基于2D位移激光传感器的钢轨波磨动态检测方法

针对2D位移激光传感器在高速和宽波段的钢轨波磨动态测量过程中受到点头振动和噪声干扰的问题,提出一种基于经验模态分解(EMD)的分趋势式数据拼接方法。首先,将采集到的波磨数据进行EMD,并将其分为长趋势与短趋势;然后,通过盲识别方法提取出数据采集中产生的偏移角度,从而准确提取出相邻采样数据之间的相干数据集;最后,通过不同趋势段的数据配准完成相邻采样数据集的拼接。实验结果表明:所提方法可稳定、精确地在真实铁路测量环境中对钢轨波磨进行测量。

一种基于卡尔曼滤波的自由曲面扫描测量方法

将激光位移传感器安装在旋转的机构上实现对自由曲面的内径测量,创新提出了一种基于卡尔曼滤波的高精度补偿算法,有效解决了异形面的激光高精度测量难题。首先介绍分析了激光三角法的测量原理,结合被测对象的结构特点,设计了一种仿形测量方法,采用几何定心的原理,对自由曲面的弧面半径进行高精度的离散测量。建立了标准卡尔曼滤波算法,蒙特卡洛方法用于模拟激光位移传感器测量的半径范围结果,对模拟的范围结果提出运用卡尔曼滤波技术进行误差补偿,并在MATLAB上进行实验仿真,最后对仿真结果进行分析。实验结果表明,该方法能够将数据的标准差降低近50%,并过滤掉明显噪点。该测量方法能应用在不同半径范围的管道自由曲面,有效减小了测量过程中产生的误差,提高了测量精度,为提高管道内径测量精度提供了参考。

激光位移传感器在自由曲面测量中的应用

以点激光位移传感器(HL-C211BE)为对象,研究它在自由曲面测量中的应用。针对激光位移传感器因测点倾角代入的测量误差,提出了一个可以量化的倾角误差模型。基于直射式点激光三角法原理,分析了激光光路的几何关系,从会聚光斑光能质心发生的偏移推导出倾角误差模型。随后,用高精度激光干涉仪和正弦规对激光位移传感器进行校对实验,并用误差模型对测量结果进行补偿。结果显示,补偿后激光位移传感器的测量精度得到明显提高。对一非球面凸透镜进行了实验测量,得到了自由曲面测点倾角的计算方法,并用倾角误差模型修正了测量数据。实验结果表明,量化的倾角误差模型可以将激光位移传感器的测量误差控制到小于10μm,满足激光位移传感器在自由曲面测量中应用的要求。

一种标定三角测量法激光位移计的方法

三角测量的原理公式中因变量、自变量及系统结构参数之间具有非线性关系，并且这些系统结构参数在工程上难以精确测量，因此激光位移计的标定变得很困难。本文通过设置辅助变量及组合参数，使变量之间关系线性化，然后采用最小二乘法拟合出组合参数的准确值，实现激光位移计的准确标定。在此过程中对自变量的测量值做适量修正，可部分消除光学系统畸变对组合参数拟合结果的影响，减小拟合残差。

三角法激光测量系统的误差分析及消除方法

从理论和应用两方面分析了三角法激光测量系统的误差,得出:定点标定和插值可以消除 光学放大率随测量点位置变化的影响;双光路方案或标准点校准方法可以消除光线路径随环境温度、湿度变化而引入的误差;提高激光束质量和采用峰值求光斑中心的方法,可以消除激光束强度分布、物体表面粗糙度、CCD传感器、信号处理电路等引入的误差。

高精度激光三角位移传感器的技术现状

三角测量法是一种传统的位移测量方法。随着激光器、光电探测器和计算机的发展,三角测量法有了很多新的进展和应用。对激光三角位移测量系统进行概述和讨论。根据光线的不同入射方式激光三角位移传感器主要分为两种:直入射式和斜入射式。分别介绍了这两种方法的测量原理,并对它们各自的特点进行了比较。最后阐述了高精度激光三角位移传感器的应用方向及发展趋势。

激光三角法位移测量中数字散斑相关法的研究

在三角法位移测量中散斑是一种噪声,当成像光斑过弱而湮没于散斑中时,抑制散斑已没有意义;但散斑同样是位移信息的载体。为此针对激光三角法位移测量系统,研究数字散斑相关法;对强散射、粗糙界面的位移进行了实测,且进行了数据分析。结果表明,在激光三角法位移测量中运用数字散斑相关法对强散射、粗糙界面进行位移测量是可行的,测量范围可达微米级,测量误差小于2%。此法可改善三角法位移测量系统在强散射、粗糙界面的情形下传统测量方法的缺陷,有效提高了测量精度,并扩展了激光三角法位移测量的实用范围。

精密PSD微位移在线测量系统

为了满足工业现场微位移测量的精密性实时性和可靠性要求,设计并制作了位置敏感器件(PSD)激光微位移测量系统.系统将调制带通滤波峰值检测等信号处理技术运用于激光三角法中,并利用PSD信号单通道处理方式,提高了系统的抗干扰能力.同时,系统采用自适应控制方法改变激光的调制频率,从而调整电信号的增益系数以适应各种测量对象.实验表明,在没有滤光片的情况下,系统有效地消除了背景光和暗电流的影响,测量频率最高可达2,kHz,分辨率达到0.035%,稳定性误差小于0.090%,线性度好于1.2%,大大降低了温漂的影响.

密集散乱测量数据点的B样条曲面拟合研究

回顾了密集散乱测量数据点曲面拟合研究发展情况 .针对异形边界自由曲面密集散乱测量数据点 ,提出一种 B样条曲面多步拟合算法 ,其中涉及边界插值 B样条曲面生成、Hardy's双二次局部插值、规则网格数据点 B样条曲面最小二乘拟合等关键技术 .通过一个工程实例 ,对文中提出的 B样条曲面多步拟合算法进行了实验验证 .

一种量化的激光位移传感器倾角误差补偿模型

激光位移传感器具有非接触、测量范围大、测量效率高等优点,广泛应用于精密检测领域。然而,倾角误差是影响激光位移传感器测量精度的主要因素之一,为了提高激光位移传感器的测量精度,有必要对其进行分析研究,推导出能够在工程中应用的可量化的倾角误差补偿模型。首先从激光三角法测量原理开始,深入分析了激光光束的光路和光强损失的原因,然后根据光路的几何特征建立了物像方程,从倾角误差机理推导出一种可量化的误差模型,最后用激光干涉仪和正弦规在四坐标测量仪上。对激光位移传感器进行了倾角误差实验,把测量得到的数据经误差模型修正后,可以将传感器的测量精度控制在10μm以内。结果表明,所提出的倾角误差模型准确有效,在对复杂曲面的测量应用中,具有一定的使用和推广价值。

激光三角位移传感器分辨率不均匀性分析与参数优化

激光三角位移传感器,特别是激光与镜头光轴夹角较小时,分辨率通常不均匀,针对常见的激光三角位移传感器结构,从物像位移关系、像中心定位算法、光斑和像的大小与分布等各个方面因素进行分析,分别得出它们对分辨率的影响趋势是不同的。根据这一特点,综合考虑各个因素,优化光斑参数,使各个因素对分辨率影响相互抵消,以取得较均匀的分辨率。经过实验验证,该方法可以取得较为均匀的分辨率。

CCD分段测量的光学位移测量系统

为了高精度地实现大量程的位移测量,采用传统激光三角法的测量原理,提出一种基于虚拟探测器的激光三角法来测量位移。该方法基于3个CCD分段测量的思想,将3个CCD互相独立且沿光轴均匀分布,以此扩大传统方法测量的范围。使用平面反射镜作为虚拟探测器进行探测,当成像光束经平面镜反射后在CCD上成像时,系统相当于增加了一个CCD,扩展了测量量程。由准直系统、偏振片、光阑组成准直滤光系统,缩小探测器光敏面上像点的直径,减小被测表面非理想光点对测量精度的影响,从而实现了较高精度下的大位移测量。最后通过实验验证了方法的可行性。

基于CCD传感器的砂轮轮廓测量系统设计

为实现激光修整砂轮过程中的砂轮轮廓测量,分析了激光三角法的测量原理,并选用基于三角法的CCD激光位移传感器、精密电控移动平台和数字信号处理器(DSP)等搭建了砂轮轮廓测量系统。系统采用DSP设计传感器控制和数据处理电路,以实现其在激光修整砂轮过程中的应用。传感器测量精度验证实验和激光修整砂轮实验结果表明:CCD位移传感器的测量精度达7μm,所设计的轮廓测量系统能准确测量出砂轮轮廓,并成功应用于激光修整砂轮系统,具有良好的实用价值和应用前景。

用于实时溅射深度测量的新型Grimm辉光放电光源的设计

采用辉光放电光谱仪进行物质表面深度分析时,样品溅射深度是重要的分析信息。本文设计了一种新型Grimm辉光放电光源,此光源与激光位移测距传感器构成的测量系统可对样品溅射深度进行实时测量,并保证了良好的辉光溅射效果和分辨多层结构及界面的能力。采用激光三角测量技术,在辉光光谱分析的同时对溅射深度进行实时测量,能够有效地解决传统深度分析方法中步骤繁琐以及对深度估算不准确等问题。本光源采用光纤将辉光光谱信号从光源传至多道分光光电检测系统,在结构上首次实现了元素光谱信号和溅射深度信号的实时采集及基于时间的同步分析,对标准样品得到了理想的实时溅射深度测量曲线。本文详细介绍了此新型辉光放电光源的设计思路和工作原理。本辉光放电光源具有良好的深度分辨率,在30 mA,900 V,20 min的溅射条件下,对铁基和铜基样品的溅射速率分别约为10和55 nm.s-1,文中给出了样品的溅射坑表面形貌图和溅射坑显微照片。对中低合金钢标准样品进行了分析精密度实验,分析精度良好,其中C,Cu,Al,Ni,Mo,Mn,V元素相对标准偏差(RSD)均小于1.7%,Cr和Si元素RSD小于2.6%,给出了实测数据。

激光三角法位移测量中光强度的模糊自适应控制

在激光三角法位移测量系统中,激光的强弱、被测表面颜色、粗糙度等对测量精度有着显著的影响。提出了新的光强度模糊自适应控制方法,智能控制激光功率、光积分时间以及CCD放大增益来调节系统光强度,达到最合适光强度;在被测表面形态变化的情况下能够实现光强度自适应控制,提高位移测量的精度;计算机仿真将不同的系统光强度调节到预设值3200,验证了控制策略的可行性。并经实验表明,通过控制上述三种要素,CCD接收到的信号强度能够调节到预期范围,而且测量小位移时精度提高了5%。

基于激光三角测距的深基坑水平位移测量

针对传统深基坑支护结构水平位移测量时基准点的选取问题,提出一种基于相位式激光三角测量原理的深基坑水平位移测量方法,无需传统测量方法中的基准点选取即可实现精确测量。介绍了测量方法基本原理并建立相关数学模型,进行了计算机仿真,验证数学模型的正确性,通过理论分析和仿真表明:该测量方法确实有效。

一种大范围激光三角测距传感器的标定方法

针对光学三角测量中物距、像距及系统结构参数间的非线性关系 ,本文通过设置辅助变量及组合参数 ,使变量间关系线性化 ,然后根据实测数据采用最小二乘法拟合出组合参数的准确值 。

激光位移传感器检测类圆弧工件表面研究

基于直射式点激光三角法原理,分析测点表面法向与投射激光间夹角变动引起的误差情况,提出采用另设的倾斜传感器,专门对因单一传感器测量时的不准确区段进行检测,根据曲率半径确定可信区段、并通过两传感器可信区段的拼接,实现不同半价圆弧衔接构成的截面型线上各点的检测。经实验验证表明,对表面曲率半径>20 mm的圆弧,测量误差<100μm。

用于信号盲提取的最大三阶相关峭度反卷积算法

传统的低阶自适应滤波器难以抑制或消除激光位移信号的高阶统计噪声,且在微位移测量条件下,基于最大熵或自然梯度的盲源分离方法的收敛速度和信噪比会急剧降低.为此,文中利用混合信号的峭度变化特性,提出了最大三阶相关峭度反卷积算法,设计了反卷积逆滤波器,分析了最大三阶相关峭度反卷积算法的收敛性和稳定条件,并构建了实验平台进行盲提取实验.结果表明,最大三阶相关峭度反卷积算法可有效地盲提取激光位移信号和多重反射信号,较FastICA算法具有更快的收敛速度和更高的信噪比.

基于激光三角测量原理的自动机运动测试方法

为研究自动武器自动机运动规律,提出了一种基于激光三角测量原理的自动机运动参数测试方法,测试系统由线性CCD激光位移传感器、信号调理电路及信号处理软件构成.采用该系统对某一自动武器连发射击时的自动机运动位移参数进行了测试,与现有的方法相比,此系统操作简单,抗干扰性能好,所获取的实验数据具有较高的精度.