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基于PSD的六自由度位移测量解耦方法研究
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作者 付文江 卢增雄 +3 位作者 吴晓斌 黄宇峰 高斌 陈学同 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期105-116,共12页
基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用。精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位... 基于位置敏感探测器(Position Sensitive Detector,PSD)的六自由度(6 Degree of Freedom,6DOF)位移测量对紧凑空间内精密位移台初始位置和姿态的精密测量具有重要作用。精密位移台位移与PSD上光斑位移之间非线性关系的解耦是实现精密位移台亚微米及微弧度位移测量精度的关键。根据PSD与6DOF精密位移台上角锥棱镜之间的位置关系,构建了6DOF位移测量方案,建立了6DOF位移台位移与PSD上光斑位移之间的精确对应关系模型,采用数值计算法对该模型进行解耦求解,并与小角度近似法进行了对比分析。结果表明,当6DOF位移台单自由度位移范围为±10 mm和±10 mrad时,数值计算法引入的解算误差最大值为10^(-17)mm和10^(-15)~10^(-16)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差最大值为5.39μm和35.5μrad;在此基础上,采用蒙特卡洛法以随机均匀分布方式产生10000组六自由度位移进行分析,表明数值计算法引入的解算误差平均值为10^(-17)mm和10^(-17)mrad量级,而小角度近似法引入的解算误差平均值为10^(-3)~10^(-6)mm和10^(-5)mrad量级,其中z方向解算误差达到4.4μm,R_(x)和R_(y)方向解算误差达到28μrad,故小角度近似法无法满足上述位移测量精度要求。所提出的基于数值计算法的解耦方法对实现6DOF位移台的高精度位移测量具有重要意义。 展开更多
关键词 六自由度位移测量 位置敏感探测器 理论建模 数值计算法 小角度近似法
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基于光电的钢轨探伤车超声探轮自动对中系统设计及验证 被引量:5
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作者 石永生 张滋黎 +3 位作者 钟艳春 王平 熊龙辉 罗江平 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期29-38,共10页
钢轨探伤车超声探轮对中控制技术是探伤车高速检测的一项关键技术,在实际运用中因对中控制技术不足易造成钢轨伤损漏检。在既有对中控制技术基础上,采用自主化技术研究全新的基于光电的对中系统设计方案。针对钢轨夹板和道岔的干扰问题... 钢轨探伤车超声探轮对中控制技术是探伤车高速检测的一项关键技术,在实际运用中因对中控制技术不足易造成钢轨伤损漏检。在既有对中控制技术基础上,采用自主化技术研究全新的基于光电的对中系统设计方案。针对钢轨夹板和道岔的干扰问题,优化自动对中软件的钢轨廓形测量算法;针对不同偏移量的对中控制问题,优化对中控制软件的控制参数及控制算法。此外,根据现场用户静态测试需求,开展探轮自动对中系统静态响应指标试验;根据现场用户动态测试需求,开展探轮自动对中系统运行测试试验。结果表明:新设计的对中系统能够在60 kg负载情况下对5 mm阶跃信号的动态响应可上升时间57 ms、超调量18.6%、稳定时间156 ms,并在铁路线路实测中对中标准差可达到2.46 mm、极限偏差不大于7.19 mm,且无对中不良情况出现;全路60辆80 km·h^(-1)的GTC-80型探伤车全部完成了激光对中改造,现场运用良好,设计的基于光电的超声探轮自动对中系统能够满足探伤车在80 km·h^(-1)时的探伤检测需求。 展开更多
关键词 探伤车 自动对中 光电测量 钢轨探伤 静态响应
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基于机器学习的过焦扫描显微测量方法研究 被引量:4
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作者 李冠楠 石俊凯 +6 位作者 陈晓梅 高超 姜行健 崔成君 朱强 霍树春 周维虎 《中国光学(中英文)》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期703-711,共9页
微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)具有小型化、高集成度的特点,随着MEMS结构深宽比的不断增大,对MEMS结构尺寸的测量提出更高的要求。过焦扫描光学显微技术(Through-focus Scanning Optical Microscopy,TSOM)是一... 微电子机械系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)具有小型化、高集成度的特点,随着MEMS结构深宽比的不断增大,对MEMS结构尺寸的测量提出更高的要求。过焦扫描光学显微技术(Through-focus Scanning Optical Microscopy,TSOM)是一种高精度无损的光学测量方法,通过采集一组离焦图并沿扫描方向截取TSOM图像,利用库匹配的方法从中提取待测结构的尺寸信息。该方法对于纳米级结构测量有着极高的灵敏度,然而对于微米级特征尺寸存在建库困难且易受环境干扰的问题。本文针对微米级MEMS沟槽结构,在传统的光学显微镜基础上进行改造,建立了TSOM光学系统采集离焦图像,利用图像特征提取方法生成TSOM特征向量集,结合机器学习的方法建立不同槽宽尺寸的回归预测模型,对微米级MEMS槽宽尺寸实现纳米级测量精度,单点重复性测量2μm槽宽的相对标准差(Relative Standard Deviation,RSD)在1%左右,10μm和30μm槽宽RSD分别低于0.2%和0.35%,结果表明该方法对于微米级MEMS沟槽测量具有极高的应用前景。 展开更多
关键词 MEMS 机器学习 过焦扫描光学显微法 微纳测量
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高速实时近红外弱信号检测系统 被引量:2
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作者 朱强 周维虎(指导) +2 位作者 陈晓梅 石俊凯 李冠楠 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第24期3116-3127,共12页
为了实现对钞券表面涂层高速在线检测,研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先,根据涂层材料的特性,采用近红外波段的发光二极管和光电二极管,研制了驱动和弱信号采集电路;然后,利用现场可编程门阵列和图形... 为了实现对钞券表面涂层高速在线检测,研制了一种基于高速钞券质量检查机的实时近红外弱信号检测系统。首先,根据涂层材料的特性,采用近红外波段的发光二极管和光电二极管,研制了驱动和弱信号采集电路;然后,利用现场可编程门阵列和图形化虚拟仪器平台实现了数据的实时传输和处理;最后,提出了计算信号峰值强度的峰值标准差法并分析了该算法的实时性,进行了钞券表面涂层检测和算法实时模拟实验。实验结果表明,在钞券22 m/s的运行速度下,无论衬底是简单或复杂,未涂布钞券的信号均明显高于已涂布钞券的信号,分别差约为7 000,4 000,1 400,衬底图文越复杂,信号差越小。算法开始至结束的时间约为2~3 ms,远小于22 ms的钞券时间间隔,算法速度满足实时要求。本文研制的系统具有高速、实时、稳定的特点,可高效检测纸张表面的涂层有无,有望为涂层在线质量检测提供一种全新的方法。 展开更多
关键词 涂层 弱信号采集 峰值检测 实时系统
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