针对数字图像相关(DIC)实验中, 普通喷漆散斑无法满足超高温环境需求, 研究了数字散斑场(DSPs)的制作和转移方法。数字散斑场的设计通过矩阵转换确定每个散斑点的圆心坐标, 然后给每个圆心坐标施加一个随机度, 并由MATLAB软件编程实现。用激光打标技术将其转移到试件表面, 通过圆度和面积比分析了散斑的精度, 并通过平均灰度梯度法将喷漆散斑和数字散斑场进行对比分析。研究结果表明, 运用激光打标技术转移的数字散斑场精度高于普通喷漆散斑且质量稳定。将数字散斑场运用于拉伸和高温焊接实验, 实验中散斑随着试件一起变形, 没有出现脱落及遇高温融化等现象。

显微三维数字图像相关系统中体视显微镜景深小,光路复杂,宏观标定方法不适用于该系统。针对此问题,提出一种适用于显微立体视觉的定点旋转标定方法。基于体视显微镜放大倍率与景深的关系,建立数学模型,得到标定板与XY平面间的最大夹角,设计定点旋转平台对标定板进行旋转标定,通过系列实验对标定参数进行优化,得出使标定参数整体误差最小的夹角。标定结果表明,主点坐标误差不超过1.8 pixel,Z分量相对平移向量的最大偏差值小于0.15 mm,姿态数为10或10以上时标定结果趋于稳定。借助于精密位移台对标定结果进行了精度验证,结果表明采用所提方法标定后位移测量的平均相对误差为2.2%,平均均方差为0.36 μm。

针对显微立体视觉标定过程中, 因显微成像产生的畸变和模糊而造成棋盘格标定板角点误检的问题, 提出一种基于旋转不变性的角点检测方法, 研究了棋盘格角点间的几何特征, 对所有特征角点进行排序, 通过实验建立数学模型, 计算筛选的特征角点的置信度, 准确提取出棋盘格角点位置, 并通过一系列实验对这种方法的准确度、噪点数量以及精度进行验证。结果表明, 基于旋转不变性的棋盘格角点检测方法, 准确率达到91.2%, 重投影误差的均方差约为0.1像素, 具有较高的准确性和精度。

为了研究不同纳秒激光工艺参量(波长、能量密度、扫描速率)以及铜层厚度对激光刻蚀覆铜板质量(包括刻蚀深度及加工面粗糙度)的影响, 采用50W的1064nm红外光纤激光器和10W的355nm紫外固体激光器对覆铜板进行了对比刻蚀实验。通过分析红外、紫外激光刻蚀覆铜板材料的作用机理并对比实验结果得知, 采用1064nm红外光纤激光作为激光光源时, 设置合适的刻蚀参量, 能在完全去除铜箔层的条件下, 最大限度地保证环氧树脂基底的完整性; 而采用355nm的紫外激光作为激光光源时, 因环氧树脂材料对紫外波段激光的高吸收率, 以及紫外激光对有机材料的光化学作用, 基底材料的损伤难以避免, 此外, 红外光纤激光具有较高的刻蚀效率。结果表明, 综合光纤激光器高稳定性和高集成度的特点, 若激光直接刻蚀技术被用于大规模覆铜板的工业加工中, 红外光纤激光将更具优势性。

为了了解激光波长对炸药起爆感度影响，降低炸药激光起爆能量,通过炸药光谱、分解机理和量子化学计算，分析了常用PETN,RDX,HMX和HNS炸药的化学弱键和激光敏感波长。结果表明，PETN,RDX,HMX和HNS中最弱化学键均是硝基键—NO2，其对应的共振耦合作用激光波长均在6300nm左右；引起4种炸药电子跃迁激发的激光波长在190nm~250nm之间。在这些特征波长激光作用下，能够降低炸药的起爆能量。

鱼类游动时尾鳍的重要作用是产生推力。为了正确理解尾鳍的运动结构和运动特性,提出了基于傅里叶变换轮廓术的尾鳍实时三维形态测量方法。以巡游状态下的鲤鱼为实验对象,将影栅云纹投射在尾鳍表面,产生包含三维动态信息的云纹;由高速摄像机实时采集序列变形条纹,经过傅里叶变换、频谱滤波、逆傅里叶变换和基于时间序列的三维相位展开等处理后,重建了尾鳍的序列瞬时三维形态模型,真实再现了尾鳍复杂的三维运动过程。由摆幅-时间曲线获得尾鳍的摆动频率为1.42 Hz,实验表明提出的测量方法不仅可用于研究尾鳍的动态瞬时特性,还可用于定量分析其连续变化过程。

分析了激光飞行标刻过程的扫描幅面约束(SAL)特性以及影响最大飞行速度(MFV)性能的因素。研究了在同一扫描幅面约束下，工件进入扫描幅面的不同方位对最大标刻位移(MMO)值的影响，推导出匀速运动情况下最大飞行速度和最大标刻时间的计算公式，理论公式表明MFV与最大标刻位移值成正比，与标刻时间成反比。对于竖向方位和横向方位进入扫描幅面的工件，采用先进入先标刻(FEFM)扫描算法进行了激光飞行标刻试验，在不同的标刻时间下得到的MFV实验结果和按照理论公式计算得到的MFV值吻合良好。

建立了基于高速摄像技术、显微技术与数字图像处理技术的光学测试系统.配有光学显微镜的高速摄像设备(32 000 frame/s)记录并保存被测物瞬时序列图像,根据被测物的角振动特性设计相应的图像处理方法以获得振子各时刻的运动位移,并通过位移时间曲线分析振子的固有频率、阻尼系数及品质因子等动态特性参数.实验结果显示,频率测量误差＜0.01%.高精度地测量了振动轮式微机械陀螺的动态特性,为微结构动态特性的研究提供了一个有效方法.

研究了在线激光飞行标刻运动跟踪的原理, 提出运动的工件坐标系和静止的振镜扫描坐标系定义, 通过分析两坐标系的映射关系得到激光飞行标刻图形数据的运动补偿公式。针对生产线匀速和变速运动的不同特点, 基于计算机平台设计并实现了开环恒速计算跟踪和闭环位移检测跟踪两种运动跟踪算法模型。实验结果表明, 开环恒速计算跟踪模型采用纯软件计算实现运动跟踪, 不需增加额外硬件, 适合恒速工作环境。闭环位移检测跟踪模型通过旋转编码器采集生产线位移反馈信号来实现运动跟踪补偿, 避免了开环模型下因速度波动容易导致的计算跟踪误差, 具有速度自适应的优点, 在变速情况下也能得到良好的标刻效果。

针对微机械陀螺特征尺寸小、振动频率高,其动态特性难以精确评价的问题,提出了基于高速摄像技术、显微技术与数字图像相关技术的测试方案.并用此方法测量了双线性振动陀螺的固有频率、品质因子、-阶模态振型和杨氏模量.实验数据表明,系统分辨率可达0.01 μm,不同驱动频率下所测振子响应频率误差小于0.023%.