A novel wide-range precision instrument for measuring three-dimensional surface topography

We developed a measuring instrument that had wide range, high precision, small measuring touch force. The instrument for three-dimensional (3D) surface topography measurement was composed of a high precision displacement sensor based on the Michelson interference principle, a 3D platform based on vertical scanning, a measuring and control circuit, and an industrial control computer. It was a closed loop control system, which changed the traditional moving stylus scanning style into a moving platform scanning style. When the workpiece was measured, the lever of the displacement sensor returned to the balanced position in every sample interval according to the zero offset of the displacement sensor. The non-linear error caused by the rotation of the lever was, therefore, very small even if the measuring range was wide. The instrument can measure the roughness and the profile size of a curved surface.

基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量研究

伴随着光学仪器精度的逐渐提高,其表面动态变形事件发生频率也呈现急剧增加的趋势,是影响与制约光学仪器发展与应用的主要因素之一。为了满足光学仪器的应用需求,提出基于机器视觉技术的高精度光学仪器表面动态变形测量方法。采用机器视觉设备获取高精度光学仪器表面图像,对表面图像进行灰度化处理、去噪处理与增强处理,以此为基础,应用SURF特征检测算法提取表面图像的特征点,通过FLANN算法匹配相邻图像的特征点,利用Delaunay三角化在表面图像区域形成三角网格,进一步计算表面图像特征点的位移与应变,从而实现高精度光学仪器表面动态变形的测量。实验数据显示:在横坐标为1μm时,应用提出方法获得的表面动态变形位移纵坐标为1.8μm,与实际位移基本保持一致,在实验组别为6时,应用提出方法获得的光学仪器表面动态变形应变数值为3μm,与实际应变数值保持一致,充分证实了提出方法具备较好的应用性能。

用于三角测量大数值孔径双远心光学系统设计

测量不确定度是与测量结果紧密相关的重要指标,反映了仪器测量的稳定性。激光三角测量仪器的测量不确定度与成像光学系统数值孔径直接相关,增大数值孔径能够有效降低测量不确定度。为了满足高精度测量需求,应用二维Q-type多项式自由曲面,设计用于线激光三角测量仪的大数值孔径双远心Scheimpflug成像光学系统。首先基于三角测量原理和线激光三角测量仪指标分析成像光学系统参数,然后结合像差灵敏度分析以及自由曲面像差特性,确定成像光学系统中自由曲面的位置和数量并进行优化设计。设计得到系统的数值孔径为0.2,成像范围为10 mm×14 mm,调制传递函数(MTF)优于0.6,最大畸变为0.21%,远心度优于0.3°。该系统具有大孔径、成像质量好、畸变小、双远心的特点,能够满足高精度线激光三角测量仪的应用需求。

智能激光3D投影空间目标辐射照度校准技术

由于激光3D投影系统的光路复杂,且受空间目标的形状和大小的影响,导致在特定空间内难以取得理想的投影效果,使得投影目标与实际投影点之间存在较大的偏差,因此,提出一种辐射照度校准方法。分别利用矩形、圆形两种不同形状的辐射面和敏感面搭建辐射照度测量仪,得到4种不同辐射照度测量结果;利用斯忒藩-玻尔兹曼全辐射定律,对测量结果校准,进而完成对智能激光3D投影空间目标辐射照度的校准。实验结果表明,所提方法辐射照度校准结果与实际结果基本一致,且辐射照度校准误差保持在6 W·m^(2)以内。

Qualification of superpolished substrates for laser-gyro by surface integrated scatter measurement

Integrated scatterometer for qualification of superpolished substrates for laser-gyro by surface scatter loss measurement is constructed. Different from the qualification of substrate by surface roughness, the scatterometer measures the forward surface scatter loss to check whether the mirror made of the substrate will be suitable for the required laser-gyro lock-in specification. The scatterometer utilizes convex lens instead of integrating sphere to collect scatter light. Special sample support and baffle are designed to block unwanted light. The result of stability test is given, which is about 0.4% over 10 h.

紫外法全自动测定地表水中石油类的方法验证分析

根据HJ970-2018水质石油类的测定紫外分光光度法(试行)的要求,测定地表水中石油类,使用全自动紫外测油仪,以正己烷为萃取剂,对新标准进行检验,所得的线性关系、检出限、精密度及准确度均符合要求。石油类的检出限为0.003 mg/L、测定下限为0.02 mg/L,相对误差为-8.0%~1.0%,相对标准偏差0.84%~4.37%,与手动分析方法相比,其检出限、精密度、准确度均优,全自动紫外测油分析方法具有分析速度快、操作简单、引入误差小、回收率高、有机溶剂接触少、可以开展批量分析等优点。

地表水污染因素及其治理措施分析

地表水污染是当前环境污染中比较严重的问题。伴随着城市工业废水、生活污水排放的不断增加,大气污染问题日益加重,地表水污染情况也日益严重。目前,地表水污染严重、污染物含量超标、农村面源污染增加等问题已经成为地表水污染中的代表性问题。为了有效治理地表水污染,我们不仅要重视污水处理技术,还应关注管理制度的优化。综合运用节水管理措施、污水处理技术、法律法规完善、水质在线监测、产业结构调整以及农村污水控制等措施,保证地表水污染的有效治理及水资源的安全。本文详细分析了地表水污染的因素及污染现状,并提出切实可行的治理措施,以供参考。

接触式非球面轮廓测量的数据处理模型

在分析接触式轮廓测量仪误差的基础上,以最小二乘法为基本数学理论,提出了一种能同时校正由于非球面镜放置时存在的X、Y方向的倾斜、X、Y、Z方向的偏心,曲率半径不准确、以及由于轮廓仪的旋转中心与探测头的零点之间随机的微小偏移所造成的测量误差的数学模型。数学模拟表明,该模型在校正上述误差源上具有极高的精度,对1 cm以下的偏心和0.1°以下的倾斜可无误差地恢复,对曲率半径的恢复也极为有效。实际工程应用的结果表明,模型是可靠有效的,为接触式非球面轮廓测量提供了一个宽松的镜子放置条件及自动拟合最佳曲率半径的功能。特别是自动校正由于轮廓仪的旋转中心与探测头的零点之间的随机微小偏移所造成的测量误差的功能提高了测量仪的测量精度和测量结果的重复性。

关于陆面降露水测量方法及其开发利用研究

在系统总结以往陆面降露水观测仪器和测量方法的基础上,比较全面地分析了目前一些常用降露水观测仪器的基本特点,归纳出了几种典型的降露水观测方法,并解释了这些方法和仪器的主要科学原理,比较了它们的优缺点和适用性。同时,还提出了进一步改进陆面降露水观测仪器和发展降露水观测方法的初步思路。最后,简要探讨了开发利用降露水的技术措施和科学建议。

双通道α表面污染测量仪的研制

研制了一款电脑操控的双通道宽量程α表面污染测量仪,仪器具有测量范围广、操作与分析便利、灵敏度高、可多点组网远程测量等特点,适用于包括异形物体表面的核辐射α污染监测。文章介绍了此仪器软硬件结构,并对其基本性能做了评价。

无水冷条件下温度与热流复合传感器设计与试验

针对飞行试验中参数测量需求,研究长时间飞行过程中无水冷条件下传感器表面温度和热流的快速响应测量技术。在分析环境特点和测量需求的基础上,设计一种自锁紧固的柱塞式复合传感器,根据圆柱体侧面的温度响应处理得到表面温度和热流。提出一种基于最小二乘法的多项式拟合数据处理方法,有限元数值分析表明,该方法能够获得更好的数据抗畸变和抗噪声能力。标定该热流传感器的热流测量结果,得到不锈钢传感器的98%热流响应时间约为0.7 s,热流测量结果受到侧向隔热结构的影响明显。表面温度对比试验结果表明,该传感器所测结果能够反映表面温度对热流的影响。

具有断续表面特征零件的磨削加工在线测量方法

针对具有断续表面特征零件的磨削加工提出了在线主动测量的方法。通过在磨削加工前根据回转类零件具有断续表面的特征及磨削加工状态设定相应的参数,并将参数保存在数据库中,当测量装置的测头进出待加工零件表面凹槽时,根据凹槽在零件周向上是否周期性分布相应选择提出的断续修正法和同期特征补偿法。通过对突变的测量尺寸值进行自动的、实时的数据修正及补偿处理,从而实现对具有断续表面特征零件的磨削过程在线测量,避免了测量控制仪的动作误判及导致磨加工中断等问题,同时保证了磨削加工在线测量的准确性和可靠性。研究成果可以提高磨加工主动测量仪的灵活性和可操作性,丰富完善磨加工主动测量仪的功能。

使用双波带板径向剪切干涉仪检测非球面透镜

为了实现对光学非球面的低成本在线测量,在比较和分析现有非球面检测技术的基础上,设计并制作了一种小型径向剪切干涉仪用于检测非球面透镜。基于波带板可以聚焦成像的原理,该干涉仪采用不同焦距的双波带板产生径向剪切干涉。波带板由工业缩微矢量图制版技术设计和制作而成,并通过实验验证了该波带板的聚焦精度。采用傅里叶变换条纹相位分析法对干涉条纹进行处理,计算出波相差和波面面形。实验中给出了平面波光束经过一个非球面透镜后的波面面形检测结果和误差分析,使用该技术对标准非球面进行测试,波差峰谷值(P-V)达到了λ/5的精度,均方差(RMS)达到λ/10的精度。结果表明,该干涉仪具有体积小、抗干扰能力强等特点,适用于对小型非球面透镜进行在线检测。

穴位体表温度研究进展评述

目的:通过对半个世纪以来穴位体表温度研究进行评述,总结研究的成就、存在问题及未来的研究方向。方法:在维普、CNKI以穴位温度、经络温度、皮肤温度、穴位温度测定仪等为关键词检索文献94篇,根据其中密切相关文献35篇进行评述。结果:各研究单位在穴位温度正常值、穴位相对于非穴的体表温度特异性表现、针灸对穴位温度的影响、穴位温度与脏腑病证的相关性等方面做了大量的工作,但还有深入研究的空间。结论:今后可在现有研究基础上以穴位温度为客观指标深入细致的研究不同生理、病理状态下穴位及非穴位温度的不同表现、穴位温度变化的影响因素以及穴位温度变化的相关机制,最终为回答穴位的特异性、穴位脏腑相关以及补泻手法的效应等方面提供依据。

上海市城区径流污染及控制对策

随着城市点源污染控制程度的提高,雨水径流引起的面源污染日益突出。非渗透性地表径流污染成为城市水体污染的主要来源。对上海市城区非渗透性地表径流进行了为期3年的采样调查,监测了COD、BOD5、SS、NH3-N、TP和TN等污染物指标,并估算了单位面积径流年污染负荷。结合上海市实际情况,提出了城区径流污染控制的综合策略。

污秽绝缘子泄漏电流测量系统的设计及应用

设计了一套基于虚拟仪器技术的污秽绝缘子泄漏电流数据采集系统,利用可靠的电压和泄漏电流信号提取系统,保证了提取信号的准确性。采用了双缓冲数据采集模式,实现了对信号的高速、连续、实时采集。系统还具有信号显示、分析和处理等功能,在实验室,通过对实际绝缘子的泄漏电流进行采集,验证了系统设计的正确性和可靠性。

小型水样氨氮自动光学检测装置

研制了基于气相可逆比色法的小型水样氨氮自动光学检测装置样机,该装置主要由样品室、测试室、自动进样模块和数据处理与控制电路组成。以不同浓度氯化铵水溶液作为氨氮样品测试了样机性能,建立了样机吸光度与氨氮浓度的线性依赖关系式;通过比较样机对氨氮标样的测试值和样品标准值,验证了样机的可靠性。研究结果表明,该样机能够在室温下对水样氨氮进行连续长时间的自动检测,具有较好的测试重复性,探测极限约为0.04mg/L(以N计),低于国家标准对一类水的检测上限(0.15mg/L,以N计)。该装置体积小,重量轻,成本低,功耗小,自动化程度高,无需对水样进行复杂预处理,适合水环境现场的快速检测。

硬性结构面表面起伏形态测量及其尺寸效应研究

结构面表面形态与其力学性质密切相关,对结构面表面形态进行精细测量是研究结构面变形和强度等力学机理的基础。在分析国内外结构面测量仪器优缺点基础上,利用自主研制的新型便携式测量仪器———接触打孔器对硬性结构面进行机械化精细测量,应用效果表明:由接触打孔器获得的结构面粗糙度JRC值与结构面表面实际的JRC值十分接近。在此基础上,对硬性结构面进行尺寸效应分析,获得了结构面表面JRC值的统计方差随测量长度逐渐衰减的规律,并且计算分析了粗糙度对结构面剪切强度影响的极限长度,最后通过强风化粉砂岩节理、新鲜砂岩层面、泥岩层面进行了分析。结果表明,对于研究区强风化粉砂岩构造节理,当取样长度大于50cm时,可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效应;对于平直新鲜泥岩层面、平直的新鲜砂岩层面,当取样长度大于5cm时,可以消除剪切方向上起伏粗糙度尺寸效应。

一种实用化的三维测量系统

提出了一种实用化的三维测量系统——交叉光轴投影光栅系统。该系统结构简单，方便实用。本文中详细论述了该系统的相位测量原理、物体面形与所求相位之间的关系。

基于单目视觉的曲面弧度测量方法

针对异形件曲面弧度的测量问题,提出了一种基于单目视觉的曲面弧度测量方法.首先,用基于三色LED环形光源和CCD彩色相机组成的单目视觉系统采集单张包含被测曲面表面特性的彩色图像;其次,分析该图像的彩色分布特征、灰度变化规律和相邻区域特征的相关性,设计分割方法,完成目标曲面的分割;然后,基于单目视觉系统成像模型,结合材质与实验环境相关参量,推导出被测表面高度计算方程;最后,解出相邻像素点间的高度累加分量,进而还原被测点的高度,在此基础上,建立曲面弧度测量模型并完成曲面弧度测量.分别对3D打印曲面样品、螺钉螺纹、SIM卡槽进行了曲面弧度测量实验,与激光三角法测量结果对比,所提方法误差小于±3.6%,测量准确度为0.000 1rad,曲面弧度测量时长小于0.6s.实验结果表明,该方法对测量物体边缘、高度突变,高度渐变等类型的曲面都具有良好的适应性,在实现较高准确度测量的同时,具有较快的测量速度.