沈阳工业大学机械工程学院，辽宁 沈阳 110870
针对双头螺杆廓形参数难以实现高精度、高效率检测的问题，以四轴旋风铣床为载体，设计并实现了一种基于激光三角位移传感器（LTDS）的在机测量系统。为了提高系统的测量精度，基于变结构元广义形态学方法、多项式插值算法及椭圆拟合法，实现了含噪光斑图像质心的微米级提取，并进行了实验验证。为了避免最小二乘分段拟合方法在断点处不满足函数连续性和可导性的缺陷，提出了基于拉格朗日乘数法的点云信号光顺处理算法。最后根据信号重构结果实时计算廓形参数，判断加工质量。实验结果表明，设计的在机测量系统可在39.7 s内完成一个螺距的螺杆廓形参数检测，测量精度为±9 μm，其中长轴、短轴、螺距的测量不确定度分别为0.72、0.69、1.65 μm，显著提高了测量精度和效率。
测量 螺杆转子 激光位移传感器 信号处理 中国激光
2023, 50(14): 1404002
1 山东交通学院 轨道交通学院，山东 济南 250357
2 西安市智慧高速公路信息融合与控制重点实验室，陕西 西安 710064
3 济南重工集团有限公司， 山东 济南 250109
4 长安大学 电子与控制工程学院，陕西 西安 710064
为了解决目前国内自主研发的激光位移传感器基准工作距离短和测量范围小的问题，设计了一种适用于远距离测量的大量程激光位移传感器成像光学系统。基于激光三角测量原理，结合具体使用要求计算了大量程激光位移传感器的性能指标和成像光学系统的设计参数。选择5片式透镜结构作为系统的初始结构，利用光学设计软件对大量程激光位移传感器成像光学系统进行了仿真，完成了系统优化和性能分析，实现了基准工作距离为1 000 mm、量程为±500 mm、分辨率为0.4 mm的大量程激光位移传感器成像系统设计。结果表明，在测量范围±500 mm内，系统均可以满足成像质量要求。该激光位移传感器成像系统具有工作距离远、测量量程大、结构简单的特点，可满足1 000 mm远距离处大量程范围的测量使用要求。
激光位移传感器 激光三角测量 大量程 成像系统 光学设计 laser displacement sensor laser triangulation wide range imaging system optical design
内蒙古科技大学机械工程学院, 内蒙古 包头 014010
结晶器振动台是连铸设备的心脏, 其性能评价是研究结晶器振动台的关键所在。为评价结晶器振动台动态性能, 首先, 开发出基于激光位移动态实时测试系统, 对结晶器振动台整体运动过程进行测量; 其次, 测得原始位移数据后, 利用数据处理软件对位移数据进行处理, 来评价结晶器振动台的振动动态特性; 最后, 测试方法现场实施后, 经过对测试数据处理, 能够很好地评价出不同拉坯速度下现场结晶器振动台的性能差异, 为现场结晶器的检修和维护提供指导。
结晶器 激光位移传感器 振动位移测量 动态特性评价 数据处理 crystallizer laser displacement sensor vibration displacement measurement dynamic characteristic evaluation data processing
1 中国电子科技集团 重庆声光电有限公司, 重庆 400060
2 中国电子科技集团公司第二十六研究所, 重庆 400060
曲面电极刻蚀技术是半球谐振陀螺的关键技术之一。为满足半球谐振陀螺高精度和高性能的要求, 针对激励罩和读出基座的电极刻蚀工艺, 该文提出了一种新的调整方法——三维平衡调整法。通过X、Y、Z方向的位移传感器检测器件与参考平台的间距, 根据间隙差距的大小进行相应的调整。试验验证表明, 该方法能有效减小半球谐振陀螺电极刻蚀的误差, 满足器件的各项性能参数。该方法原理简单, 具有定位精度高, 工艺易实现的优点, 对半球谐振陀螺电极刻蚀工艺具有较好的工程应用价值。
半球谐振陀螺 电极刻蚀 平衡调整 误差 激光位移传感器 hemispherical resonator gyro(HRG) electrode-etching balancing error laser displacement sensor
红外与激光工程
2021, 50(5): 20200316
强激光与粒子束
2021, 33(5): 054001
1 中国计量科学研究院, 北京 100029
2 哈尔滨工业大学 电气及自动化学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
针对厚度测量中对射激光束共线性的要求, 提出了一种基于双分光棱镜的传感器光轴空间位姿视觉检测方法。在分光镜坐标系下, 分析了单条激光束在组合分光棱镜中的光线传播和光斑变化规律, 建立了两条激光相对位姿与光斑中心点之间的数学模型。借助于棱镜坐标系和图像坐标系之间的转换关系, 可以根据四个拟合光斑中心坐标快速计算出激光束的相对位姿, 进而将激光束的共线测量转换为光斑中心坐标的拟合、对比问题。实验结果表明, 在传感器测量范围内, 该方法可以使两条激光束之间的夹角不大于0.17°, 距离不大于0.05 mm; 同时, 调整前后对量块的测量表明, 厚度测量误差由12 μm减小到4 μm, 间接验证了共线检测方法的有效性。所提方法实现了光束调整过程的数字化、可视化, 并且使共线性测量结果具有可溯源性, 有助于定量分析因两个激光传感器测量线不重合而引起的厚度测量误差。
共线检测 激光光轴 厚度测量 激光位移传感器 collinearity detection laser axis thickness measurement laser displacement sensor
广州铁路职业技术学院电气工程学院, 广东 广州, 510430
针对辽宁某铁轨交通实际工程区域展开全面的分析研究, 并使用激光位移传感器等手段在设计地铁隧道结构变形检测系统当中充分发挥三维激光扫描技术功能。最终得出如下结论, 在隧道变形监测工程当中使用三维激光扫描点云数据隧道断面提取技术。采集周期为10期, 时间跨度为55天, 分析监测辽宁某地铁隧道的特征断面, 在第三期到第六期当中发现隧道的荷载和沉降值将会随着超高层的连续施工作业而产生巨大的变化, 其中逐渐处于平稳状态的为后者。结合实际工程资料展开分析能够确定, 观测周期当中的沉降值数值在3.35 mm时最大, 使用三维激光扫描仪和传统水准沉降检测得出的结果, 最终发现可以得到大致相同的隧道沉降变化趋势和变化量, 这表明本文提出的方法能够更全面、更直观分析隧道横断面变形。
变形监测 隧道 激光位移传感器 沉降 云数据 deformation monitoring tunnel laser displacement sensor settlement cloud dat
1 北京师范大学核科学与技术学院射线束技术教育部重点实验室, 北京 100875
2 北京市辐射中心, 北京 100875
基于毛细管X光透镜技术的便携式能量色散X射线荧光分析因其无损分析等优点成为分析文物样品的有利工具。 但由于文物样品的表面不平整或弧度以及毛细管X光透镜聚焦X射线的特点, 导致在测量过程中样品测量点与毛细管X光透镜出端之间的距离产生变化, 引起照射样品的X射线束斑大小发生改变, 从而影响测量结果的准确性和元素区域扫描的分辨率。 介绍了本实验室自行研发的一种新型便携式微束X射线荧光谱仪, 此谱仪主要是由SDD X射线探测器、 30 W低功率X射线管、 毛细管X光透镜、 CCD和一个新型闭环控制系统构成。 该闭环控制系统是在激光位移传感器能够精确控制样品测量点到毛细管X光透镜出端距离的基础上, 结合LabVIEW语言环境下开发的计算机控制程序以及步进电机、 样品台等器件组成。 基于此系统, 该实验室研发的便携式微束X射线荧光谱仪在测量过程中可以时刻保证照射样品的X射线光斑大小固定不变。 同时, 该谱仪还可以通过调整样品测量点到透镜出端的距离来选择不同尺寸的X射线照射光斑。 为了验证设备的可行性, 使用该便携式微束X射线荧光谱仪在激活激光位移传感器和关闭激光位移传感器两种情况下测量了一块表面不平整古陶瓷样品釉彩层中K, Ca, Zn和Fe等元素的含量及分布, 并将测量结果进行了对比。 结果显示, 在激活激光位移传感器的情况下测得的样品微区元素含量与真实值较接近, 扫描区域元素分布图的分辨率更好, 表明本谱仪基于激光位移传感器开发的自动调整样品测量点到透镜出口端距离的闭环控制系统能有效的减少由于样品表面不平整或弧度带来的测量误差, 弥补了现有微束X射线荧光谱仪在此方面的不足。 因此, 本便携式微束X射线荧光谱仪在无损分析检测文物方面具有潜在的应用前景。
毛细管X光透镜 X射线荧光 便携式X射线荧光谱仪 微束X射线荧光 激光位移传感器 古陶瓷 Polycapillary optics X-ray fluorescence Portable X-ray fluorescence spectrometer Micro-X-ray fluorescence Laser displacement sensor Ancient porcelain
