通过对当前城市轨道交通弓网运行现状分析, 讨论目前接触网检测技术手段与方式所存在的问题, 设计了一款可实现接触线磨耗、导高和拉出值连续测量的仪器。该装置利用刚性汇流排“∏”型结构特点, 以轮对和连杆结构形式实现在汇流排表面的连续移动功能; 同时通过激光三角测量原理和轮廓匹配方法, 实现接触线磨耗、导高值和拉出值的连续同步测量。最后通过实验室测试、现场人工对比测试, 完成该测量仪器功能与测量精度的验证, 经实验该测量仪测量精度达到0.01 mm, 对于接触网磨耗测量的平均误差为0.128 mm, 导高和拉出值的平均误差分别为2.297 mm和3.119 mm, 达到对刚性接触网静态参数检测技术手段与检测效率提升的目标要求。

机床主轴系统的热特性是影响其加工精度的主要因素之一, 对主轴系统进行热特性相关分析尤为重要。以TPX6111E/3数控镗床为研究对象, 利用FLIR热成像仪和米铱激光三角测量系统, 分析不同季节条件下, 相同转速数控镗床在温升时两次所产生的热变形对比情况。实验得出结论: 因季节(即时间)不同,环境温度相差很大, 同一数控镗床相同转速条件下, 主轴各对应点的温度值相差很大; 主轴分别在X、Y方向上的热变形也不相同, 进而在加工过程中对主轴的工况条件提出了更高的要求。

为了解决激光三角测量法在标定时, 不能直接准确地测量激光器端口与标定物的距离的问题, 采用了一种基于距离差进行标定的方法。该方法利用标定物移动的距离作为标定输入, 改进了测量系统的标定方法;采用高斯-牛顿迭代法计算测量系统的参量, 分析了测量系统在标定时可能产生的激光像点提取误差和非垂直误差。结果表明,测量距离的精度可达到4.000mm。该方法能够准确标定激光三角测量系统的参量。

基于挠性印制电路板补强片贴装质量的检测要求, 从硬件与软件系统设计出发, 开发适用于FPC补强片的贴片质量视觉检测系统。采用自主设计的弧形机架简化标定过程并减少硬件设备对图像采集的影响。在激光三角测量法的基础上, 引入高斯拉普拉斯算子和极限式阈值分割用以分离散射光斑的光心和散射光区域, 同时采用形态学运算进一步分离出光心区域。运用矩的不变性进行椭圆拟合并将其中心位置的改变转换为补强片厚度的变化, 更易于观测。实验结果表明, 改变结构元素的大小, 光斑中心位置的波动为1.15像素, 且最大误差仅达0.82像素, 若闭运算结构元素设定为8, 能进一步提高检测精度与检测效率。

为了降低激光位移传感器的生产成本, 提出一套新型激光位移传感器系统的设计方法。该设计基于三角测距原理, 使用CCD 单板机作为光电探测器, 换用小孔光学系统替代透镜, 并针对小孔光学系统的特点对传感器系统重要参数的确定方法进行了研究, 编写图像处理算法提取目标图像中的位移信息, 从而达到非接触式位移测量目的。搭建了一套该新型激光位移传感器系统进行位移测量实验, 结果表明此系统可以达到量程为50 mm、精度为1 mm 的测量需求。

为了实现激光传感器测头可以根据现场条件来实时改变入射角度, 建立了结构可调的点激光测量系统。建立了相机的针孔模型, 利用张正友标定算法得到该相机模型的内部参数, 定义点激光测量系统中的光心角, 推导出利用像点坐标和相机内部参数实时求取光心角公式。建立了点激光测量系统的数学模型, 引入点激光测量系统的结构参数: 基线距和基准角, 利用零平面和两个基准面标定系统结构参数。利用标定得到的系统结构参数进行实时的逆向工程在线测量。实验结果表明: 测量系统量程为75mm时, 该标定算法最大标定误差≤0.02mm, 点激光测量系统的测量误差≤0.06mm, 达到精密测量的要求。

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。