踪装置结构方案,介绍了光靶自动跟踪原理及特点并建立了三维数学模型。重点对光靶自动跟踪装置的机械结构进行了分析及设计,并对某些重要构件进行了强度校核,最后研制出光靶自动跟踪装置。光靶自动跟踪装置能够按照要求完成方位和俯仰运动,实现了对测量激光束的自动跟踪,不仅解决了测量过程中掉光现象,同时降低了激光束入射角度引起的测量误差,也验证了光靶自动跟踪装置结构方案的正确性和有效性。

光谱共焦传感器校准方法对比分析

主要对光谱共焦传感器的校准时的误差进行研究.分别利用激光干涉仪与高精度测长机对光谱共焦传感器进行测量,用球面测头保证光谱共焦传感器的光路位于测头中心,以保证光谱共焦传感器的在测量时的安装精度,然后更换平面侧头,对光谱共焦传感器进行校准.用最小二乘法对测量数据进行处理,得到测量数据的非线性误差.结果表明:高精度测长机校准时的非线性误差为0.030%,激光干涉仪校准时的分析线性误差为0.038%.利用最小二乘法进行数据处理及非线性误差的计算,减小校准时产生的同轴度误差及光谱共焦传感器的系统误差,提高对光谱共焦传感器的校准精度.

柔性三坐标测量臂几何误差修正

柔性三坐标测量臂用于大尺寸工件的高精度检测及逆向工程,是现代制造业产品精度检测的重要设备。如何做好和完善测量臂误差的分析、检测和补偿,成为提高测量臂测量精度的重要问题。提出了用高精度正交三坐标测量机校准柔性三坐标测量臂关节误差的新方法。通过分析测量臂某一关节的所有几何误差,建立其数学模型;利用正交三坐标测量机和测量臂分别对30个标准球(均匀分布在一个圆上)进行点位测量,测出球心的标称值和实测值,建立了该关节几何误差补偿模型;对工件进行点位测量并进行误差补偿。实验结果表明,通过该误差补偿方法,其最大测量误差从0.04 mm降到了0.003mm,提高了柔性三坐标测量臂的测量精度,同时验证了该误差补偿方法的正确性和有效性。

彩色光谱共焦传感器误差溯源及其校准方法分析

针对国内光谱共焦传感器校准方法不统一、计量特性难以比较等问题,提出3种基于精密标准器的光谱共焦传感器校准方法,并基于此开展校准和计量特性评定。分别采用精密位移台、高精度测长仪与激光干涉仪3种标准器对光谱共焦传感器的基本误差、线性度、重复性、回程误差等参数进行校准,3种方法所测某种光谱共焦传感器的最大误差分别为2.76,3.40,1.17μm,线性度分别为0.689%,0.850%,0.293%,重复性分别为1.463,1.324,0.787μm,回程(迟滞)误差为0.51μm。校准结果表明:所提出的3种计量特性校准方法是有效的,光谱共焦位移传感器计量特性满足使用要求,其中,激光干涉校准法精度最高且可靠。研究成果有助于提高彩色光谱共焦位移传感器校准效率和可靠性,并为大尺寸玻璃平面度的高精度测量提供坚实的技术支撑。

人体皮肤彩色视频误差分析及一致性提高

人体皮肤彩色视频测量是实现远程无创生理参数监测技术的基础和关键,而视频图像的一致性常常决定着生理参数的测量精度。从视频人体皮肤测量误差出发,提出了一种基于尺度不变特征变换和小波变换的视频稳定方法并应用此方法进行皮肤视频图像一致性研究。分析了影响视频一致性的误差因素,建立了视频图像误差数学模型。在此基础上,利用尺度不变特征变换算法提取皮肤视频图像的匹配特征点对;并采用仿射变换进行视频全局运动参数估计,完成了视频运动补偿。采用统计方法评估了视频稳定前后的一致性效果。结果表明,所提出的方法能有效地改进皮肤视频图像的稳定性和一致性,为进一步利用彩色视频准确提取人体生理参数以及研究穴位光学特性奠定基础。

pH值对镁铝尖晶石化学机械抛光效果的影响

抛光液pH值对镁铝尖晶石的材料去除率和表面质量具有重要作用。采用不同pH值的抛光液对尖晶石样品进行研磨加工并测量其去除率和表面粗糙度,评价pH值对尖晶石化学机械抛光效果的影响。配制多种pH值抛光液,在转速为80 r/min和100 r/min的条件下开展两组化学机械抛光实验研究。采用失重法测量材料去除率;采用粗糙度仪测量尖晶石表面微观形貌,分析pH值和转速对抛光效果的影响规律,探索尖晶石材料的化学机械抛光机理。结果表明:加酸或加碱能有效提高材料去除率且降低表面粗糙度,但碱性介质帮助更大;抛光盘转速越高,尖晶石材料去除率和表面粗糙度也将增加,选择合适的抛光速度也是必要的。该研究成果将为进一步研究镁铝尖晶石化学机械抛光机理奠定实验基础。

基于2-D Gabor滤波器的光学定穴体表特征提取方法

取穴准确性是决定针灸效果的最基本要求,这就需要对取穴体表特征进行精确地定位。文中提出一种新的人体体表特征定位的光学方法,在光学检测平台上通过相机采集不同方向的图像,选取合适的Gabor滤波器参数,得到图像的强度响应并提取局部极大值,从而获得定穴体表轮廓特征。为验证该方法的有效性和精度,采用Sobel算子、Canny算子、LoG算子以及Gabor滤波器分别对灰度图像和二值图像进行特征提取。通过对比和分析,发现经过Gabor函数滤波后得到的图像轮廓是连续且最清晰的;Gabor函数对二值图像的滤波效果优于对灰度图像。实验结果表明,所提出的方法能精确快速地定位体表轮廓特征,为进一步利用轮廓特征提取定穴体表特征点以及研究穴位光学定位方法奠定基础。

红外焦平面阵列非均匀性校正性能的联合评价

凝视红外焦平面阵列(IRFPA)的非均匀性已成为制约红外光学系统成像质量的关键因素。针对自适应类非均匀性校正性能评价问题,提出一种非均匀性校正性能联合测试方法;结合3种典型海上场景,探讨自适应类算法校正性能效果评价;构建校正性能联合测试系统,在海面场景、海天场景和天空场景的输入条件下算法收敛时间分别为16、18和15 s,小于传统自适应算法的20 s;在海面场景输入下,算法校正精度为0.28%,低于其他自适应算法的0.6%,有效温度范围为19~31℃;在天空场景输入下,算法校正后NETD为87 mK。实验结果表明,相较于传统的单一自适应校正算法,所提出的联合处理方法能够在保证NETD的情况下,有效提高IRFPA非均匀性校正性能;也反映了IRFPA非均匀性校正算法能够改善红外光学成像系统质量。

基于AFM检测信息存储介质表面结构的研究

介绍了原子力显微镜(AFM)的工作原理、组成、特点及其应用领域。利用AFM对光盘和软盘表面结构进行了三维检测,使用CSPM2000Imager软件对扫描得到的图像进行了计算和分析,由所得数据可以看出,DVD光盘将取代CD光盘成为外存的主流,而软盘将被淘汰;利用原子力显微镜对单晶硅进行基于金针的纳米加工,刻蚀出“河南理工大学”的字样。

新工科背景下面向学生能力培养的误差理论与数据处理课程教学改革

结合新工科背景下应用型本科院校学生的特点,分析了误差理论与数据处理课程教学中存在的问题。基于成果导向教育理念,阐述了在课程目标定位、反向教学内容设计、学习成果评价等过程中的教学改革方法和策略。实践表明,通过成果导向教育重新定义课程教学,学生基本可以获得相关学习成果体验,达到自主学习和创新能力培养的课程目标。

软接触结晶器电磁连铸中拉坯阻力的实验研究

软接触结晶器电磁连铸可以改善铸坯的表面质量,但其电磁场对拉坯阻力的影响以及拉坯阻力与铸坯表面质量间的关系仍值得研究。笔者设计并制作了悬臂梁应变仪,在小型连铸机上测定了软接触结晶器电磁连铸过程中结晶器内的拉坯阻力,并对连铸坯的表面质量进行了分析。结果表明:①在本实验条件下,随着拉坯速度的提高,无论有、无保护渣或连续的高频电磁场,拉坯阻力均增加,铸坯表面质量下降;②施加保护渣或连续的高频电磁场都能显著降低拉坯阻力,而且拉坯速度越大,拉坯阻力下降的幅度越大;③随着磁场强度的增加,拉坯阻力减小,铸坯表面质量提高。但当磁场强度达到一定程度时,拉坯阻力开始增大,相应的铸坯表面质量下降。这表明,铸坯表面质量与拉坯阻力直接相关。

激光制导测量机器人自动跟踪算法研究

介绍了激光制导测量机器人系统的组成和工作原理，结合被测工件CAD模型，提出一种激光制导测量机器人移动路径的规划方法，通过采用多点折线法实现机器人运动；在此基础上，研究了激光制导测量机器人自动跟踪激光束的跟踪算法。激光制导测量机器人对激光束的跟踪分解为位置跟踪和姿态跟踪。采用基于运动学的轨迹跟踪方法实现机器人的位置跟踪；通过坐标变换，得到与激光束姿态对应的光靶（SMR）姿态，保证SMR入射面法矢量方向与测量激光束的方向矢量相反。最后通过仿真软件验证了该跟踪算法的有效性和正确性。

差动光谱共焦式玻璃基板平面度误差测量系统开发与实践

以玻璃基板平面度误差检测为应用场景,研发了一种差动光谱共焦式平面度误差测量系统。依据仪器设计原则和工程任务,完成了测量系统误差分析和精度设计,确定玻璃基板平面度误差测量系统测量原理和总体方案,并完成测量系统设计,包括机械结构、控制系统和系统软件等。在标准环境条件(温度20℃,相对湿度65%)下,分别以二级平板和玻璃基板为被测对象,开展系统结构和精度验证实验;平面度误差分别为10.41μm和4.20μm。测试结果表明,该系统能够准确地对玻璃基板平面度误差进行检测,且测量精度得到提高。

TRIZ方法在《光学精密测量技术》研究生课程教学中的应用思考与探索

针对地方普通高校中“重知识、轻能力”、主动思考能力差、创新思维抑制等问题,提出将TRIZ方法引入《光学精密测量技术》研究生课程教学内容改革中,利用TRIZ理论中科学效应库、技术冲突法则和技术系统进化论等工具开展课堂教学,有效提高了研究生课堂占课比,激发了研究生的主动性和思考能力,创新思维能力显著提高。

超精密位移台计量特性的差动式平面镜干涉溯源分析

超精密纳米位移台常用于扫描探针显微镜、光学显微镜等高精度分析仪器中,其纳米机械性能的精密计量和校准对显微测量系统的性能起着关键作用。基于一种双通道结构差动式平面镜干涉测量与校准方法(英国国家物理实验室),文中对一种超精密位移台的关键计量特性进行了定量研究。构建了基于现场可编程门阵列(FPGA)和Lab View的高精度稳频激光干涉数据采集和数据解码系统,使其可溯源超精密纳米位移台的准静态校准计量特性。进一步地,利用该干涉测量系统对超精密位移台的计量特性进行了校准和分析。测试结果显示,该激光干涉校准系统在准开放环境中的背景噪声低于10 pm/√Hz;该超精密位移台具有优良的纳米机械性能,其线性度低于1.2×10^(-4),分辨率达40 pm,重复性和稳定性较好。上述对校准设备准静态性能和对纳米位移台计量特性的测试结果表明,所提出的方法和系统能够对纳米位移台进行计量,从而用于小于几皮米的皮米级压痕测量以及原子尺度上的大范围测量。