一、一种栅纹图像间距精密测量方法（论文文献综述）
褚楚[1]（2021）在《基于激光干涉的高精度计量装置研发及路面轮廓量测的量值溯源》文中研究指明本文研发了一种基于激光干涉的路面轮廓计量装置,提出了路面轮廓计量的溯源体系,并对路面轮廓计量进行了量值溯源,填补了国内在路面轮廓计量溯源体系建设方面的空白,完成了一项标准仪器的建立。标准计量仪器是计量体系中用于量值传递的标准设备,研究和开发路面轮廓的标准计量仪器是实现路面轮廓计量量值传递的重要手段。在路面工程中,用于量值传递的标准仪器尚未建立,本研究开发的路面轮廓计量装置能够极大提高传统方式测量的精度,保证工程质量,节省测量成本。建立基于激光干涉条纹的计量校准方法和溯源体系,将完善路面工程的计量传递与溯源,为路面轮廓的三维测量提供重要的技术依据。本文基于干涉条纹轮廓测定法,结合理论分析和室内外实验,探索了提高测量精度的方法,并将该方法运用到路面轮廓的测量中,而后基于该方法设计并建造了路面轮廓计量装置,并以国家标准样件为基准对该装置进行了量值溯源。本文的路面轮廓计量装置可以为国内其他等级的路面轮廓测量装置提供校准和标定的依据。本文在现有研究的基础上,对基于干涉条纹的路面轮廓三维测量方法进行了系统研究。主要研究内容和成果如下:1)通过试验,对影响系统测量精度的各系统参数（如干涉条纹入射角、条纹空间频率、纤芯距等）进行了分析。结果表明,当入射角为13°时,三维重构的结果较好,该参数既能减小噪声对三维测量结果的影响,又能将扫描盲区限制在合适范围以内,可以将13°定义为最优入射角;系统测量精度随着条纹空间频率的增加而提高,但当条纹空间频率过高时,条纹对噪声的敏感度增强,将降低测量精度;当纤芯距为0.75mm时,条纹发射器能投射出较高空间频率的干涉条纹,且能保证干涉条纹的可识别性,使得远距离（500mm-1800mm）投射时仍保持较高的测量精度;2)根据精度影响因素的结论,改进了条纹发射器的构造,设计并制造了适用于测量路面轮廓的计量装置。该装置的扫描系统可以通过传动系统在三维笛卡尔坐标内的任意位置扫描被测路面,产生直径约在45.98-165.52mm之间的条纹图案,三维测量精度可达±0.1mm,分辨率可达0.053mm,填补了干涉条纹测量技术在路面轮廓测量中的缺失;3)从后处理的角度对三维图像重构的影响因素进行了分析,探究了减少干扰信息的方法,改进了重构的算法,弥补光束发散角引入的误差,从而提高系统的三维重构精度。结果表明,采用单一分量法、分段线性变换、构建反高斯函数、小波降噪等来处理原始条纹图像,可有效修复条纹图像的余弦分布特征,滤除干扰信息,实现对路面三维轮廓信息的提取,优化后的算法可使得获取的三维数据更准确;4)探究了路面轮廓三维测量值与标准值之间的差异,分析了误差来源,对系统在不同测量高度下的误差进行了探索。完成了路面轮廓计量在量值溯源体系中的关键环节:将该路面轮廓计量装置溯源到了计量标准,计算了路面轮廓计量装置的标准不确定度;用该装置标定新制的路面裂缝标准件,计算了路面裂缝标准件的标准不确定度。而后对实际路面的轮廓进行了三维重构,结果显示该装置可以较准确地反应沥青路面的三维形貌。
贾兴丹[2]（2021）在《亚像素级角位移细分及误差补偿方法研究》文中研究指明光电角位移测量技术是一种将角位移转换为数字量的精密测量技术,已广泛应用于国防和工业控制领域中。随着航空航天技术的发展,对光电角位移测量装置提出了更高的要求,不仅要减小外径尺寸和重量,更要提高装置的分辨力和精度。本文研究的图像式角位移测量技术,通过光学成像技术缩小了角位移测量装置的体积;采用数字图像处理技术,提高了角位移测量装置的分辨力和精度,对实现高精度高分辨力的小型角位移测量具有重要意义。在参考国内外大量文献资料基础上,研究了当今图像式角位移测量技术的发展现状,通过与传统角位移测量装置的工作原理对比,深入分析了图像式角位移测量装置特点、原理以及影响其精度和分辨力的主要因素。提出了基于无透镜近场成像的小型高分辨力角位移测量方法。无需透镜成像,将平行光源直接照射码盘进行光栅成像,在小体积测量装置下实现高精度高分辨力的角位移测量。提出了高精度的精码道质心定位方法。采用了CAMERALINK实时传输码盘图像至显示器,优化照明系统参数,图像探测器采集到最清晰的码盘图像。采用高斯滑动均值算法、均匀插值算法对光栅图像进行实时处理,通过平方加权质心计算实现高精度的精码道质心定位。通过仿真结果看出,质心定位精度有效提高,为亚像素级角位移细分及误差补偿奠定了基础。提出了基于正弦近似的亚像素级角位移细分方法。采用正弦近似和几何关系推导,建立了亚像素级角位移细分模型,实现细分计算,并完成了硬件移植。该细分方法占用系统内存少,可实现更高分辨力的角位移测量。实验结果表明,该方法实现了8192份角位移细分,使测量分辨力提高了5-bit。同时提出了基于空间位置的码值校正方法,实验结果表明,精码与粗码衔接正确,无错码现象。提出了基于单边图像采集的误差补偿方法。提出了基于三角波拟合的误差补偿方法,采用三角波拟合测角误差曲线,实现误差补偿。经实验验证,经误差补偿后,测量装置精度从37.25″提升到8.75″。为了进一步实现自适应误差补偿,提出了基于精码道中心线拟合的误差补偿方法,采用最小二乘法拟合精码道中心线得到码盘中心位置,确定码盘偏心距离横向分量,实现实时误差补偿,当码盘的偏心距离为0.05mm,经误差补偿后,测量装置精度从536.52″提升为228.61″,有效提高了系统精度。运用本文研究的亚像素级角位移细分方法和单边图像采集的误差补偿方法,使直径为38mm的码盘达到21位分辨力,实现了小型高精度高分辨力的角位移测量,对研制小型高精度高分辨力图像式角位移测量装置具有重要意义。
郑发家[3]（2021）在《数控机床三直线轴21项几何误差测量系统与应用研究》文中认为数控机床作为现代制造业的“工业母机”,是衡量国家装配制造业水平的重要标志,加工精度是其关键指标。误差补偿成为提高与保持数控机床加工精度的主要途径和发展趋势,快速准确测量数控机床的各项误差是进行误差补偿的前提与关键。作为数控机床的关键运动部件,直线轴在运动过程中共产生6自由度几何误差,数控机床三直线轴共有21项几何误差。如何实现21项几何误差的快速高精度测量,成为数控机床误差补偿急需解决的测量难题和研究重点。针对以上难题,本论文依托国家自然科学基金重大科研仪器研制项目,在课题组长期研究单直线轴6自由度几何误差同时测量的基础之上,创新提出了激光一步三线数控机床三直线轴21项几何误差快速高精度直接测量方法,建立了三直线轴21项几何误差统一测量误差模型,研制了相应的测量系统,开展了一系列实验室和现场测试工作,验证了测量系统的有效性和可靠性。本论文的主要工作及创新如下:（1）提出了激光快速高精度直接测量数控机床三直线轴21项几何误差方法,实现一步安装自动测量得到数控机床三直线轴21项几何误差。相比单参数激光干涉仪,不仅提高了测量效率,同时减少了多次安装调节带来的调节误差以及长时间测量环境改变产生的测量误差,提高了测量的综合精度。（2）建立了不同类型数控机床三直线轴21项几何误差统一测量误差模型,实现了测量方法的普适性。将4种结构类型数控机床3直线轴几何误差的测量方式规范为2种测量模式;分析了探测器的6项安装误差、18项误差敏感组合棱镜安装制造误差对直线轴几何误差测量的影响,建立了2种测量模式中的单直线轴6自由度几何误差测量误差模型。以此为基础,通过分析光线精确控制转向装置的安装制造误差对测量的影响,建立了数控机床三直线轴21项几何误差统一测量误差模型,通过Zemax仿真和实验验证了模型的正确性。（3）发明并研制了光线精确转向控制装置和18项误差敏感组合棱镜,研制了数控机床三直线轴21项几何误差快速高精度直接测量系统,完成了其中的光学设计、信号处理电路设计、测量软件设计等,实现对数控机床三直线轴21项几何误差的快速高精度直接测量。进行了一系列实验研究,结果表明:直线度、偏摆角和俯仰角、滚转角、垂直度的测量重复性误差分别为±0.5μm、±0.5″、±1.5″、±0.6″,与激光干涉仪和电子水平仪的对比偏差分别为±0.7μm、±0.5″、±1.0″、±1.6″。与单参数激光干涉仪相比,本测量系统的效率提高了45倍。（4）开展了数控机床加工精度和补偿效果应用研究。在提高数控机床加工精度方面,分析了实验室所用数控机床的空间位置误差分布,获得了对空间位置精度影响较大的关键几何误差元素。在现场大型龙门机床三直线轴21项几何误差测量与补偿方面,测量系统在10min内完成了21项几何误差的测量,极大提高测量效率的同时,获得了较高的现场测量精度。此外,根据系统获得的3个直线轴的定位误差对机床进行了误差补偿,经过国家智能制造装备产品质量监督检验中心（浙江）的鉴定表明:经过误差补偿,机床X、Y轴的定位精度分别提高了76%、79%,取得了较好的补偿效果,研制的测量系统获得了成功应用。
李舒航[4]（2021）在《基于衍射光栅的精密位移图像测量方法研究》文中研究表明精密位移测量技术在航空航天军用领域、超精密机械等工业技术领域都有着重要的应用。基于衍射光栅的位移测量系统以光栅栅距作为测量基准,具有抗干扰性强、精度高的优点,被广泛应用。经典光栅测量系统主要通过探测正弦波进行位移解调,但由于其存在裂项光路体积大、相位边缘解调误差大及细分分辨力有限等问题,因此本文提出基于衍射光栅的图像式位移测量方法。研究设计了一种图像式位移测量光学系统,并设计了图像解调算法,可实现图像亚像素级定位和纳米级位移的检测。在参考国内外文献基础上,本文对比分析了典型光栅测量系统及解调方法的优缺点。研究了衍射光干涉原理、多普勒效应、光偏振原理及位移信号解调原理,提出了基于衍射光栅的精密位移图像解调方法。研究了非局部均值（NLM）图像去噪原理,根据条纹图像欧式距离曲线特点,设计了反比核NLM去噪算法。以信噪比作为评价标准,利用MATLAB软件,与典型核函数的NLM去噪算法进行对比。实验结果表明:反比核NLM算法去噪后图像信噪比为30.1370d B,优于传统核函数的NLM去噪算法。设计了灰度极值亚像素级定位解调算法,并与典型的图像相关法、光流法进行实验对比分析。结果表明:在[0,2π]范围内,灰度极值法测量精度σ=797.1pixel,结果优于对比算法。进一步地,仿真连续多帧位移条纹图像并应用本文方法进行解调,仿真实验结果表明:位移测量精度σ=093.1pixel,去除粗大误差后的平均误差为0.0624pixel,对应像素物理尺寸误差大小为0.1374μm,为高精度的实际位移测量与解调奠定理论研究基础。设计并搭建了基于衍射光干涉叠加条纹的图像式位移测量光学系统,并采集2-3幅图像,进行了静态定位实验,对本文的算法进行验证。结果显示:利用本文算法可实现图像的亚像素级定位与位移的纳米级定位测量。最后,结合FRED软件对光学系统仿真,分析了实验误差来源及各部分误差对实验结果的影响。本文提出的方法同样适用于自相干莫尔条纹系统、光电轴角编码器等其他位移测量系统的图像式位移信号解调,为光栅式精密位移测量领域信号解调技术的发展提供了研究基础。
衡园[5]（2021）在《基于线阵CMOS的光栅宏微复合位移测量系统设计》文中进行了进一步梳理随着微电子行业的快速发展,对微电子制造装备的高速高精度的性能要求也越来越高,如何在高速状态下获取更高的测量精度,不仅与微电子行业未来发展息息相关,也对提升我国综合制造能力具有深远的意义。与编码盘、激光干涉仪等精密测量仪器相比,光栅测量传感器由于价格低、分辨率高、结构紧凑、精度高等特性,在各个测量行业得到广泛应用。传统的光栅传感器主要依据对莫尔条纹的计数,得到位移测量值。为了提高测量精确度,可对莫尔条纹采用复杂的细分处理,但其容易受外部的噪声干扰而降低精度;或者可以减少光栅的栅纹距离来提升精度,可高密度光栅刻线工艺复杂、制作环境及技术要求高,难以达到要求。首先,本文针对增量光栅位移测量系统中普遍存在速度与精度的固有矛盾,提出利用线阵相机的高行频、高分辨率等特性,设计了一款基于线阵CMOS图像传感器的增量光栅宏微复合位移测量系统,以替代传统莫尔条纹检测方法。其中,高行频特性不仅可以减少高速状态下图像模糊问题,还可以消除运动平台震动带来的影响;为提高测量值的精确度,本文提出纵横转换放大的方式来提升系统分辨率,即将线阵CMOS图像传感器和光栅尺形成一定夹角。其次,在硬件系统方案设计过程中,采用线阵光源、物镜、转接件、光源控制器、线阵相机等硬件组成光学成像系统,随后搭建旋转控制平台,并采用matrox图像采集卡来满足数据的快速传输;为了降低实验设备对系统精确度带来的影响,根据已有的硬件设备的尺寸和结构,设计易于进行三轴微调的机械平台与夹持装置。然后,在软件系统方案设计过程中,使用C++编程语言完成光栅图像采集、宏微复合位移测量算法的代码编写,并采用局部自适应阈值法消除光栅图像光照不均的影响。针对采集到的光栅图像存在大量噪声以及污点划痕的问题,提出光栅重构算法结合形态学方式对其进行处理。根据线阵光栅图像的特征,采用软件方法进行运动方向的判别,随后完成了基于QT的人机交互界面的开发,便于实验过程中的调试及观察。最后,调试好软硬件上的实验参数,并以Renishaw激光干涉仪为标准进行对比实验,对实验结果和误差来源进行了解析。实验结果表明,本文设计的测量系统,在现有的实验条件下,系统能达到的位移测量精度为2μm,最高运动速度为0.9m/s,最高分辨率为0.06μm。本文提出的基于线阵CMOS的光栅宏微复合位移测量方法,为光栅测量领域提供了新的研究借鉴方式。
翟亚迪[6]（2020）在《透射电镜原子尺度高温力学平台研制及高温合金氧化机制研究》文中进行了进一步梳理以Ni基单晶高温合金为代表的高温材料因其优异的高温力学和抗氧化性能成为航空航天领域不可替代的关键材料。研究高温合金苛刻使役条件下的微观组织演变机理,建立显微结构与宏观性能间的跨尺度关联性,将为合金成分和热机械处理工艺优化提供实验和理论支撑。目前国际上在在透射电子显微镜（Transmission Electronic Microscope,TEM）中开展600℃以上的高温合金力学变形与氧化机理分析的实验研究多采用非原位的方法进行。但在TEM中施加高温和应力条件,同时在纳米甚至原子点阵分辨率下,实时观察材料的显微结构演化过程,进而准确揭示材料的高温塑性变形机理,仍是一项国际性方法学难题,国内外尚无此类商业化科学仪器。在国家重大科研仪器设备研制专项的资助下,本课题组研制出基于TEM的原子点阵分辨原位高温力学实验系统,模拟航空发动机涡轮叶片1150℃和137MPa的使役条件,为在原子尺度研究材料的高温塑性变形机制提供了全新的实验方法。将该原位实验系统搭载于环境球差电子显微镜（Environment Transmission Electronic Microscope,ETEM）可用于在原子尺度研究使役条件下的氧化机理。本论文主要研制TEM原子尺度高温力学样品杆机械平台系统,并利用上述系统原位研究了高温合金材料的高温氧化机制,主要研究内容及结论如下:（1）研制出与TEM腔室尺寸高度适配,与TEM匹配后具有超高真空度的样品杆主体机械结构。本文对样品杆主体机械结构进行关联尺寸设计,将其最终设计为四段式中空结构。根据不同部分的使用工况需求,采用高强度钛合金材质加工样品杆前端,采用轻质铝合金材料加工其余三段。并对四段结构进行优化和安全校核,在满足结构及功能性使用的前提下,扩大双倾零部件和电极零部件的空间。根据样品杆各段的结构尺寸及工作情况,优化各段之间密封连接的方式和材料,对密封结构尺寸进行设计与验证,以得出最优的密封结构及尺寸。自主搭建了样品杆密封检测系统,实现快速方便检测样品杆漏孔位置,最小检测漏率为0.01×10-12Pa·m3/s,为样品杆自密封及样品与TEM的高真空密封提供了有效预检测工具。经检测,样品杆外形主体与TEM腔室尺寸和真空精确匹配,满足TEM优于1×10-5Pa的极限真空需求。（2）研制出适配样品杆机械结构主体前端与极靴小空间尺寸,并能承载一体化载台的双轴倾转机构。该倾转机构以倾转台为从动执行构件,连杆为中间传动构件,采用具有高精密、高真空、无磁和小体积等特性的压电陶瓷电机连接驱动轴作为原动件,采用光栅位移传感器作为高精度位移反馈装置。在工作过程中,原动件的前后往复运动转化为倾转台绕旋转中心的β轴转动。设计了与压电陶瓷电机驱动器适配的软件系统,实现倾转的自动控制。该倾转机构可在5.4 mm TEM极靴内实现-20°～27°的β轴倾转,配合透射电镜测角台实现的±20°的α轴倾转,可容易的实现高温应力下材料显微结构的原子尺度观察和分析。设计了与扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope,SEM）适配的外接真空腔体,在SEM中对β轴倾转角度进行了高精度循环标定,建立了压电陶瓷电机前进与后退位移与倾转角度的关系曲线,有效消除了加工装配误差对倾转精度的影响,实现全循环（-20°～27°）累积误差为0.01°,倾转精度优于0.01°。（3）设计出适配倾转机构,并能够承载加热器件、微型驱动器与引线的一体化载台,其内部空间尺寸小于3 mm×9 mm×0.6 mm。根据对载台进行的受力分析,确定样品制备方式、样品支撑结构上缓冲缝的尺寸和载台与倾转台装配预紧力,有效避免样品装配过程中的断裂行为,成功保障了原位高温力学实验的顺利进行。设计了可适配于小空间一体化载台用印刷电路板（Printed Circuit Board,PCB）和柔性电路板（Flexible Printed Circuit,FPC）组合的电学连接装置,该方式解决了倾转过程中倾转机构与引线互相干扰的技术难点,保证倾转的正常工作与引线的可靠性,解决了小尺度空间内9-16根多信号的引入和输出问题。一体化载台与引线装置具有通用性,可承载单一热、力、电外场,以及热、力和电耦合外场。（4）结合MEMS加热芯片与微型驱动装置完成样品杆整体系统的装配,首次搭建了最高可在1150℃下进行的原子尺度原位高温拉伸实验的平台,并进行了为期2年的可靠运行,验证了本文设计的机械结构及电学传输系统的可靠性。（5）在ETEM中进行了高温合金原位氧化腐蚀实验,揭示了高温合金的初始氧化规律。本实验选择两种条件,一种是800℃恒温条件下,氧气压力由10-7mbar逐渐增加到0.5 mbar的氧化条件;一种是温度由室温逐步升至900℃,并维持0.5mbar的恒定氧气压力的氧化条件。实验结果表明:在0.5 mbar的氧气压力下,γ/γ’界面交结处于450℃开始向外氧化,随着温度的升高,沿γ/γ’界面形成氧化物网络。Ni、Co和Re从界面交叉结处首先被氧化,其次是γ/γ′界面,最后为γ和γ’相,γ’相和γ相中的其他合金元素（Ni,Ta和Nb）也因界面/表面氧化作用而消耗。在900℃剧烈氧化后,Al主要分布在γ’中,而Cr和W分布在γ相中。由Al和Cr形成的具有稳定性和保护性的Al2O3和Cr2O3氧化层较薄,不能完全保护其他合金元素免受氧化,合金元素可以向外扩散到氧化反应界面。合金原子的迁移可在γ和γ’相内部形成空位和孔洞,并为氧分子向内扩散到γ和γ’相中创造空间和通道。
于亮[7]（2020）在《基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法》文中研究表明借助纳米坐标测量机实现介观尺度的超精密测控是高端装备制造和半导体工业等精密工程中的重大需求,推动着纳米计量国际研究前沿迈向原子尺度、毫米以上测程和三维测量,促使超精密坐标测量技术成为了高端装备制造和精密计量领域的战略制高点之一,这对激光干涉测量技术提出了三自由度同步测量和测量精度突破纳米指向皮米量级的极限挑战。相比于传统的多光束三自由度激光干涉测量方法,单光束三自由度激光干涉测量方法具有系统架构简单、勿需多光束平行度极端调控等优点,有望在多自由度超精密同步测量领域发挥重要作用。然而,现有单光束方法存在测量分辨力受限、周期非线性、解耦非线性和角度量程小等亟待解决的问题,无法满足下一代制造与计量技术对多自由度超精密测量的需求。针对上述问题,本文提出一种基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法,以实现位移、偏摆角和俯仰角的超精密同步测量。针对该方法,建立基于全程光线追迹的单光束波前零差干涉条纹数学模型、提出三自由度线性解耦方法实现高分辨力测量、提出三自由度误差分析与处理方法进行原理误差校正与周期非线性误差抑制。本文围绕所涉及的科学问题和关键技术进行深入的理论和实验研究,在测量分辨力、周期非线性、解耦非线性、角度量程等关键技术指标上取得突破,为实现亚原子尺度的三自由度超精密测量提供新方法,为新一代原子尺度的纳米坐标测量机提供核心技术方案。论文的主要研究工作介绍如下:（1）为解决单光束波前干涉条纹数学模型有欠完备的问题,提出一种基于全程光线追迹的单光束波前零差干涉条纹数学模型,为本文测量方法提供了理论基础和数学工具。该条纹模型针对激光从光源出发经镜组直至产生波前零差干涉条纹的完整光学过程进行光线追迹,一方面建立了位移、偏摆角和俯仰角三自由度信号映射到干涉条纹图像的数学描述,将相关的光学与几何参数均纳入其中、更具完备性;另一方面,给出了三自由度信号到空间干涉条纹的相位、x轴和y轴频率三个参数的映射关系,形成了本文基于条纹图像进行三自由度干涉测量的光学原理。仿真分析了三自由度信号对空间干涉条纹的影响及其规律,分析并阐释了光斑分离游走现象的成因及影响,定量描述了高斯光束球面波前引起的干涉条纹畸变。分析和仿真结果表明,该条纹模型准确表达了光线传播过程中各种光学与几何参数的影响,可将条纹模型欠完备所导致的10-5量级位移原理误差和10-4量级角度原理误差分别修正至亚皮米和亚纳弧度量级。（2）为解决单光束多自由度解耦中的分辨力受限、解耦非线性和角度量程小等问题,提出一种基于空间干涉条纹图像的三自由度信号线性解耦方法,实现了三自由度信号的高分辨力线性解耦运算。依据本文测量方法的光学原理,将三个条纹参数分离成三个独立的自变量,推导出三自由度信号的线性解耦运算公式,形成了一种基于条纹图像的三自由度线性解耦方法;通过采用傅里叶变换结合非线性最小二乘拟合、多行平均和直流屏蔽进行二维条纹分析,实现了三自由度信号的高分辨力线性解耦;依据实测条纹图像构建了一个解析表达的条纹信号模型,并对该理想条纹进行仿真解耦测量,从而优化了解耦算法性能,使其满足本文的三自由度超精密测量需求。分析和仿真结果表明,与现有同类方法相比,本文方法的测量分辨力提高了一个数量级,角度量程提高了至少一个数量级,原理上消除了微弧度量级的解耦非线性误差。（3）为解决现有方法中三自由度误差分析与处理方法欠缺的问题,提出一种单光束三自由度误差分析与处理方法,实现了三自由度原理误差校正和周期非线性误差抑制。采用本文条纹模型和三自由度线性解耦方法,针对干涉条纹的产生及其解耦运算这一完整物理过程进行三自由度仿真测量。依据该仿真测量,一方面分析各自由度原理误差和三自由度耦合误差,给出其校正公式或补偿曲线,形成了一种三自由度原理误差分析与校正方法;另一方面,借助多重反射干涉背景图像分析三自由度周期非线性误差的来源、作用机理和变化规律,针对不同类型的背景图像提出相应的抑制方法,这形成了一种三自由度周期非线性误差分析与抑制方法。这些工作提供了一种三自由度误差分析与处理方法,有效地减小了本文测量方法的三自由度原理误差和周期非线性误差。分析和仿真结果表明,三自由度原理误差可校正至亚皮米和亚纳弧度量级,周期非线性误差的来源是多重反射、可被有效抑制。（4）采用10位工业相机实现了本文方法的实验装置和原理样机,验证了本文方法及其理论分析和仿真结果。其中,原理样机与PTB二维空间角度基准SAAC进行了比对校准,类似实验在国际上尚属首次。根据实验结果,装置的噪声优于5pm/（?）和5nrad/（?）（1 Hz以上频段）,分辨力优于80 pm和80 nrad,这基本达到了本文采用的10位工业相机所能达到的物理极限;三自由度周期非线性误差仅来源于多重反射,可从纳米和微弧度量级抑制到20 pm和0.2μrad以下;角度测量范围在距离为0.4 m处即超过1 mrad’1 mrad。上述关键技术指标均实现了突破,明显优于现有同类方法的研究成果、处于本领域国际前沿。另外,应用本文成果与PTB和德国公司合作研发了三自由度激光干涉仪和桌面式纳米坐标测量机的样机,目前在国际市场上尚无同等水平的纳米坐标测量机产品。
常轶民[8]（2020）在《基于光栅投影的装配面几何尺寸检测方法研究》文中指出机械产品的装配过程中由于机械加工偏差和装配面对准偏差,造成装配面之间几何尺寸信息不匹配,直接影响机械装配效率的提高和安全装配的实现,因此研究一种非接触式的装配面几何尺寸的自动检测方法,对机械零件的装配具有重要的实际意义。光栅投影法是一种基于面型结构光的三维重建方法,本文将该方法扩展应用于装配面的几何尺寸测量中,提出了基于光栅投影的装配面几何尺寸检测方法。本文以固体火箭发动机装配面为研究对象,利用数字光栅投影仪与CCD相机搭建光栅投影三维测量平台,采集云纹图像,对装配面进行三维重建,从而完成装配面的几何尺寸检测。检测内容包括装配面高度、平整度和螺纹孔的孔径和孔间距。本文所做工作如下:在分析常用相位求解方法的基础上,通过对多种相移方法仿真结果的对比,采用精度较高的四步相移法实现装配面主值相位的求解。通过对光路和装配面主值相位分析,研究相移法实际测量过程中出现的相位缺失问题,采用装配面主值相位补偿法补偿缺失相位,从而准确重建装配面相位缺失区域。为了解决装配面主值相位精确展开问题,分析了枝切法、质量图导引法和多频外差法对于装配面主值相位的展开结果,采用多频外差法作为主值相位的展开算法,完成装配面的精确三维重建。通过基于RANSAC和形态学的点云边缘特征点提取算法得到装配面圆类点云边缘特征点,进而得到装配面的螺纹孔几何尺寸信息。通过计算点云坐标偏离基准平面的程度得到装配面表面平整度。以提取的底面为参考平面,点云坐标偏离待拟合平面距离为参考量,得到与参考平面方向一致的装配面零件上平面,计算两平面的距离得到装配面的高度。通过法兰类工件模拟固体火箭发动机装配面,得到测量系统的检测结果:螺纹孔孔径的测量误差小于0.05mm;螺纹孔孔间距的测量误差小于0.08mm;高度的测量误差小于0.05mm;表面平整度的测量误差小于0.05mm。
李宽[9]（2020）在《绝对式光栅尺实时检测系统设计》文中指出本文在分析了解某企业绝对式光栅尺产品的检测需求后,设计了一种绝对式光栅尺实时检测系统。该系统采用FPGA作为检测控制器的主控芯片,结合USB接口芯片以及其他配合芯片组合成整体硬件部分,搭配软件进行数据处理,从而实现对绝对式光栅尺的检测。本文首先介绍了绝对式光栅尺的发展和主要工作原理,深入分析现有检测产品的不足,以此给出面向绝对式光栅尺的检测系统思路。其次,本文在深入了解绝对式光栅尺通讯协议、USB通信协议、USB驱动、BISS通信协议、FPGA系列芯片等技术的基础上,进行检测控制器的硬件设计,实现实际应用检测功能。随后,通过研究BISS通信协议,基于FPGA开发软件Quartus II设计了Bi SS主机IP核,以IP核为核心设计软件框架。对具体功能进行分区模块化并进行程序设计,最终完成了检测控制器的软件设计。编写上位机软件,通过USB接口,实现上位机与FPGA芯片的通信,即实现上位机控制检测控制器以完成各种指令。最后,搭建绝对式光栅尺精度检测实验平台,使用激光干涉仪对检测控制器进行大量检测实验,对绝对式光栅尺进行误差补偿。通过大量实验,对软件部分参数做了调整和模块优化,以减小延时。实验表明,检测控制器能实现绝对式光栅尺的精度检测并基本达到时延减少的目的。
于长志[10]（2020）在《基于自适应双目条纹投影的柱类零件空间状态测量关键技术研究》文中进行了进一步梳理以柱类零件为代表的回转体零件,在机械制造等工业活动中有着广泛应用。尤其在自动化装配或复杂装配环境中,为实现精密装配、确保产品质量,对柱类零件的空间状态进行快速、精确检测具有重要需求。然而,柱类零件一般近无表面纹理,且以金属材质或复合材料为主,具有较高的反光特性等因素,均限制了柱类零件空间状态的精密测量。由于非接触、高速、高精度的优点,基于条纹投影的三维测量技术在人脸识别、工业检测、质量检验等方面得到了大量应用,成为近年来的研究热点。本文以高动态范围柱类零件的空间状态测量为研究对象,针对近无表面纹理特征、表面反光的测量难点,通过融合双目视觉和条纹投影测量轮廓术,提出自适应双目条纹投影方法,并对其关键技术进行了研究,重点解决了高精度相机标定问题、高动态范围条纹图像问题、条纹图像滤波问题、非完整点云圆柱拟合问题等。论文主要研究内容包括:（1）研究高鲁棒标定靶中心提取方法。标定靶中心提取是进行相机标定的基础,对圆特征标定靶图像的亚像素高精度分割、椭圆中心提取等进行了研究,基于模糊商空间理论提出了图像分割动态粒度矩阵空间模型,将图像分割问题描述为图像在不同粒度、不同层次上的转换和跳跃,通过信息熵方法得到最优模糊聚类种群;提出量子启发群领导优化算法,用于求解上述最优聚类初始种群,从而得到全局最优解,即分割阈值。对标定靶图像进行全局阈值粗分割,得到圆靶感兴趣区;提出基于动态粒度矩阵空间模型的鲁棒椭圆中心提取方法,其思想是将椭圆中心提取问题转化为椭圆中心簇的最优聚类问题。首先采用迭代最小二乘得到椭圆中心簇,其次基于动态粒度矩阵空间模型对椭圆中心簇进行动态模糊聚类,得到最优聚类;然后,将最优聚类的多中心与最小二乘拟合中心进行比较,从而得到鲁棒椭圆中心。（2）研究高动态范围物体条纹图像测量方法。针对被测柱类零件具有高反光、局部镜面反射问题,提出了高动态范围自适应双目条纹投影测量方法,首先建立投影仪—被测物体—相机的非线性图像灰度响应函数,分析了物体表面反射特性对投影强度的影响。其次,通过投射序列灰度图像得到物体表面像素点及邻域点的反射特性,根据该特性计算最优投影灰度值。最后,将修正的灰度值通过双目转换关系和相机—投影仪转换关系,映射为投影条纹图像对应点的灰度值,提高条纹图像的质量。（3）研究相移条纹图像方向去噪方法。受环境、电磁设备等的影响,条纹图像不可避免受到噪声的污染,尤其是高斯噪声。首先分析了高斯噪声对相位计算的影响,推导得出高斯噪声引起的相位误差也呈现出高斯分布。为降低高斯噪声引起的相位误差,提出基于条纹相移场模型的条纹图像去噪方法,将传统单幅图像独立滤波转化为全相移图像方向滤波;其次,根据模糊商空间对全相移图像的滤波方向进行了修正;最后,提出带保真度项的改进四阶方向偏微分方程的泛函滤波方法,相比四阶方向偏微分方程方法,收敛速度更快、保留更多的原始图像细节信息。将所提方法对四步相移条纹图像进行滤波,降低了高斯噪声引起的相位误差,且在不同噪声强度下,本方法均取得更优的信噪比,说明具有更高的鲁棒性。（4）研究非完整点云圆柱拟合方法。采用双目条纹投影系统对柱类零件进行三维测量,受噪声、采样密度不均匀、遮挡等导致模型不完整、样本间缺乏语义关系等问题,只能得到部分点云信息,即非完整点云,并且点云数据通常受到异常点污染。大多数现有的圆柱拟合方法对完整圆柱点云拟合表现良好,但在不完整点云拟合中鲁棒性较差。首先分析了点云的数学模型以及存在误差,然后对点云进行离群点去除和双边滤波,降低噪声的影响;然后,通过对点云进行等距截平面选取,基于随机采样一致性算法对截平面上的边缘点进行椭圆拟合,并对椭圆中心点簇进行圆柱轴线拟合,从而得到柱类零件参数。本文以柱类零件空间状态检测为对象,以双目条纹投影为手段,研究了高鲁棒标定靶中心提取方法、高动态范围自适应双目条纹投影测量方法、基于条纹相移场模型的条纹图像去噪方法和基于截平面的非完整点云圆柱拟合方法等关键技术。通过对直径分别为199.750mm、239.741mm、276.299mm的柱类零件测量实验,平均直径拟合误差不超过0.03mm,轴线向量平均偏差小于0.02rad,实现了高动态范围柱类零件空间状态的准确测量。本文提出的关键技术不仅适用于柱类零件,同样也适用于其它回转类物体。
二、一种栅纹图像间距精密测量方法（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、一种栅纹图像间距精密测量方法（论文提纲范文）
（1）基于激光干涉的高精度计量装置研发及路面轮廓量测的量值溯源（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 选题背景 |
| 1.2 研究意义 |
| 2 绪论 |
| 2.1 激光干涉技术的发展状况 |
| 2.1.1 激光干涉技术在国外的发展状况 |
| 2.1.2 激光干涉技术在国内的发展状况 |
| 2.2 路面轮廓测量技术 |
| 2.2.1 基于雷达测距的路面轮廓三维测量技术 |
| 2.2.2 基于激光测距的路面轮廓三维测量技术 |
| 2.2.3 基于三维结构光的路面轮廓三维测量技术 |
| 2.3 量值传递与量值溯源 |
| 2.3.1 量值溯源与量值传递的定义 |
| 2.3.2 量值溯源与量值传递的必要性 |
| 2.3.3 计量基准与计量标准 |
| 2.4 存在的问题 |
| 2.5 研究内容 |
| 3 准静态高精度路面计量装置的原理 |
| 3.1 干涉条纹的产生 |
| 3.2 CCD相机捕捉图像的原理 |
| 3.3 获取三维信息的原理 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 准静态高精度计量装置的研发 |
| 4.1 条纹发射器的设计 |
| 4.1.1 分光器的选择 |
| 4.1.2 光纤的选择 |
| 4.1.3 激光器的构成 |
| 4.1.4 输出端的设计 |
| 4.2 系统参数的设计 |
| 4.2.1 路面扫描方式 |
| 4.2.2 镜头焦距的确定 |
| 4.3 路面扫描装置的设计 |
| 4.4 干涉条纹的调试 |
| 4.5 对设计参数的验证 |
| 4.5.1 相机与出射光的之间的夹角对条纹图像质量的影响 |
| 4.5.2 改进的纤芯距对三维信息提取精度的改善 |
| 4.6 路面准静态高精度计量装置的制作 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 路面条纹图像的处理 |
| 5.1 数字图像处理 |
| 5.2 对路面条纹图像的预处理 |
| 5.2.1 路面条纹图像的获取 |
| 5.2.2 预处理的原因 |
| 5.2.3 灰度变换 |
| 5.2.4 图像增强 |
| 5.2.5 背景光强均衡化 |
| 5.2.6 条纹图像的降噪 |
| 5.3 图像预处理有效性的验证 |
| 5.4 傅里叶变换法提取相位变化量 |
| 5.5 相位解包裹 |
| 5.6 相位信息转化为三维数据算法的优化 |
| 5.7 本章小结 |
| 6 系统的测量误差 |
| 6.1 不同测量高度下的误差 |
| 6.2 误差来源的分析 |
| 6.2.1 相位偏移对相位变化量的影响 |
| 6.2.2 条纹的投射距离的测量误差对测量结果的影响 |
| 6.2.3 背景光强对误差的影响 |
| 6.3 本章小结 |
| 7 路面轮廓三维重构的量值溯源及实际应用 |
| 7.1 不确定度的评定方法 |
| 7.1.1 不确定度产生的原因 |
| 7.1.2 标准不确定度的评定方法 |
| 7.1.3 合并样本标准偏差 |
| 7.2 路面轮廓计量装置的溯源 |
| 7.3 路面裂缝标准样件的溯源 |
| 7.4 沥青路面的实测 |
| 7.4.1 测量沥青路面样本1 |
| 7.4.2 测量沥青路面样本2 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 结论 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及在学研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（2）亚像素级角位移细分及误差补偿方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.3 图像式精密位移测量技术的研究进展 |
| 1.3.1 国外图像式精密位移测量技术的研究进展 |
| 1.3.2 国内图像式精密位移测量技术的研究进展 |
| 1.4 论文研究的主要内容及结构 |
| 1.5 文章小结 |
| 第2章 基于无透镜近场成像的角位移测量原理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 传统角位移测量技术 |
| 2.3 图像式角位移测量技术 |
| 2.3.1 照明系统 |
| 2.3.2 图像采集系统 |
| 2.3.3 数据处理系统 |
| 2.4 码盘编码方式 |
| 2.4.1 粗码道编码 |
| 2.4.2 码盘设计 |
| 2.5 文章小结 |
| 第3章 高精度的精码道质心定位方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 精码道质心定位算法 |
| 3.2.1 传统质心法 |
| 3.2.2 函数拟合法 |
| 3.2.3 平方加权质心法 |
| 3.3 照明系统参数对码盘成像质量的影响分析 |
| 3.3.1 光照强度对码盘成像质量的影响分析 |
| 3.3.2 光源波长对码盘成像质量的影响分析 |
| 3.4 码盘图像处理 |
| 3.4.1 噪声分析 |
| 3.4.2 码盘图像去噪、抗干扰处理 |
| 3.4.3 码盘图像重建 |
| 3.5 精码道质心定位抗干扰性分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 亚像素级角位移细分及译码方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 常用图像式角位移细分方法 |
| 4.2.1 像素级角位移细分方法 |
| 4.2.2 基于查表的亚像素级角位移细分方法 |
| 4.2.3 现有细分方法分析 |
| 4.3 基于正弦近似的亚像素级角位移细分方法 |
| 4.3.1 细分模型建立 |
| 4.3.2 细分误差分析 |
| 4.4 基于图像识别的码盘译码 |
| 4.4.1 码盘的粗码译码 |
| 4.4.2 基于空间位置的码值校正 |
| 4.4.3 绝对角位置译码流程 |
| 4.5 文章小结 |
| 第5章 基于单边图像采集的误差补偿方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 图像式角位移测量系统误差分析 |
| 5.2.1 码盘偏心误差分析 |
| 5.2.2 码盘倾斜误差分析 |
| 5.2.3 轴系晃动误差分析 |
| 5.2.4 系统误差分析 |
| 5.2.5 图像采集误差分析 |
| 5.3 偏心误差补偿方法 |
| 5.3.1 对径误差补偿方法 |
| 5.3.2 基于谐波函数拟合的误差补偿方法 |
| 5.4 基于三角波拟合的误差补偿方法 |
| 5.4.1 误差补偿模型建立 |
| 5.4.2 误差补偿仿真分析 |
| 5.5 基于精码道中心线拟合的误差补偿方法 |
| 5.5.1 误差补偿模型建立 |
| 5.5.2 误差补偿仿真分析 |
| 5.6 文章小结 |
| 第6章 实验结果分析 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 图像式角位移测量系统组成 |
| 6.2.1 照明系统 |
| 6.2.2 图像采集系统 |
| 6.2.3 数据处理系统 |
| 6.2.4 图像式角位移测量装置 |
| 6.3 码盘图像检测实验 |
| 6.4 分辨力检测实验 |
| 6.4.1 分辨力检测 |
| 6.4.2 码值校正方法验证 |
| 6.5 基于三角波拟合的误差补偿实验 |
| 6.5.1 实验原理 |
| 6.5.2 实验结果分析 |
| 6.6 基于精码道中心线拟合的误差补偿实验 |
| 6.6.1 实验原理 |
| 6.6.2 实验结果分析 |
| 6.7 文章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 主要研究成果及结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（3）数控机床三直线轴21项几何误差测量系统与应用研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景和研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 直接测量方法 |
| 1.2.2 间接测量方法 |
| 1.2.3 研究历程 |
| 1.3 研究目标与研究内容 |
| 1.3.1 研究目标 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 2 数控机床三直线轴21 项几何误差测量方法与系统 |
| 2.1 测量系统总体方案设计 |
| 2.1.1 设计原则 |
| 2.1.2 系统构成 |
| 2.2 激光一步三线三直线轴21 项几何误差测量方法 |
| 2.2.1 单直线轴6 自由度几何误差同时测量 |
| 2.2.2 三直线轴18 项几何误差测量 |
| 2.2.3 垂直度误差测量 |
| 2.3 三直线轴21 项几何误差测量系统研制 |
| 2.3.1 测量系统总体设计 |
| 2.3.2 光纤耦合传输单元 |
| 2.3.3 测量单元 |
| 2.3.4 光线精确转向控制装置 |
| 2.3.5 18 项误差敏感组合棱镜 |
| 2.3.6 测量系统软件设计 |
| 2.4 三直线轴21 项几何误差快速高精度直接测量系统 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 数控机床三直线轴21 项几何误差测量模式与误差分析 |
| 3.1 数控机床三直线轴测量模式 |
| 3.2 三直线轴21 项几何误差测量误差模型 |
| 3.2.1 引起测量误差的因素与分析 |
| 3.2.2 测量模式1 中单直线轴6 自由度几何误差模型 |
| 3.2.3 测量模式2 中单直线轴6 自由度几何误差模型 |
| 3.2.4 光线精确转向控制装置对21 项几何误差测量影响 |
| 3.2.5 三直线轴21 项几何误差统一误差模型 |
| 3.3 误差模型仿真分析与实验验证 |
| 3.3.1 基于Zemax误差模型仿真分析 |
| 3.3.2 测量误差模型实验验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 数控机床三直线轴21 项几何误差测量实验研究 |
| 4.1 基础性实验 |
| 4.1.1 标定实验 |
| 4.1.2 分辨率测试 |
| 4.1.3 稳定性实验 |
| 4.2 单直线轴6 自由度几何误差同时测量实验 |
| 4.3 三直线轴21 项几何误差测量实验 |
| 4.3.1 重复性实验和对比实验 |
| 4.3.2 测量效率对比实验 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 数控机床三直线轴21 项几何误差测量系统应用研究 |
| 5.1 提高数控机床加工精度分析研究 |
| 5.1.1 空间位置误差分布分析 |
| 5.1.2 21 项几何误差灵敏度分析 |
| 5.2 大型龙门机床21 项几何误差现场测量与补偿 |
| 5.2.1 三直线轴21 项几何误差测量 |
| 5.2.2 三直线轴定位误差补偿结果 |
| 5.3 本章小结 |
| 6 结论和展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 主要符号说明 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（4）基于衍射光栅的精密位移图像测量方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 课题背景及意义 |
| 1.3 光栅式位移测量技术研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 光栅式位移图像解调方法研究现状 |
| 1.5 研究现状分析 |
| 1.6 本文主要研究内容 |
| 1.7 本章小节 |
| 第2章 光栅式精密位移测量理论分析 |
| 2.1 光栅式位移测量系统工作原理 |
| 2.2 位移信号光学感知成像相关理论 |
| 2.2.1 光栅衍射原理 |
| 2.2.2 运动光栅的多普勒频移理论 |
| 2.2.3 测量光的相关偏振理论 |
| 2.2.4 干涉光的形成理论 |
| 2.3 位移图像信号处理理论 |
| 2.3.1 正弦波光电信号解调理论 |
| 2.3.2 光学图像信号解调理论 |
| 2.4 本章小节 |
| 第3章 基于衍射光栅的精密位移图像式测量光学系统设计 |
| 3.1 光栅的选择 |
| 3.1.1 光栅类型的选择 |
| 3.1.2 光栅线对数的选择 |
| 3.2 光学系统设计分析 |
| 3.2.1 光学系统的原理 |
| 3.2.2 光学系统的理论推导 |
| 3.3 平行分束器的设计 |
| 3.4 光学系统仿真 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 基于衍射光栅的精密位移图像解调方法设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 条纹图像去噪方法的设计 |
| 4.2.1 频域低通滤波原理 |
| 4.2.2 非局部均值(NLM)去噪方法 |
| 4.2.3 NLM去噪算法的核函数 |
| 4.2.4 反比核NLM去噪方法设计 |
| 4.3 条纹图像去噪方法仿真实验 |
| 4.3.1 图像质量评价方法 |
| 4.3.2 图像去噪仿真对比实验 |
| 4.4 条纹图像位移解调方法设计 |
| 4.5 条纹图像位移解调仿真实验 |
| 4.5.1 图像细分定位实验 |
| 4.5.2 图像位移解调实验 |
| 4.6 条纹图像位移解调方法对比实验 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 光栅式位移图像静态测量实验 |
| 5.1 实验系统搭建 |
| 5.1.1 关键器件选型 |
| 5.1.2 光学系统的搭建 |
| 5.2 位移图像静态去噪实验 |
| 5.3 条纹图像静态定位实验 |
| 5.4 主要误差源分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 论文工作总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
| 致谢 |
（5）基于线阵CMOS的光栅宏微复合位移测量系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外光栅测量研究及现状 |
| 1.2.1 光栅精密位移测量技术的发展及现状 |
| 1.2.2 图像传感器在光栅测量技术中的发展现状 |
| 1.3 本论文的研究内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 创新点 |
| 第二章 纵横转换放大和宏微复合位移测量原理 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光栅传感器测量理论基础 |
| 2.2.1 光栅尺结构特点与分类 |
| 2.2.2 光栅测量系统组成 |
| 2.2.3 光栅莫尔条纹的形成与测量原理及特点 |
| 2.2.4 光栅传感器的细分技术 |
| 2.2.5 光栅传感器的优缺点 |
| 2.3 纵横转换放大和宏微复合位移测量算法原理 |
| 2.3.1 纵横转换放大算法基本思路 |
| 2.3.2 宏微复合位移测量算法基本思路 |
| 2.3.3 宏微复合位移测量方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 光栅位移测量系统的硬件设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 硬件系统整体设计方案 |
| 3.3 光栅测量系统的成像方案设计 |
| 3.3.1 CCD与CMOS图像传感器 |
| 3.3.2 光源设计及光源控制器 |
| 3.3.3 成像光路方案 |
| 3.4 光栅位移测量系统的控制元件 |
| 3.4.1 Matrox图像采集卡 |
| 3.4.2 电动滑台及控制驱动器 |
| 3.5 刚柔耦合运动平台 |
| 3.6 机械微调平台设计 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 光栅位移测量系统的软件开发 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 位移测量系统软件框架及流程 |
| 4.3 光栅图像尺寸参数 |
| 4.4 位移测量系统中各模块功能设计 |
| 4.4.1 自适应阈值化 |
| 4.4.2 形态学处理 |
| 4.4.3 运动方向判别 |
| 4.4.4 光栅重构算法 |
| 4.4.5 区域分割算法 |
| 4.5 基于QT人机交互界面设计 |
| 4.5.1 QT简介 |
| 4.5.2 人机交互界面设计 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 位移测量系统的实验和分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光栅位移测量实验 |
| 5.2.1 实验硬件平台搭建及软硬件参数初始化 |
| 5.2.2 相机的平场矫正 |
| 5.2.3 位移测量数据对比 |
| 5.3 测量结果及误差来源分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得与学位论文相关的成果 |
| 致谢 |
| 附录 部分程序代码 |
（6）透射电镜原子尺度高温力学平台研制及高温合金氧化机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 单轴倾转、双轴倾转样品杆 |
| 1.2.2 原位加热样品杆 |
| 1.2.3 原位力学样品杆 |
| 1.2.4 力热耦合样品杆 |
| 1.2.5 研究现状小结 |
| 1.3 本论文研究内容 |
| 第2章 实验设备及仪器开发相关技术方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 透射电子显微镜 |
| 2.3 双倾加热样品杆 |
| 2.4 扫描电子显微镜 |
| 2.5 聚焦离子束技术 |
| 2.6 真空检测技术 |
| 2.6.1 真空检测技术方法 |
| 2.6.2 氦质谱检漏仪简介 |
| 2.6.3 氦质谱检漏仪检漏方式 |
| 2.7 倾转机构 |
| 2.7.1 连杆机构及其传动特点 |
| 2.7.2 连杆机构形式 |
| 2.7.3 连杆机构特性 |
| 2.8 电机技术 |
| 2.9 电机位移反馈技术 |
| 2.10 电连接技术 |
| 2.10.1 柔性电路板 |
| 2.10.2 柔性电路板连接器 |
| 第3章 样品杆主体机械结构的设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 样品杆主体机械结构设计与校验 |
| 3.2.1 主体机械结构设计要求 |
| 3.2.2 主体机械机构尺寸测试与材质选择 |
| 3.2.3 样品杆外形尺寸设计与校核 |
| 3.3 密封结构设计与核验 |
| 3.3.1 密封方式选择 |
| 3.3.2 真空粘接 |
| 3.3.3 密封材料与密封结构选择 |
| 3.3.4 密封槽设计 |
| 3.4 样品杆自密封检测 |
| 3.5 TEM真空系统与样品杆真空测试 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 倾转机构的设计与测试 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 倾转机构设计与优化 |
| 4.2.1 连杆优化设计 |
| 4.3 倾转控制系统 |
| 4.3.1 压电陶瓷电机 |
| 4.3.2 位移传感器选择与装配 |
| 4.4 倾转工况分析与倾转角度标定 |
| 4.4.1 倾转机构理论工况分析 |
| 4.4.2 倾转机构实际工况分析 |
| 4.4.3 倾转角度标定与倾转精度 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 一体化载台与引线设计及系统装配功能验证 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 多电极与一体化引线 |
| 5.2.1 载台设计 |
| 5.2.2 电极引线零部件设计 |
| 5.2.3 电极引线可靠性与疲劳测试 |
| 5.3 载台受力分析 |
| 5.4 样品制备工装设计 |
| 5.5 基于TEM原子尺度高温力学耦合测试系统 |
| 5.6 原位高温力学实验测试 |
| 5.7 本章小结 |
| 第6章 镍基高温合金初始氧化研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 实验材料及实验设备参数 |
| 6.3 元素分布表征 |
| 6.4 TEM原位加热实验 |
| 6.5 氧化实验及结果分析 |
| 6.5.1 800°C,不同氧气压力下的原位氧化过程 |
| 6.5.2 初始氧化产物分析 |
| 6.5.3 0.5mbar氧气压力,不同温度下原位氧化过程 |
| 6.5.4 氧化物结构分析 |
| 6.5.5 不同温度下微观结构与元素分布 |
| 6.5.6 氧化产物厚度分析 |
| 6.6 讨论 |
| 6.6.1 氧化反应 |
| 6.6.2 Al和Cr氧化分析 |
| 6.6.3 Re和 Re/Al比的变化 |
| 6.6.4 氧化引起的体积膨胀 |
| 6.7 氧化控制机制 |
| 6.8 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间所发表的研究成果 |
| 致谢 |
（7）基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究目的和意义 |
| 1.2 三自由度激光干涉测量方法的研究现状 |
| 1.2.1 平行光束干涉测量方法 |
| 1.2.2 差分波前干涉测量方法 |
| 1.2.3 改进型泰曼-格林干涉测量方法 |
| 1.3 本领域的主要科学问题和关键技术问题 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 单光束波前零差干涉原理及其条纹数学模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 单光束波前零差干涉测量原理 |
| 2.3 基于平面波的干涉条纹模型及分析 |
| 2.3.1 二维平面内的干涉条纹建模 |
| 2.3.2 平面波模型下的原理误差分析 |
| 2.3.3 三维空间中的干涉条纹建模和条纹特性分析 |
| 2.4 基于高斯光束的干涉条纹建模和条纹特性分析 |
| 2.4.1 高斯光束干涉条纹建模 |
| 2.4.2 干涉条纹特性分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 空间干涉条纹信号解耦方法及算法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 信号解耦方法及算法的提出和优化 |
| 3.2.1 三自由度线性解耦方法 |
| 3.2.2 干涉条纹信号的解析表达 |
| 3.2.3 信号处理算法基本原理 |
| 3.2.4 三点抛物线拟合算法及分析 |
| 3.2.5 多点高斯拟合算法及分析 |
| 3.3 解耦算法频率(角度)计算特性分析 |
| 3.3.1 频率(角度)计算分辨力 |
| 3.3.2 频率(角度)计算范围与精度 |
| 3.4 解耦算法相位(位移)计算特性分析 |
| 3.4.1 相位(位移)计算分辨力 |
| 3.4.2 相位(位移)计算精度 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 单光束波前干涉三自由度误差分析与处理方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 测量范围分析与优化 |
| 4.2.1 角度测量范围的基本限制 |
| 4.2.2 角度测量范围 |
| 4.2.3 位移测量范围 |
| 4.3 单个自由度的原理误差 |
| 4.3.1 角度原理误差 |
| 4.3.2 角度比例因子误差及其校正 |
| 4.3.3 位移原理误差及其校正 |
| 4.4 三个自由度之间的耦合误差 |
| 4.4.1 角度之间的耦合误差 |
| 4.4.2 角度与位移之间的耦合误差 |
| 4.5 系统测量分辨力 |
| 4.6 周期非线性误差分析与抑制 |
| 4.6.1 周期非线性误差源分析 |
| 4.6.2 条纹状背景图像及其抑制 |
| 4.6.3 同心环状背景图像及其抑制 |
| 4.6.4 周期非线性误差的定量分析 |
| 4.6.5 周期非线性误差的频谱分析 |
| 4.7 本章小结 |
| 第5章 实验与结果分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 噪声与分辨力测试 |
| 5.2.1 噪声水平测试 |
| 5.2.2 台阶分辨力测试 |
| 5.3 稳定性测试 |
| 5.4 周期非线性误差实验 |
| 5.4.1 典型的周期非线性 |
| 5.4.2 周期非线性误差的提取 |
| 5.4.3 周期非线性误差的抑制 |
| 5.4.4 角度变化引入的周期非线性 |
| 5.5 二维空间角度校准实验 |
| 5.5.1 原理样机校准实验装置 |
| 5.5.2 角度比例因子修正 |
| 5.5.3 二维空间角度的周期非线性 |
| 5.6 成果转化应用实例 |
| 5.6.1 三自由度干涉仪演示样机 |
| 5.6.2 桌面式纳米坐标测量机原型机 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（8）基于光栅投影的装配面几何尺寸检测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 装配面几何尺寸检测的研究现状 |
| 1.2.2 光栅投影技术的研究现状 |
| 1.3 研究内容及章节安排 |
| 2 装配面云纹图像的采集与预处理 |
| 2.1 装配面成像方案的设计 |
| 2.2 云纹图像的预处理 |
| 2.2.1 云纹图像的滤波 |
| 2.2.2 云纹图像的矫正 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 云纹图像的相位求解与展开 |
| 3.1 主值相位的求解 |
| 3.1.1 四种相位求解方法 |
| 3.1.2 相位求解结果的对比 |
| 3.2 主值相位的展开 |
| 3.2.1 质量图导引法 |
| 3.2.2 枝切法 |
| 3.2.3 多频外差法 |
| 3.2.4 相位展开结果的对比 |
| 3.3 无效相位补偿 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 装配面几何尺寸的计算 |
| 4.1 装配面的平面提取 |
| 4.1.1 法向量的计算 |
| 4.1.2 点云分割 |
| 4.1.3 基于RANSAC的平面检测 |
| 4.2 螺纹孔特征点提取 |
| 4.2.1 点云投影 |
| 4.2.2 位图构建 |
| 4.3 装配面圆类几何尺寸的计算 |
| 4.4 装配面平整度的计算 |
| 4.5 装配面高度的计算 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 检测结果与分析 |
| 5.1 装配面几何尺寸检测的试验 |
| 5.2 检测结果与分析 |
| 5.3 装配面几何尺寸检测的普适性 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（9）绝对式光栅尺实时检测系统设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.3 精度检测研究现状 |
| 1.4 课题来源 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第二章 检测系统的工作原理 |
| 2.1 莫尔条纹技术简介 |
| 2.2 绝对式光栅尺的工作原理 |
| 2.3 检测系统的整体方案设计 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 绝对式光栅尺控制器硬件设计 |
| 3.1 控制器功能与工作过程简介 |
| 3.2 FPGA技术及芯片选型 |
| 3.2.1 FPGA简介 |
| 3.2.2 FPGA器件的选型 |
| 3.3 USB技术及芯片选型 |
| 3.3.1 USB接口技术简介 |
| 3.3.2 USB接口芯片选型 |
| 3.4 控制器硬件整体设计 |
| 3.4.1 USB与 FPGA芯片电路设计 |
| 3.4.2 电源电路设计 |
| 3.4.3 测试电路设计 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 Bi SS协议与FPGA实现 |
| 4.1 BiSS协议简介 |
| 4.2 BISS协议的IP核设计 |
| 4.2.1 BISS协议IP核下的传感器模式设计 |
| 4.2.2 BISS协议IP核下的寄存器模式设计 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 绝对式光栅尺检测系统测试 |
| 5.1 控制器功能测试 |
| 5.2 绝对尺精度检测 |
| 5.3 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 总结 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 在学期间学术成果情况 |
| 致谢 |
（10）基于自适应双目条纹投影的柱类零件空间状态测量关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 柱类零件空间状态测量国内外研究现状 |
| 1.2.1 基于视觉的柱类零件空间状态测量研究现状 |
| 1.2.2 基于线激光的柱类零件空间状态测量研究现状 |
| 1.2.3 基于条纹投影的柱类零件空间状态测量研究现状 |
| 1.3 高动态范围条纹投影测量国内外研究现状 |
| 1.3.1 高精度相机标定靶中心提取研究现状 |
| 1.3.2 高动态范围条纹图像研究现状 |
| 1.3.3 条纹图像滤波研究现状 |
| 1.3.4 圆柱点云拟合研究现状 |
| 1.4 论文学术思想及研究思路 |
| 1.5 论文技术路线及研究内容 |
| 第二章 双目条纹投影测量基本原理 |
| 2.1 双目条纹投影测量系统组成 |
| 2.2 相移条纹投影测量原理 |
| 2.3 多频外差解相方法 |
| 2.4 双目视觉标定 |
| 2.5 相位匹配及深度计算 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 基于动态粒度矩阵空间模型的标定靶中心提取方法研究 |
| 3.1 动态粒度矩阵空间模型 |
| 3.1.1 模糊商空间理论 |
| 3.1.2 动态粒度矩阵空间模型 |
| 3.1.3 图像分割问题描述 |
| 3.2 标定靶自适应亚像素边缘分割方法 |
| 3.3 高鲁棒椭圆中心提取方法 |
| 3.4 实验分析 |
| 3.4.1 图像分割算法验证 |
| 3.4.2 椭圆中心提取实验 |
| 3.4.3 相机标定实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 高动态范围自适应双目条纹投影方法研究 |
| 4.1 图像饱和对相位误差的影响分析 |
| 4.2 自适应最优投影强度计算方法 |
| 4.3 双目饱和点-投影点映射 |
| 4.4 实验分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 基于条纹相移场模型的条纹图像去噪方法研究 |
| 5.1 高斯噪声对相位提取的影响 |
| 5.2 条纹相移场模型 |
| 5.3 基于模糊商空间的滤波方向修正 |
| 5.4 改进的四阶方向偏微分方程滤波方法 |
| 5.5 实验分析 |
| 5.6 本章小结 |
| 第六章 基于截平面的非完整点云圆柱拟合方法研究 |
| 6.1 圆柱点云双边滤波 |
| 6.2 基于截平面的点云圆柱拟合方法 |
| 6.3 漫反射柱类零件测量实验 |
| 6.4 金属柱类零件测量实验 |
| 6.5 系统主要误差分析 |
| 6.6 本章小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 攻读博士学位期间发表的论文 |
| 附录B 攻读博士学位期间参加的学术活动 |
四、一种栅纹图像间距精密测量方法（论文参考文献）
- [1]基于激光干涉的高精度计量装置研发及路面轮廓量测的量值溯源[D]. 褚楚. 北京科技大学, 2021(08)
- [2]亚像素级角位移细分及误差补偿方法研究[D]. 贾兴丹. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2021(01)
- [3]数控机床三直线轴21项几何误差测量系统与应用研究[D]. 郑发家. 北京交通大学, 2021(02)
- [4]基于衍射光栅的精密位移图像测量方法研究[D]. 李舒航. 长春理工大学, 2021(02)
- [5]基于线阵CMOS的光栅宏微复合位移测量系统设计[D]. 衡园. 广东工业大学, 2021
- [6]透射电镜原子尺度高温力学平台研制及高温合金氧化机制研究[D]. 翟亚迪. 北京工业大学, 2020(06)
- [7]基于单光束干涉图像的三自由度超精密激光干涉测量方法[D]. 于亮. 哈尔滨工业大学, 2020(02)
- [8]基于光栅投影的装配面几何尺寸检测方法研究[D]. 常轶民. 中北大学, 2020(12)
- [9]绝对式光栅尺实时检测系统设计[D]. 李宽. 广东工业大学, 2020(06)
- [10]基于自适应双目条纹投影的柱类零件空间状态测量关键技术研究[D]. 于长志. 中国工程物理研究院, 2020