1 苏州大学 机电工程学院，江苏苏州25000
2 中国空气动力研究与发展中心 超高速空气动力研究所，四川绵阳61000
MEMS摩阻传感器是一种专门为测量高超音速飞行器模型表面摩擦阻力设计的立体式MEMS传感器，为了实现其可靠组装，设计了MEMS摩阻传感器微组装系统，对包括双显微视觉系统、高精度治具设计、精密操作工具、精密定位平台、高精度视觉识别算法以及点胶工艺等进行了研究。首先，分析确定了传感器性能与传感器浮动杆与芯片组装的形位公差、总成后的浮动杆上端圆面与传感器管壳上组件圆孔的同心度以及端面平齐度与高度差相关。然后，针对影响因素设计了高精度治具保证组装前传感器各个部件的形位公差在理论范围内，设计了精密操作工具确保精确吸取部件并在组装过程中稳定搬运部件，利用双显微视觉精确识别装配的轴孔位置，驱动精密定位平台将各部件搬运到对应装配位置。最后，研究点胶工艺对于传感器装配性能的影响。实验结果表明：传感器微组装完成后，其浮动头与管壳上组件圆孔同心度偏差平均值约4.90 μm；浮动头与上端盖端面高度差跳动值为1 μm。MEMS摩阻传感器微组装系统完全满足传感器装配要求。
MEMS封装技术 微操作 显微视觉 精密定位 MEMS packaging technology micromanipulation micro vision precision positioning 光学 精密工程
2022, 30(16): 1943
1 清华大学深圳国际研究生院，广东 深圳 518055
2 清华-伯克利深圳学院，广东 深圳 518055
光栅干涉仪凭借高精度和高鲁棒性，成为先进节点光刻机中的重要定位装置。针对14 nm及以下节点光刻机晶圆台的定位需求，综述了多自由度纳米/亚纳米测量精度的零差式和外差式光栅干涉仪的发展，并介绍了“四光栅-四读数头”的光刻机六自由度位移测量系统布局。为了获得更高的精度和可溯源性，综合分析了光栅干涉仪中的环境误差、安装误差和仪器内在误差，并提出了光栅干涉仪实现亚纳米测量精度的关键问题，期望为光栅干涉仪精度提升和系统搭建提供初步指导。
激光与光电子学进展
2022, 59(9): 0922019
为了充分利用多目视觉系统的冗余信息,提高系统对同名物点世界坐标的解算精度,提出了一种基于加权Levenberg-Marquardt(LM)非线性优化的定位算法。该算法充分考虑拍摄距离对物点计算精度的影响,利用矩阵论中的广义正交投影法求解多相机约束下物点世界坐标初值,结合深度信息对目标函数进行加权,提高近距离相机的置信度,根据加权处理的LM算法对物点世界坐标进行迭代计算以获得最优解。在8 m×6 m×3 m的测量空间对4种算法进行了实验,实验结果表明,所提加权LM算法相比传统算法及近年提出的算法在精度与效率方面均有不同程度的提高,可为多目视觉系统的高精度定位提供一定的参考。
机器视觉 多目视觉系统 高精度定位 非线性优化 广义正交投影 加权LM算法 激光与光电子学进展
2021, 58(24): 2415006
1 中国科学院半导体研究所光电系统实验室, 北京 100083
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
针对大视场下气瓶阀门的自动化操作,提出一种基于对称性投影的三维定位算法。采用级联分类器对阀门进行初定位与分割,通过随机采样一致性(RANSAC)算法提取阀门平面法向,利用规则刚体结构的对称性,以一种轴向投影与自适应阈值相结合的方式获取阀门平面的边缘点对,并结合空间直线方程计算出最终所需的中心坐标,实验结果表明:在690 mm×520 mm的视场范围内,坐标及位姿的均方根误差分别为0.352 mm,0.0145 rad。与常规边缘提取方式相比,该算法能更好地应对噪声与点云的缺失,实现了大视场下阀门中心的精确定位。
机器视觉 三维目标 随机采样一致性算法 图像处理 高精度定位 光学学报
2020, 40(10): 1015001
华中科技大学 机械科学与工程学院, 武汉 430073
在LED芯片的制造过程中, 检测和分拣都需要对芯片进行定位, 定位的精度和速度也直接影响了LED芯片的生产质量和效率。为满足LED芯片定位系统的精度要求, 提出了一种改进的标定算法。首先分析误差来源, 确定主要误差来源于安装角度偏差, 然后通过误差分析结果提出了改进的标定算法来补偿安装误差, 相较于传统标定算法的矩阵求解, 线性运算降低了标定时间。实验结果表明, 改进的标定算法能有效提高芯片的定位精度, 同时有较高的鲁棒性。
LED芯片 视觉反馈 相机标定 高精定位 误差分析 LED chips visual feedback camera calibration high precision positioning error analysis
1 南京航空航天大学 机械结构力学及控制国家重点实验室, 江苏 南京 210016
2 华侨大学 精密测量技术及仪器研究中心, 福建 厦门 361021
针对目前光波导封装使用的精密定位平台行程小, 结构与控制系统复杂的问题, 提出了非共振型压电电机驱动的大行程精密旋转定位平台。该平台通过压电电机的连续作动和步进作动两种工作模式来满足大行程和高精度要求。首先对该精密旋转定位平台进行动力学建模, 确定了系统运动方程。然后, 分析其作动机理, 研究影响旋转平台转速的不同因素。最后, 实验研究该精密旋转定位平台的速度、步距、分辨率与负载特性, 确定平台连续作动与步进作动的驱动方式。实验结果表明, 在直流偏置为60 V, 峰峰电压为120 V, 频率为180 Hz的正弦波电压激励下, 该精密旋转定位平台最大转速可达47 963.2 μrad/s, 分辨率和最大负载分别为3 μrad和60 g。与现有的大行程精密定位旋转平台相比, 设计的平台具有行程大, 精度高, 结构简单, 稳定可控, 且装配调试方便, 易于批量化生产等优势。
大行程旋转平台 非共振压电电机 精密定位 光波导封装 rotary positioner with large stroke non-resonant piezoelectric motor precision positioning waveguide packging 光学 精密工程
2016, 24(11): 2712
1 清华大学信息科学与技术国家实验室, 北京 100084
2 国网信息通信产业集团有限公司, 北京 100031
3 国网河南省电力公司郑州供电公司, 河南 郑州 450000
4 深圳清华大学研究院, 广东 深圳 518057
提出了一种基于可见光发光二极管（LED）与摄像头成像通信的室内精确定位方法，旨在实现高精度、低成本、应用范围广泛、不易受干扰的室内定位。该方法利用摄像头接收加载在LED光上的身份识别信息（ID）获得LED的绝对位置信息，进一步从摄像头拍摄的图像中获取摄像头与LED的相对位置信息，结合接收端上的姿态传感器（电子罗盘）数据，便可计算得到摄像头的精确位置，实现定位功能。采用该方法进行了高精度室内定位实验测试，测试结果表明，该方法的定位精度可以达到厘米量级，且可以仅通过软件就将接收端布设在目前大多数智能终端上。
光通信 室内定位系统 成像通信系统 精确定位 中国激光
2016, 43(12): 1206001
1 厦门大学 航空航天学院, 福建 厦门 361005
2 华南理工大学 发光材料与器件国家重点实验室, 广东 广州 510000
研究了利用电纺直写技术进行图案化微纳结构可控喷印沉积的方法, 该方法利用喷头与收集板之间的稳定直线射流来实现有序纳米纤维的直写制造。分析了电纺直写射流在静止收集板和移动收集板上的沉积行为; 探究了工艺参数对电纺直写微纳结构定位误差的影响规律。实验显示: 在内部应力和电荷排斥力的作用下, 射流会产生弯曲螺旋从而引导纳米纤维在静止收集板上逐层叠加形成三维微结构; 提高收集板运动速度可克服射流螺旋鞭动, 获得无螺旋结构的直线纳米纤维。根据设计图形分别电纺直写了方波、多圈矩形纳米纤维图案, 分析了直写图案尺寸与设计图案尺寸间的误差。结果显示: 电纺直写纤维图案定位误差随着收集板运动速度、喷头至收集板距离、施加电压、收集板运动距离的升高而增加; 优化实验条件和试验参数, 电纺直写微纳结构定位误差可优于10 μm。实验验证了微纳结构图案的精确喷印沉积有助于提高电纺直写技术的控制水平。
电纺直写 纳米纤维 微纳图案 螺旋弯曲 射流沉积 精确定位 electrohydrodynamic direct-write nanofiber micro/nano pattern spiral bending jet deposition precision positioning
1 南京师范大学电气与自动化工程学院, 江苏 南京 210042
2 东南大学自动控制系, 江苏 南京 210096
3 日本爱知工业大学智能机械工学科, 丰田市 470-0392
在光学理论基础上，对反射型双光栅检测系统进行了研究。建立了以反射叠栅信号及其相应位移为对象的数学模型，并利用Matlab 软件对反射叠栅信号其位移特性进行数值计算及分析仿真，经仿真研究发现，反射0 次叠栅信号输出光波强度最强、呈现出稳定的规律性。据此，设计实现一种基于反射叠栅信号的超精密定位系统，以反射0次叠栅信号作为定位台的控制信号，在微型计算机闭环作用下，实现微定位工作台高精度位移偏差实时检测以及超高精度自动定位。对于反射定位系统存在的非线性、迟滞性等特点，提出基于模糊径向基函数(RBF)神经网络的智能比例积分微分(PID)控制技术，在二者共同作用下在线实时调整PID 控制参数，实现PID 控制的智能化，提高智能控制的自适应能力。结果表明，采用反射叠栅信号的智能PID 控制系统抗干扰性强、定位效率高，可实现± 10 nm 的定位精度。
几何光学 超精密定位 反射叠栅信号 模糊径向基函数神经网络 比例积分微分控制 光学学报
2015, 35(12): 1208002
北京理工大学 光电学院 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京 100081
为了实现大量程、高精度测量系统的快速驱动与定位,结合双频激光干涉仪、可回收废气的空气静压导轨、精密滚珠丝杆以及伺服控制系统,研制了一套定位精度高、重复性好的快速精密定位系统.该系统以双频激光干涉仪为测长基准,实时反馈系统工作台位置信息;采用余气回收式空气静压导轨克服了传统气浮导轨余气对激光干涉测量光路系统的影响;在定位过程中引入PID运动控制技术,通过调节伺服控制器的PI参数使系统拥有快速平稳的响应特性.经实验测试,在500mm行程范围内,该系统的轴线双向定位精度可以达到0.266μm,重复定位精度可以达到0.173μm,具有较好地快速响应特性.应用所研制的精密定位系统对一维直线光栅样品进行了扫描,并与用Olympus共焦显微镜测得的数据进行了比对,表明系统具备良好的轴向定位能力.
光学测量 快速精密定位 双频激光干涉 空气静压导轨 PID控制 定位精度 optical measurements high-speed precision positioning double-frequency laser interference aerostatic guideway PID control positioning accuracy
