动压气浮陀螺马达轴承间隙尺寸是决定其运转性能的重要指标。为提高轴承间隙测量的精度和自动化程度, 并实现快速批量测量, 研制了一台动压气浮陀螺马达轴承间隙自动测量设备。采用外部加力方式, 使转子体与定子产生相对位移, 从而将内部气膜间隙转化为外部微位移。设备整体结构采用模块化设计理念, 包括夹持模块、自动施力模块和位移测量模块。夹持摸块实现被测动压马达定子在两轴端的固定, 采用柔性支撑方式有利于保护被测件和保证施加力的平顺性; 自动施力模块主要由三维精密位移平台集成三轴测力传感器构成, 测量时转子体与力传感器通过夹指连接, 位移平台使转子体与定子产生相对位移, 三轴测力传感器则实现施加力的精确控制和定子的调中心控制; 测量模块由二维精密位移平台集成双电感测头构成, 基于相对测量原理实现微小位移测量。实验表明: 设备测量精度在0.3 μm以内。该设备可以实现外力的可控连续加载, 适用于批量测量。

在微装配中, 采用变焦变倍视觉系统可以有效解决测量范围与精度的矛盾, 但同时也引入了动态标定和实时自动聚焦的新问题。为此, 对变焦变倍显微视觉系统的标定和自动聚焦技术展开研究。在标定方面, 首先通过变倍率法完成图像主点的标定。基于平面靶标定法, 采用单视图单应矩阵分解对固定倍率下相机内外参数进行线性标定, 再引入畸变模型, 并由量子行为粒子群优化算法对标定结果进行非线性优化, 优化之后的最大反投影误差约为0.13 pixel, 平均反投影误差约为0.1 pixel。此外, 通过高斯曲线拟合完成对任意工作状态下视觉系统放大倍数的校准。在自动聚焦方面, 针对传统灰度梯度函数只考虑固定梯度方向且易受噪声影响的问题, 采用八邻域最大梯度阈值的自动调焦算法, 通过梯度阈值提高算法的抗噪性。与其他几种灰度梯度调焦函数相比, 该算法的单峰性好, 抗噪性强。

结合局部曲面拟合和广义二分优化搜索, 提出了用于大尺寸自由曲面形貌测量中多视三维散乱点云自动配准的算法。首先, 对点云微小局部区域进行标准最小二乘曲面拟合, 根据拟合残差提取给定点云的全部非平坦区; 借助图论中“邻接”与“可达”的概念以及非平坦区的空间分布统计特征, 进行相邻点云非平坦区的区域聚类计算以及区域匹配, 进而自动获得配准位姿初值。然后, 计算源点云在目标点云中最靠近点的k邻近, 并向k邻近点的局部移动最小二乘拟合曲面做正交投影, 以提取对应点。最后, 采用广义二分优化搜索进行位姿变换的优化求解。试验结果表明: 该方法稳定、可靠, 无需人工交互, 适用于采样错移情形。在重叠区域内选取150个对应点进行位姿优化时, 平均配准缝隙约为0.02 mm, 可以满足大尺寸自由曲面形貌测量的多视三维散乱点云配准的要求。