一、基于CCD检测微机控制的光干涉微位移自动化测量新方法（论文文献综述）
黄赛鹏[1]（2021）在《基于光杠杆法的微量检测系统的设计与研究》文中研究说明微悬臂梁传感检测技术作为一种基于光、电信号检测的新技术在生物医疗、化学、环境等诸多领域已经发挥显着的作用。本文设计了基于微悬臂梁传感器的光学微量测量系统,结合疏水性较好的聚二甲基硅氧烷薄膜进行液滴挥发过程的分析。通过光杠杆法,以传感梁的响应来表示无水乙醇液滴的挥发过程。而液滴挥发是一种较常见的现象,是挥发性有机物传播的重要途径,高精度的传感测量利于分析液滴变化过程。本文首先阐述了微悬臂梁响应原理和测量方法,传感器可工作于静、动态两种模式,从理论上分析静态梁响应的偏转角度、检测点等参数影响。对比电、光学等信号处理方法,确定了较为便易的高灵敏光学测量方法以读取梁的静态偏转信息,将传感梁微纳米级尺度下的变化值转换为可视的毫米级大小。其次,搭建了液滴状态图像采集装置。比较不同表面上液滴的挥发状态图和接触角大小来直观地表征PDMS的润湿性能。实验表明液滴在该薄膜上的状态更佳,初始角度更大,这验证了其疏水性能较好,利于以接触角来分析液滴的挥发过程。以等离子体来调节亲疏水性观察液滴亦可看出亲疏水性是影响接触角大小的一个因素,且利用改进的边缘检测算法对液滴图像进行边缘提取,更直观观察液滴的大小变化。最后,设计了系统结构,主要对系统硬件和软件部分进行了详细的设计,并以电机带动单激光器进行多传感梁间的逐一测量。对比采集的输入输出信号,验证系统的稳定性、可靠性和鲁棒性。利用所建系统测量梁在动态情况下的质量变化,及梁在静态情况下的液滴挥发过程。实验表明,传感梁尖端质量的增加会使其振动频率减小,亦以梁在静态情况下检测到数据变化趋势反应了液滴挥发过程。图[84]表[4]参[88]
尹珺瑶[2]（2020）在《基于单目图像序列估测清晰成像位置的微位移测量系统研究》文中提出微小位移的检测手段发展至今已有多种,测量准确性也不断提高。高分辨率微位移测量技术主要包含电测,显微镜等测量方法的非光学测量技术和以激光干涉仪为代表的光学测量技术两大类。由于工业测量领域的不断扩展以及对测量精度的不断提高,经典的接触式测量已无法满足工业界的要求,而非接触式测量存在许多优点,已成为测量领域的研究热点之一。本文通过非接触测量中的单目视觉与激光点复合,对微小位移的高精度测量进行了理论研究与实验验证。本文介绍了小孔成像与透镜成像各自的特点,提出了一种相机偏置和激光源倾置的基于透镜成像原理的微位移测量模型;分析了该模型中各参数对测量系统分辨率的影响;阐述了该模型在初始位置（u0=v0=2f）,当深度信息发生微小变化时,成像斑点的中心坐标值变化显着,能够提高测量精度的原理。通过测量模型中各参数对测量精度的影响分析,确定了测量系统的几个重要参数,如焦距、光源偏置距离、光源倾角及初始位置。根据确立的参数,设计、制造并安装了测量装置,该测量装置包括相机偏置调整机构、光源倾置调节机构、透镜调节机构和标靶移动机构。基于VS2010和OpenCV开发了单目视觉与激光点复合进行微位移测量的原型系统,包括读取图像、图像处理、获取斑点中心坐标值、控制直线电机移动、去噪算法、清晰成像位置估测以及测量位移显示等功能。从测量模型中可以发现,成像斑点中心坐标值（y）准确与否对测量精度存在较大的影响,确保斑点中心坐标值的准确性是本文重点研究内容之一。因此通过对斑点图像背景噪点和边缘噪点形成原因的分析,提出了一种定量剔除背景和轮廓噪点的算法和一种基于统计学原理的外扩内敛双椭圆去除背景和轮廓噪点的算法,两种算法都能有效剔除背景噪点和轮廓噪点,且后者的搜索效率优于前者;所提的两种算法,通过实验验证获取斑点图像中心坐标值的稳定性和准确性都优于经典的重心法和高斯法。在采用外扩内敛双椭圆去噪算法获取斑点图像中心坐标值的基础上,针对深度信息变化导致斑点图像模糊,如何通过算法获取清晰斑点图像位置的问题,提出了基于斑点图像序列估测清晰成像位置的方法。该方法利用斑点图像序列的短径估测清晰成像的位置,并通过计算获取对应此位置的清晰成像的中心坐标值。通过理论数据和实验结果验证了所提估测算法的搜索解和解析解的一致性以及估测的清晰成像接近最大的像素均值。通过实验研究,当成像斑点处于清晰位置,此时透镜移动一个较小位移时,成像斑点清晰度几乎不变,且对应的斑点中心坐标值变化甚微,难以分辨。进一步分析可知,由于透镜焦点不是一个理想的点,而是一个微小区域,这就导致了上述现象。而在此情况下,如果标靶发生一个小位移,成像斑点中心坐标值变化明显,鉴于此,本文将位移测量范围划分为五个子区域,每个子区域按照图像序列估测成像清晰位置,然后在此估测位置处,采用移动标靶获取不同的斑点中心坐标值,进行测量模型的标定。本文提出了三种标定方法,即基于理论测量模型、基于微小线段和基于三次多项式的拟合算法,并通过实验验证对比,基于微小线段的标定方法具有精度较高但模型复杂;基于三次多项式的标定方法,模型简单但测量精度低;而基于理论测量模型的标定方法,模型简约、精度高,其相对误差小于0.2%（5mm测量范围内最大绝对误差为8um）,能够实现微小位移的高精度测量。
赵宏波[3]（2020）在《光栅干涉型微位移测量系统关键技术研究》文中研究表明随着纳米技术的发展,微位移检测日益成为超精密加工与测量中的一项重要技术。其中,光栅微位移测量技术由于精度高、分辨率高、成本低、体积小、结构简单等优点受到人们广泛关注。针对目前光栅微位移测量中光束衍射效率低、干涉信号对比度差和分辨力不高等问题,本文设计了一种光栅干涉型微位移测量系统,并对其关键技术展开研究。利用零级衍射光与反射光的干涉效应,与四象限探测器和细分电路相结合,实现高精度的位移测量。首先,分析现阶段几种主流位移传感器的测量方式,对比其优缺点;区别于利用传统几何莫尔条纹原理的光栅尺系统成本高、结构复杂的缺陷,基于光栅衍射与干涉的微位移测量系统具有结构简单、分辨力高的优势。其次,从原理上介绍了不同的光栅位移检测技术,总结了波动光学中基本光栅衍射与干涉现象,然后运用傅里叶光学原理和光栅泰伯像原理分别分析单光栅结构与双光栅结构的数学模型。相关工作为单光栅和双光栅微位移测量系统的结构设计与仿真研究做铺垫。然后,对光栅微位移测量系统光学结构展开设计研究,介绍所设计微位移传感器工作原理,对整个微位移测量系统的结构进行规划;重点对单光栅与双光栅的光学结构进行优化设计,然后通过软件仿真分析其不同参数对衍射效率的影响。最终得到光栅结构的最佳设计参数和其应用优势,为后期光栅微位移传感器原理样机制作与性能测试提供参考。最后,结合高精度的光电探测技术,实现四路正交正弦信号输出,得益于细分电路和反正切算法使位移的分辨率提高。最终实验表明:微位移传感器的分辨率可达2.54nm,最大量程为100μm,灵敏度为0.85%/nm,线性度良好。这项工作使高性能微位移传感器成为可能,并为超紧凑结构微位移传感器的设计提供了理论和技术基础。
张传彪[4]（2020）在《基于多芯光纤的新型光纤传感器研究及应用》文中研究指明随着光纤传感器在当今社会中的作用越来越重要,不断提高光纤传感器的性能已经成为一种必然趋势。多芯光纤由于其具有特殊的结构,往往可以实现较好的传感性能,而且还能满足特殊的传感需求。本博士论文依托国家自然科学基金,对新型多芯光纤微结构的制作和多芯光纤传感器的应用进行了深入研究。论文的主要研究工作与创新点总结如下:1.采用全固态的双芯光纤制作了一种新型T-型锥结构的马赫-曾德尔干涉仪,该传感器的制作过程简单,适合用于微型传感应用。利用商用熔接机在双芯光纤和单模光纤之间制作了新型的T-型锥,由于双芯光纤中存在光束的多路干涉,可以利用这种模式干涉实现传感参量的测量。分别研究了传感器不同峰值处的折射率、应变和温度响应特性。对于折射率测量,在1.3388到1.3908的折射率变化范围内,折射率每变化1%就有2.4 nm的最大波长漂移。对于应变测量,该传感器最大的应变灵敏度为4.61 pm/με。而且,该传感器的温度稳定性较好,在30°C到80°C的温度变化范围内,温度灵敏度为0.002 nm/°C,这将有利于实现折射率和应变更精确的测量应用。2.研制了一种基于双芯光纤的微型光纤应变传感器,并进行了实验验证。在T-型锥结构光纤传感器基础之上,利用切割刀在双芯光纤结构中间进行切割,把其中一段双芯光纤旋转90°后重新熔接,制作的新型光纤传感器获得了优化的干涉光谱。这是针对双芯光纤的特殊结构,提出一种改进传感器性能的技术方法。实验结果表明,改进后的传感器结构具有更好的应变传感灵敏度,不同应变条件下,波长灵敏度和强度灵敏度分别为6.11 pm/με和9.9×10-3 d B/με,传感器的温度稳定性也较好,变化的温度对应的波长灵敏度约为0.69 pm/°C,强度灵敏度约为0.0053d B/°C。此外,提出的这种制作新型T-型锥的技术,可重复性强,为不同类型多芯光纤微结构的制作提供了有效途径。3.研制了一种基于四芯光纤的新型折射率传感器,四芯光纤中有一个熔锥结构,这种熔锥结构有效增强了光纤传感器中的模式干涉。在实验中,分析了不同光纤参数对传感器性能的影响,发现熔锥结构对于传感器的折射率传感灵敏度有明显增强作用。通过测试,获得传感器的最大折射率传感灵敏度为171.2 nm/RIU,对应的折射率分辨率为2.92×10-4 RIU。此外,通过减小锥结构的尺寸,可以提高传感器的灵敏度,从而满足更多的应用场景,如高灵敏度的化学传感或生物传感。4.提出了一种基于腐蚀双芯光纤的紧凑型折射率传感器,腐蚀双芯光纤是将光纤浸入到氢氟酸水溶液中进行包层的腐蚀而成。数值仿真表明,只有包层模式与周围环境有较强的相互作用,且较高的包层模式对外部介质更敏感。在实验中,对传感器不同的损耗峰值处的折射率响应特性进行研究,并在1.3388～1.3981的折射率范围内,折射率每变化1%,获得最大的波长漂移为3.51 nm。对传感器的温度特性进行研究,发现该传感器的具有较低的折射率-温度交叉灵敏度,约为1.06×10-6 RIU/°C。实验结果表明,腐蚀双芯光纤对提高传感器的折射率灵敏度具有重要作用,这将为设计和优化折射率传感器的传感特性提供了有益的参考。在后续研究项目中将进一步探索这种情况,并将涉及更多类型的多芯光纤。该传感器制作简单,具有较低的温度交叉灵敏度,在生物化学领域具有良好的应用前景。5.设计了一种新型的光纤传感器,传感头是由一小段双芯光纤熔接在两段多模光纤中间制作而成。当光束从单模光纤传输到多模光纤中时,会激发出多种高阶模式,这些高阶模式会继续传输到双芯光纤中,这会增强传感器结构中的模式干涉,有助于提高传感器的传感性能。通过实验测试,获得最大的折射率灵敏度为125.5 nm/RIU,应变灵敏度为3.11 pm/με。在30°C到90°C的温度变化范围内,波长漂移量为0.76 nm,温度灵敏度为13.36 pm/°C。研制的传感器在波长漂移的拟合上均表现出良好的线性特性。6.提出并用实验验证了一种由七芯光纤和少模光纤组成的微型光纤温度传感器。在少模光纤部分,少量模式被激发出来并继续在七芯光纤中传输。该传感器中的干涉较强,并获得最高为27 d B的消光比。实验研究了该传感器的温度响应特性,在25°C到110°C的温度范围内,传感器的温度灵敏度为91.8 pm/°C。对传感器的快速傅里叶变换后的频谱响应进行了研究,随着温度变化,该传感器频率振幅相应的灵敏度为1.57×10-2 a.u./°C。由于该传感器的制作过程简单方便,具有良好的传感应用前景。7.研制了一种基于双芯光纤的新型法布里-珀罗干涉仪,并通过实验验证了其可用于微位移的传感探测。将传感器安装在位移平台上,随着反射光纤在不同方向移动,可以通过测试不同的反射光谱,获得干涉仪的变化情况,实现传感测量。在实验中,我们获得了在X-轴、Y-轴和Z-轴方向上的不同位移灵敏度,当传感器在Y-轴方向位移时,传感器获得了最大的传感灵敏度为0.954 nm/μm,对应的位移分辨率为0.052μm。利用传感器在不同位移方向上传感灵敏度的差异性,该传感器具有实现多维度微位移传感的应用潜力。8.制作了一种基于七芯光纤的新型温度传感器。利用硅橡胶把两段七芯光纤封装在玻璃毛细管中组成F-P腔结构,并以此作为传感头。在实验中,详细分析了不同腔长状态下的反射光谱,并利用这种特性实现传感探测。通过实验数据的分析,得到了获得了传感器的温度传感特性。9.提出了一种获取多芯光纤几何参数的图像处理方法。根据多芯光纤的特点,利用Matlab对多芯光纤的截面图进行处理,该算法主要包括以下步骤:滤除图像噪声、边缘检测、使用适当的阈值进行边界提取和改进的曲线拟合算法重建截面。然后,得到了以像素为单位的多芯光纤的相对几何参数。对不同的边缘检测算子进行了比较,分析了各种检测结果,为边缘检测提供了有意义的参考。结合数字图像处理技术自动化分析光纤参数将是一种重要的前沿趋势,这对于多芯光纤设计和分析具有重要价值。
张翔[5]（2019）在《微视觉图像面内微位移精密测量理论与实验研究》文中认为随着微纳技术的孕育兴起,人们探索世界客观事物规律的视角逐渐从宏观领域走向微观领域,该技术的发展与精密测量技术密不可分。微视觉测量技术相比于其他测量技术具有非接触、低成本、高精度、多自由度等优势,利用该技术与高性能的算法结合可以准确地进行平面内微位移的测量。然而,现有成熟的图像处理算法和位移测量算法在显微系统的引入后将变得低效,不能直接运用。因此,本论文旨在研究具有良好综合性能（高精度、强鲁棒等）的微视觉图像面内微位移测量算法,主要研究内容如下:（1）研究微视觉图像的自适应增强方法。由于微视觉图像中常出现的光照不均、灰度值偏低、对比度差、信噪比低等缺陷使之不能直接作为微位移测量的输入,为此提出一种RCVG微视觉图像自适应增强算法。首先,对算法实现的总体框架进行介绍;其次,对自适应变增益子带分解过程作出了详细的描述与分析;然后,利用基于双边滤波原理的自适应升余弦卷积法进行照度估计,并对升余弦函数族如何逼近高斯函数作出了理论推导;最后,经过亮度校正后,分别将RCVG算法应用于普通图像的增强实验和微视觉图像面内微位移测量的前处理实验中,结果表明RCVG算法可以有效地提高图像质量,是保证测量精度的前提条件。（2）研究微视觉图像面内待测目标产生平移运动时微位移的测量方法。针对微视觉图像面内的待测目标产生平移运动时普通测量算法无法保证测量精度、速度和全局任意点位移测量的问题提出了两种解决方法,分别是FTSA和OFHP。首先,分别对两种算法的原理及具体实现过程给出描述;然后,进行实验研究:FTSA的验证实验涉及到了两种不同的测量系统,分别是MVMS和LIMS,测量的对象为2-DOF的柔顺定位平台,而对于OFHP的实验则采用了MIDDLEBURY图像集和一些实验图像序列。结果表明了所提出的两种测量算法均能实现较高的测量精度和较好的稳定性,此外,OFHP能够完成图像面内任意像素点的位移测量。（3）研究微视觉图像面内待测目标产生旋转运动时微位移的测量方法。针对微视觉图像面内的待测目标产生旋转运动时,多数普通测量算法失效、精度低和鲁棒性差等问题提出了两种解决方法:分别是TWMA-RRI和THMA-RRI。在对两种算法的测量原理与实现过程进行介绍后,分别对影响亚像素算法精度的因素、光照模型的构建以及采用两种算法进行微位移测量作出仿真分析,结果表明所提出的算法具有旋转不变性,且测量精度高、鲁棒性强。进一步地,以3-DOF柔顺定位平台为测量对象,对两种算法的性能进行实验研究,从而验证了仿真结果。（4）研究微视觉图像面内待测目标产生复合运动时微位移的测量方法。针对微视觉图像面内的待测目标可能出现的复合运动,提出了一种基于HSCT的微位移测量算法。首先,介绍了一种改进的形态学边缘检测算子并结合了基于Zernike矩的亚像素边缘检测方法从而得到精确的边缘特征作为算法的输入;其次,着重分析了基于HSCT算法的原理,包括了HT、HS的实现与性质;然后,对算法整体的实现作出了总览;最后,分别进行了HS特性验证实验、基于HSCT算法的有效性和精度验证实验,其结果说明所提出的算法在微视觉图像面内目标发生复合运动时依然能够保证较高的测量精度。最后,对全文的工作进行了总结,并对未来的研究方向作出了展望。
王鹤[6]（2019）在《基于衍射光栅相位扫描检测的超精密运动位移检测实验研究》文中指出超精密定位与检测技术一直是国内外研究热点。目前,在精密制造和精密检测领域,同时达到高速度、大量程、高分辨率的精密定位与检测手段主要包括:激光干涉仪位移检测系统和精密光栅测长系统。激光干涉仪位移测量系统精度高,量程大,但对光源稳频及应用环境要求严格,应用成本高昂;精密光栅测长系统受环境的干扰小、对光源的稳频特性要求低,应用成本低,其以光栅栅距作为测量基准,虽然可以通过对条纹进行电子细分获得更高分辨率,但受制于光栅常数和条纹质量的限制,电子细分倍数有限,其检测分辨率很难达到亚纳米量级。为了提高精密光栅测长系统的检测分辨率,本论文在经典光栅干涉定位检测原理的基础上,提出了一种基于衍射光栅的相位扫描位移检测新方法。通过在检测视场中的两条纹之间加入光电传感器,依靠传感器在有限宽度的条纹间进行往复扫描运动,改变检测信号的接收相位,理论上可以达到亚纳米级的分辨率,可突破测量元件自身的物理精度限制,与传统的光栅信号细分方法相比,降低了对光栅原始信号的要求,突破了光栅信号质量对检测分辨率的提高的限制。根据所提出的相位扫描位移检测新方法,利用Matlab仿真工具建立了相位扫描系统运动方程的离散模型,对模型进行了仿真,搭建超精密位移检测定位实验平台,开展实验研究,分别进行了PI位移台自身精度检测实验、PI位移台连续性检测实验、条纹当量检测实验、单次相移位移检测实验、相位扫描定位实验等,实验结果证明了所提方法能够显着提高PI高精度位移台位移检测分辨率及定位精度,相对于传统的光栅检测定位方法,其定位精度提高70%以上。
陈丽娟[7]（2018）在《基于光纤布拉格光栅的纳米三坐标接触式测头》文中进行了进一步梳理随着三维纳米测量技术在机械工程、新一代信息技术、机器人和航空航天装备等众多领域的需求越来越多,纳米坐标测量机（Nano-CMM）的研制受到各国的重视。测头是坐标测量机的核心部件,它的发展水平决定测量机的发展水平。光纤布拉格光栅（FBG）是一种新型的传感器,它具有灵敏度高、轻巧、稳定、抗干扰性强、易于组网和成本低的优良特性,本文将其作为传感元件,研制可用于Nano-CMM的三维纳米触发测头系统。论文主要研究工作如下:在综合分析FBG传感机理以及解调方式对解调精度影响的基础上,设计了一种基于时分复用系统的自匹配解调方案,实现测头系统FBG传感信号的复用解调。该方案不仅满足了三维纳米测量精度的需求,还简化了测头系统的结构,节省了成本。在研究测头系统的感测机理的基础上,设计了三维纳米测头的机械结构,建立了测头三维空间传感矢量模型。采用计算机辅助设计,以提高测头灵敏度为目标,得到测头机械结构参数与测头灵敏度之间的关系,最后通过综合优化确定了测头悬浮机构的各尺寸参数。研究了测头部件弹性元件低成本、高精度的新型制备方法。该方法利用化学蚀刻技术来制作弹性元件,解决了传统线切割方法中异形结构加工难和成本高的问题,减小了弹性元件的形状误差和尺寸误差,避免了切割过程中热量和应力等因素对弹性元件稳定性的影响,提高了弹性机构的使用寿命和可靠性。搭建了实验系统对测头进行了性能研究。在温度波动为±0.1℃的测量环境下,分别测试了测头系统的灵敏度、噪声、分辨率、稳定性、重复性、预行程和测量力等性能。其中测头系统在X、Y和Z三个方向的分辨力和重复性误差均达到纳米量级,测力小于3mN;分析了纳米测头的各项误差来源,进行了误差建模与合成,并给出了减少各项误差的有效方法和技术。改变原有测头工作模式,提出了一种新型低测力振动测头,解决基于FBG的纳米测头测力偏大,以及纳米测头表面作用力对精度影响较大的问题。通过对振动测头和被测物之间的动力学模型分析,确立了利用谐振来抵消纳米尺度表面相互作用力的方法,并得到表面相互作用力和测头谐振参数之间的约束关系;对参数化后的谐振测头进行的性能实验表明测头与待测表面之间的测量力显着减小,测头的灵敏度指标相较于原有测头有明显提高。
季瑞南[8]（2018）在《纳米精度曲面弹性波加工方法的研究》文中指出硬脆材料工件的超精密加工是高端装备制造的难点之一。随着高密度信息存储、精密光学工程和新能源等领域的发展,提出了全频谱（面型、波纹度和粗糙度）和异质表面纳米精度制造的要求。包括光刻机镜头、卫星望远镜、核主泵密封面等高精度曲面零件的制造水平,对我国超大规模集成电路、精确制导、空间观测、卫星成像、核能等工程的发展产生重要影响。由于硬脆材料的延性域狭窄,目前普遍采用的超精密磨削和单点金刚石切削均需装备复杂的精度保障设施,使得加工设备的制造和使用成本居高不下。以磨削为基本加工手段,要达到纳米级尺寸精度、面型精度、表面波纹度、表面粗糙度,且具有好的表面质量、小的表面变质层、小的残余应力并满足表面完整性的要求,需要磨床提供优于纳米精度的进给、准确控制磨粒的作用方向和作用力以及具备磨削工具形面的实时误差补偿。课题组在对超声电机界面磨损问题的研究工作中发现,超声电机定、转子接触界面出现类似磨削加工的痕迹,表明定子弹性波传播过程中,表面质点的微幅振动可以有效去除微量材料。考虑到行波或其他形式的弹性振动,通过调频、调压、调相以及改变接触界面压力等方式,可以对接触界面表面质点运动轨迹实施控制,实现磨粒切入力、切入速度、切入方向的有效控制,有望满足超精密磨削加工对临界切削速度和延性域加工的要求。尤其加工工具（类似超声电机定子）与工件（类似被固定的超声电机转子）之间没有宏观相对位移,不再需要对轴承等运动副进行运动精度保障,能大幅降低系统的复杂程度。此外,压电作动器的定位精度高、刚度大、响应快等特点,适于作为磨削加工的进给机构,支持弹性波磨削加工精度的实现。本课题的工作内容主要分为以下几个方面:一、提出弹性波加工方法的工作原理。以锥柱形压电振子和圆形加工盘为例,介绍工作模态的选择和表面质点运动规划方法。利用Ansys有限元仿真软件计算得出锥柱形压电振子的一阶纵向振动模态和二阶弯曲振动模态,以及加工盘面外弯曲振动模态和面内径向振动模态的振型和频率,同时得到锥柱形压电振子和加工盘的结构尺寸。根据上述原理分析和仿真计算结果,制造并装配了弹性波加工原理样机。在不同激励电压参数、预压力以及加工时间下,对相同批次玻璃镜片进行加工,通过建立不同输入条件与被加工尺寸精度和表面质量之间的关系,对弹性波加工方法进行可行性评估。二、建立锥柱形压电振子的机电耦合动力学模型,推导出压电振子自由振动以及考虑支反力情况下的振动方程。在此基础之上,建立纵振压电振子和弯振压电振子共同激励下加工盘的振动方程以及加工盘表面质点的运动方程,建立加工盘受迫振动的动力学模型。通过对比模态频率的解析解、有限元数值仿真以及实验测试结果,对所建立的动力学模型进行测评。实验表明,所建立的弹性波加工原理样机的动力学模型可以对弹性波加工工具进行参数化分析,有利于后期对该工具进行优化设计,并为探索弹性波加工的控制方法提供理论依据。三、建立弹性波加工样机的加工盘与被加工件的接触模型,推导出加工盘与被加工件接触区域大小与预压力之间的关系表达式。根据磨削原理,推导出弹性波加工方法磨削被加工表面时,最大未变形切屑厚度的计算公式。同时,利用小野浩二的考虑后续磨刃的加工表面粗糙度经验公式,结合弹性波加工方法的表面粗糙度实验结果,得出适用于弹性波加工样机粗糙度的预测公式。为了表征弹性波加工方法得到的加工表面的质量,利用实验对被加工后加工表面的过渡层以及变质层厚度进行了测量,表明通过改变弹性波加工样机输入参数,可以改变加工表面的质量。即通过改变弹性波加工样机的激励电压参数以及接触界面预压力和加工时间,可以实现对加工精度和表面质量的控制。四、构建了基于柔性铰链机构的六自由度定位平台,用于弹性波加工样机的支撑和加工进给。对每个自由度柔性铰链机构进行静力学分析,建立了压电叠堆驱动元件的激励电压与各自由度位移输出的关系表达式,并通过实验进行了验证。实验表明,所设计的六自由度定位平台各个自由度下的定位精度与行程等指标满足弹性波加工工具的进给要求,可以用于提供该弹性波加工样机的加工进给。以该六自由度微进给机构作为支撑,对弹性波加工系统进行了整机实验,获得在不同加工进给量以及加工时间下,加工区域形貌以及加工表面精度和质量,验证所设计的微进给机构的可控性。五、通过已加工光学镜片成像清晰度对所提出弹性波加工方法进行了测评。实验发现,镜片成像清晰度对加工参数有明显的依赖关系。除了随加工时间缓慢提高之外,存在最佳的接触压力、驱动电压和相位差,使成像清晰度最高。驱动电压400 V,相位差90°,接触压力6 N下,磨削时间超过4个小时,可以得到最好的表面质量（表面粗糙度0.027μm,变质层厚度3.67μm,过渡层厚度13.59μm）。
李绍辉[9]（2012）在《超精密加工高反射曲面光学非接触三维形貌测量》文中指出高反射曲面零件的超精密加工技术已成为国防和现代高科技领域的前沿研究方向，准确测量和评价超精密加工高反射曲面零件的三维形貌，研究表面几何特性与使用性能的关系，对提高加工表面的质量和产品性能具有重要的意义。现有的接触式测量方法具有测量速度慢、易划伤测量表面的缺点，而单一的光学非接触测量方法难以完成对大面形或曲率较大的高反射曲面零件三维形貌的高精度测量。本文创新性地提出了将光栅相位偏折测量技术和白光扫描干涉测量技术相结合的异类光学传感器融合测量方法，实现了超精密加工高反射曲面三维形貌的高精度非接触测量。论文的主要研究工作包括：1.提出融合光栅相位偏折测量方法和白光扫描干涉测量技术的超精密加工高反射曲面光学非接触三维形貌测量方法，并完成了测量系统的设计。采用光栅相位偏折测量方法可完成尺寸为150mm×150mm×20mm超精密加工高反射曲面整体三维形貌的测量，测量精度可达到50μm100μm，在此基础上合理规划测量路径，使用系统中的干涉测量镜头进行超精密加工高反射曲面局部区域的高精度扫描测量，搭建的白光扫描干涉测量子系统的测量范围为847μm×710μm×100μm，系统的横向分辨率为1.047μm，垂直分辨率为0.126nm。2.光栅相位偏折测量方法中，在深入研究光栅编码方案和相位提取算法的基础上，提出了复合光栅编码、摄动相位展开的快速相位提取算法，通过显示一幅含有摄动信息的复合光栅编码图案，由图像采集设备接收工件表面反射的变形复合光栅像，根据摄动信息可计算得到工件表面各点对应的展开相位信息，相位提取的可靠性和速度均得到了明显提高。3.采用基于运动靶标的标定方法，完成了对摄像机内参数的高精度标定；采用Millitron型测长干涉仪完成了白光扫描干涉测量子系统中压电移位器非线性误差的高精度标定；利用标准棋盘格平板和标准量块组合提出超精密加工高反射曲面光学非接触三维形貌测量系统的整体标定方案。4.在光栅相位偏折测量方法中，提出虚拟参考面的方法，在系统标定阶段，通过由LCD液晶屏幕显示一幅特殊编码图案，由CCD摄像机接收经标定用平面镜反射的特殊编码图像，在完成LCD液晶屏位置标定的同时，可直接得到计算相位偏折信息所需的两垂直方向的参考相位分布，避免了对理想参考面的测量需求，在保证测量精度的同时，提高了测量效率，降低了测量的复杂性。5.提出光栅相位偏折高反射曲面三维形貌测量模型，基于迭代策略，建立相位偏折信息与被测工件表面梯度和高度的对应关系，由梯度重建工件三维形貌。在梯度重建高度过程中，提出结合区域波前重构和路径积分的三维重建算法，由路径积分法获得被测工件的初始形貌，由区域波前重构法进行面形优化。提出基于编码光栅条纹相移特性的轮廓提取方法，整个重建过程仅在提取后的区域内进行。6.基于光栅相位偏折测量子系统的测量数据，提出路径规划方案，以引导白光扫描干涉测量子系统对被测工件局部区域进行高精度扫描测量；在深入研究白光扫描干涉测量原理的基础上，对目前广泛使用的多种白光干涉信号峰值提取算法进行了理论推导和算法实现，分析了系统误差和噪声对测量精度的影响，完成对高度变化为0.05μm，10uμm和40μm的模拟台阶面形的三维重建。7.由光栅相位偏折子系统对组合台阶、超精密加工平面镜及光学双曲面的表面形貌进行了三维重建，测量精度在50μm左右，该测量精度处于白光扫描干涉测量子系统的测量范围内，为后续白光干涉镜头对被测工件局部区域进行高精度扫描测量打下了基础。
王道档[10]（2012）在《高精度点衍射球面干涉检测技术及系统研究》文中研究说明光学球面元件由于易加工、成本低等优点,在现代精密光学系统中得到了广泛的应用。随着微电子、航天航空等高科技前沿领域对于光学球面面形精度的不断提高,同时也对球面检测精度提出了很高的要求。虽然Twyman-Green型、Fizeau型球面干涉检测系统以及绝对检测法等传统球面干涉检测技术仍是目前应用最广的检测手段,但其精度都受到了参考标准镜面形精度的限制,因而难以满足高精度球面检测的需要。而作为一种新型的高精度球面检测手段,点衍射干涉检测技术可实现亚纳米量级的检测精度,并具有很好的精度再现性。目前,该技术是目前国内外再高精度面形检测领域的一个重要研究热点,尤其是国内在该技术领域的研究尚不成熟,仍有许多关键技术和问题亟待深入研究解决。本论文主要研究的是可用于高精度球面检测的针孔式点衍射干涉检测技术和系统、点衍射波前精确仿真模型、系统精度影响因素及其高精度校正技术、数据测量和图像处理技术等。该研究对于实现高精度球面、尤其是大数值孔径球面的检测技术有着重要意义。主要研究内容包括：论述了高精度球面检测技术在现代光学测试及系统仪器中的重要应用意义。综合国内外球面检测技术研究进展情况,提出了可用于球面高精度检测的点衍射干涉检测技术及系统的必要性。构建了基于有限时域差分算法的针孔点衍射波前精确仿真模型,并对影响针孔点衍射波前质量的针孔厚度、尺寸、数值孔径范围以及针孔入射波前像差等主要相关因素进行了分析。利用仿真结果,可为点衍射干涉检测系统的相关器件参数设计提供可靠的数值依据。针对高精度球面检测问题,提出了一套完备的针孔式点衍射球面干涉检测技术及系统方案。并结合实际应用要求,详细论述了检测系统中的关键技术和元器件的设计要求及其依据。分析了PZT移相器在微位移过程中的端面旋转以及非线性问题,并在分析模型基础上,提出了一种基于干涉条纹分析技术的PZT移相器在线检测技术,根据采集的干涉条纹状态实时分析PZT移相器的端面旋转状态和微位移量,进而实现多步移相干涉检测中相移量的精确控制。研究了高精度球面、尤其是大数值孔径球面检测中的待测球面调整误差问题,详细分析并精确推导了球面调整误差的表现形式以及波面检测结果的影响。提出了基于波前差分的高精度球面调整误差校正方法,并进行了数值仿真和实验验证。分析了高精度点衍射球面干涉检测系统中的主要误差因素,并对其进行了理论建模、实验及仿真分析,提出了相应的高精度校正方法及处理技术。研究了高精度点衍射球面干涉检测系统所能实现的理论检测精度,其RMS值达到了近0.0010λ。该分析不但有利于点衍射球面干涉检测系统的高精度实现,还可为其进一步提高、改进提供可行的方案。设计建立了一套高精度点衍射球面干涉检测原理性实验系统,将高反射率和低反射率球面的实际面形检测结果与Zygo干涉仪进行比较,实现精度PV值优于0.0100λ、RMS值优于0.0020λ,并且重复性精度PV值和RMS值分别优于0.0050λ和0.0010λ,达到了预期实验结果,进而对所提出的检测技术及系统进行了原理性实验论证。总结了本论文所开展的工作,对下一步工作和研究方向进行展望并提出相关建议。
二、基于CCD检测微机控制的光干涉微位移自动化测量新方法（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、基于CCD检测微机控制的光干涉微位移自动化测量新方法（论文提纲范文）
（1）基于光杠杆法的微量检测系统的设计与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 阵列式检测现状 |
| 1.2.2 应用领域的研究 |
| 1.3 本文主要内容 |
| 2 悬臂梁传感器检测原理 |
| 2.1 微悬臂梁工作模式 |
| 2.2 信号读取处理方式 |
| 2.3 静态偏转响应的原理分析 |
| 2.4 检测位置点对响应偏转大小的影响 |
| 2.5 表面润湿理论 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 测量系统设计 |
| 3.1 主要元件的选型及参数优化 |
| 3.1.1 激光光源 |
| 3.1.2 光信号接收模块工作原理与性能分析 |
| 3.1.3 驱动模块分析与参数设置 |
| 3.1.4 平移扫描电机选择 |
| 3.2 信号采集硬件电路设计 |
| 3.2.1 TMS320VC5509A芯片特性 |
| 3.2.2 运算放大电路 |
| 3.2.3 信号处理电路 |
| 3.2.4 模数转换电路 |
| 3.3 软件模块程序设计 |
| 3.3.1 数据采集处理 |
| 3.3.2 数据记录存储 |
| 3.3.3 摄像图像采集程序设计 |
| 3.3.4 数据显示界面及采样参数设置 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 液滴挥发过程状态分析 |
| 4.1 微液滴动态采集平台及接触角测量技术 |
| 4.2 液滴状态图边缘提取 |
| 4.2.1 传统Canny检测算法 |
| 4.2.2 改进的Canny算法 |
| 4.2.3 算法实现流程及实验结果 |
| 4.3 液滴接触角变化分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 传感系统建立与响应研究 |
| 5.1 阵列检测系统实现 |
| 5.1.1 阵列式检测系统 |
| 5.1.2 软件采集程序设计 |
| 5.2 系统测试 |
| 5.2.1 无载荷梁的共振频率测试 |
| 5.2.2 正弦信号输入输出采集校验分析 |
| 5.2.3 稳定性能测试 |
| 5.3 质量变化量的频率偏移检测 |
| 5.4 系统静态响应测试 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 读研期间主要研究成果 |
（2）基于单目图像序列估测清晰成像位置的微位移测量系统研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源与研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 微位移测量方法现状与比较 |
| 1.2.2 单目视觉检测技术及其应用发展现状 |
| 1.2.3 图像斑点轮廓去噪的国内外研究现状 |
| 1.3 论文的主要研究内容 |
| 第2章 相机偏置和激光源倾置的单目视觉测量模型 |
| 2.1 透镜成像与激光点复合的测量模型 |
| 2.1.1 小孔成像模型 |
| 2.1.2 透镜成像模型 |
| 2.2 相机偏置和激光源倾置的测量模型 |
| 2.2.1 单目视觉测量模型推导 |
| 2.2.2 斑点中心坐标值组成分析 |
| 2.2.3 不同初始位置对深度信息的影响分析 |
| 2.2.4 测量模型中参数对测量精度影响分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 单目视觉与激光点复合测量系统构建 |
| 3.1 测量系统的组成 |
| 3.2 测量装置的设计 |
| 3.2.1 装配图 |
| 3.2.2 三维电子样机与实验装置 |
| 3.3 测量系统测控界面设计 |
| 3.3.1 相关软件介绍 |
| 3.3.2 直线伺服电机功能实现 |
| 3.3.3 测量系统界面设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 成像斑点边缘轮廓及背景去噪算法研究 |
| 4.1 成像斑点图像中噪点产生的原因 |
| 4.1.1 背景噪点 |
| 4.1.2 边缘噪点 |
| 4.2 斑点中心坐标值对测量精度的影响 |
| 4.3 定量剔除噪点算法 |
| 4.3.1 噪点剔除方法 |
| 4.3.2 算法设计 |
| 4.3.3 理论数据仿真 |
| 4.3.4 实验验证 |
| 4.4 基于统计学原理剔除噪点算法 |
| 4.4.1 噪点剔除方法 |
| 4.4.2 算法设计 |
| 4.4.3 理论数据仿真 |
| 4.4.4 实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 斑点图像序列估测清晰成像位置的搜索方法 |
| 5.1 清晰成像位置搜索方法 |
| 5.1.1 搜索方法的过程分析 |
| 5.1.2 清晰成像位置存在性证明 |
| 5.2 基于斑点图像序列估测清晰成像位置方法 |
| 5.2.1 估测清晰成像位置方法 |
| 5.2.2 算法实现 |
| 5.3 实验验证 |
| 5.3.1 理论数据验证 |
| 5.3.2 实验数据验证 |
| 5.3.3 实验结果验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 单目视觉与激光点复合微位移测量实验 |
| 6.1 位移测量范围的确定 |
| 6.2 子区域清晰成像位置的确定 |
| 6.3 子区域测量模型标定实验 |
| 6.4 子区域测量模型实验验证及误差分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果 |
| 1. 攻读硕士学位期间参与的项目 |
| 2. 攻读硕士学位期间发表的学术论文 |
| 3. 攻读硕士学位期间所授权的专利 |
| 致谢 |
（3）光栅干涉型微位移测量系统关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景、目的和意义 |
| 1.2 国内外现状分析 |
| 1.2.1 国外微位移测量技术发展现状 |
| 1.2.2 国内微位移测量技术发展现状 |
| 1.2.3 国内外分析比较 |
| 1.3 课题来源、目的及研究内容 |
| 2 光栅微位移测量系统的理论分析 |
| 2.1 几何光学原理 |
| 2.2 波动光学原理 |
| 2.3 傅里叶光学原理 |
| 2.3.1 一维矩形光栅的透射函数 |
| 2.3.2 单光栅微位移测量系统数学模型 |
| 2.4 光栅泰伯像原理 |
| 2.4.1 泰伯效应 |
| 2.4.2 双光栅微位移测量系统数学模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 光栅微位移测量系统的设计与研究 |
| 3.1 单光栅微位移测量系统 |
| 3.1.1 单光栅微位移测量系统结构设计 |
| 3.1.2 单光栅微位移测量系统仿真分析 |
| 3.2 双光栅微位移测量系统 |
| 3.2.1 双光栅微位移测量系统结构设计 |
| 3.2.2 双光栅微位移测量系统仿真分析 |
| 3.3 光栅加工与工艺设计 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 光栅微位移测量系统光电探测与性能测试 |
| 4.1 高精度光电探测技术研究 |
| 4.1.1 激光准直及扩束系统设计 |
| 4.1.2 四象限探测技术研究 |
| 4.1.3 光栅设计 |
| 4.2 电子细分技术研究 |
| 4.3 光栅微位移测量系统实验与测试 |
| 4.3.1 系统整体构成 |
| 4.3.2 系统性能测试 |
| 4.4 系统误差分析 |
| 4.4.1 光路因素 |
| 4.4.2 电路因素 |
| 4.4.3 环境因素 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 未来展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（4）基于多芯光纤的新型光纤传感器研究及应用（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 多芯光纤的研究背景和意义 |
| 1.3 多芯光纤传感器的研究现状和前沿 |
| 1.3.1 光纤传感器的研究背景 |
| 1.3.2 多芯光纤传感器的研究现状 |
| 1.3.3 多芯光纤传感器的研究前沿 |
| 1.4 本论文的内容安排 |
| 2 光纤传感器的理论分析 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤的电磁场理论 |
| 2.3 光纤的模式理论 |
| 2.4 光纤的物理敏感性 |
| 2.4.1 光纤对轴向应变的物理敏感性 |
| 2.4.2 光纤对温度的物理敏感性 |
| 2.4.3 光纤对折射率的物理敏感性 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 熔锥结构的多芯光纤传感器研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于T-型锥的双芯光纤传感器研究及其传感应用 |
| 3.2.1 基于T-型锥的新型光纤传感器的制作 |
| 3.2.2 传感器的性能研究 |
| 3.2.3 传感器性能的改进研究 |
| 3.3 基于四芯光纤的熔锥型光纤传感器研究及其传感应用 |
| 3.3.1 光纤传感器的制作 |
| 3.3.2 传感器的性能研究 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 混合结构的多芯光纤传感器研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于双芯光纤腐蚀结构的光纤传感器研究及其传感应用 |
| 4.2.1 新型光纤传感器结构的分析和制作 |
| 4.2.2 传感器的性能研究 |
| 4.3 基于双芯光纤混合结构的光纤传感器研究及其传感应用 |
| 4.3.1 新型光纤传感器结构的制作 |
| 4.3.2 传感器的性能研究 |
| 4.4 基于七芯光纤混合结构的光纤传感器研究及其传感应用 |
| 4.4.1 新型光纤传感器结构的制作 |
| 4.4.2 传感器的性能研究 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 F-P腔结构的多芯光纤传感器研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于双芯光纤的F-P腔结构的光纤传感器研究及其传感应用 |
| 5.2.1 新型光纤传感器结构的制作 |
| 5.2.2 传感器的性能研究 |
| 5.3 基于七芯光纤的F-P腔结构的光纤传感器研究及其传感应用 |
| 5.3.1 新型光纤传感器结构的制作 |
| 5.3.2 传感器的性能研究 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 多芯光纤几何参数的数字图像处理方法研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 利用数字图像处理技术获取多芯光纤几何参数 |
| 6.3 数字图像处理的优化分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 总结与展望 |
| 7.1 论文的主要研究工作与创新点总结 |
| 7.2 下一步的研究计划与展望 |
| 参考文献 |
| 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 |
（5）微视觉图像面内微位移精密测量理论与实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 英文缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景和意义 |
| 1.1.1 研究背景 |
| 1.1.2 研究意义 |
| 1.2 微位移测量方法及国内外研究现状 |
| 1.2.1 显微测量技术 |
| 1.2.2 电学测量技术 |
| 1.2.3 光学测量技术 |
| 1.3 微视觉测量技术 |
| 1.3.1 微视觉测量原理 |
| 1.3.2 微视觉系统的组成 |
| 1.3.3 微视觉技术研究情况 |
| 1.3.4 基于视觉的微位移估计算法 |
| 1.4 有待研究的主要问题 |
| 1.5 主要研究工作及章节安排 |
| 第二章 升余弦变增益微视觉图像的自适应增强 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 RCVG基础理论与算法框架 |
| 2.3 自适应变增益子带分解 |
| 2.3.1 新型Log增益 |
| 2.3.2 子带分解 |
| 2.3.3 变增益增强 |
| 2.4 自适应升余弦卷积 |
| 2.5 亮度校正 |
| 2.6 实验与分析 |
| 2.6.1 普通图像的增强 |
| 2.6.2 微视觉图像的增强 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 多尺度平移不变的面内微位移测量方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 FTSA的测量原理与实现 |
| 3.2.1 快速归一化互相关法 |
| 3.2.2 基于曲面拟合的亚像素位移测量算法 |
| 3.3 OFHP的测量原理与实现 |
| 3.3.1 OFHP算法总览 |
| 3.3.2 权重系数自适应最优选择 |
| 3.3.3 快速边界保留技术 |
| 3.3.4 光流验证策略 |
| 3.4 实验研究 |
| 3.4.1 实验系统 |
| 3.4.2 FTSA的验证实验 |
| 3.4.3 OFHP的验证实验 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于圆投影的面内旋转目标鲁棒微位移测量方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 TWMA-RRI的测量原理与实现 |
| 4.2.1 基于参考点验证的鲁棒圆投影法 |
| 4.2.2 基于灰度的梯度法 |
| 4.3 THMA-RRI的测量原理与实现 |
| 4.3.1 基于三角关系的快速鲁棒圆投影法 |
| 4.3.2 基于图像方向码的算法 |
| 4.3.3 基于相似性函数的梯度法 |
| 4.4 仿真研究 |
| 4.4.1 影响亚像素算法精度的因素分析 |
| 4.4.2 光照模型的构建 |
| 4.4.3 TWMA-RRI的仿真分析 |
| 4.4.4 THMA-RRI的仿真分析 |
| 4.5 实验研究 |
| 4.5.1 TWMA-RRI微位移测量算法的实验 |
| 4.5.2 THMA-RRI微位移测量算法的实验 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 基于HSCT的面内复合运动目标微位移测量方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于HSCT的算法原理及实现 |
| 5.2.1 改进的形态学边缘检测算子 |
| 5.2.2 Zernike亚像素边缘检测 |
| 5.2.3 基于HSCT的算法 |
| 5.3 实验研究 |
| 5.3.1 HS的特性验证实验 |
| 5.3.2 基于HSCT算法有效性验证实验 |
| 5.3.3 基于HSCT算法的微位移测量实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附件 |
（6）基于衍射光栅相位扫描检测的超精密运动位移检测实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 研究背景及意义 |
| 1.2.1 行业大环境概述 |
| 1.2.2 精密定位技术发展所遇到的问题 |
| 1.3 精密定位与检测系统的简介 |
| 1.4 精密定位技术国内外研究现状 |
| 1.4.1 单自由度小行程精密定位平台 |
| 1.4.2 单自由度大行程高精度定位平台 |
| 1.4.3 莫尔条纹细分技术 |
| 1.5 国内外衍射光栅检测系统的研究现状 |
| 1.6 研究现状总结 |
| 1.7 研究内容和结构安排 |
| 1.7.1 课题来源及研究内容 |
| 1.7.2 论文结构安排 |
| 第二章 基于衍射光栅的相位扫描位移测量机理的研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光的干涉原理与激光的相干性 |
| 2.2.1 光的干涉原理 |
| 2.2.2 激光的相干性 |
| 2.3 传统衍射光栅位移检测原理 |
| 2.3.1 衍射光栅 |
| 2.3.2 传统衍射光栅位移检测原理 |
| 2.4 基于衍射光栅的相位扫描位移测量机理 |
| 2.4.1 相位扫描定位检测系统结构 |
| 2.4.2 单次相位移动检测 |
| 2.4.3 相位扫描位移检测 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 超精密定位检测实验平台系统搭建 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 超精密定位实验平台的总体结构 |
| 3.3 高精度线性位移台光栅干涉系统的搭建 |
| 3.3.1 高精度线性位移台 |
| 3.3.2 衍射光栅光路系统搭建 |
| 3.3.3 激光光源选择 |
| 3.4 相位扫描系统搭建 |
| 3.5 实验平台控制系统搭建 |
| 3.5.1 PI高精度线性位移台驱动器 |
| 3.5.2 数据采集系统 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 相位扫描超精密位移检测实验控制系统设计 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 定位过程控制流程研究与设计 |
| 4.3 PID控制器原理 |
| 4.4 数字PID控制器及其实现 |
| 4.5 上位机实验软件实现 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 相位扫描超精密位移检测控制系统仿真及实验研究 |
| 5.1 控制系统的建模及仿真 |
| 5.2 定位实验研究 |
| 5.2.1 PI高精度位移台自身精度检测 |
| 5.2.2条纹当量检测实验 |
| 5.2.3 PI高精度位移台连续性检测实验 |
| 5.2.4单次相移位移检测实验 |
| 5.2.5相位扫描检测定位实验 |
| 5.3 误差分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 |
| 致谢 |
| 攻读硕士期间已发表或录用的论文 |
（7）基于光纤布拉格光栅的纳米三坐标接触式测头（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 纳米测头研究现状 |
| 1.2.1 测头技术概述 |
| 1.2.2 纳米测头国外研究现状 |
| 1.2.3 纳米测头国内研究现状 |
| 1.3 研究目的和意义 |
| 1.4 研究主要内容与课题来源 |
| 1.5 小结 |
| 2 三维纳米测头的测量原理及FBG解调技术 |
| 2.1 三维纳米测头的测量机理 |
| 2.1.1 测头感测原理 |
| 2.1.2 光纤布拉格光栅传感原理 |
| 2.1.3 测头三维空间传感矢量模型 |
| 2.2 光纤布拉格光栅的解调方法 |
| 2.2.1 滤波法 |
| 2.2.2 干涉法 |
| 2.3 基于FBG传感器的三维纳米测头解调设计 |
| 2.3.1 时分复用传感系统的自匹配解调方案 |
| 2.3.2 时分复用传感系统的自匹配解调设计 |
| 2.4 小结 |
| 3 测头结构设计和弹性元件制备 |
| 3.1 触发测头设计的关键问题 |
| 3.2 测头系统结构 |
| 3.3 测头结构参数设计 |
| 3.3.1 弹性悬挂机构的线型设计 |
| 3.3.2 悬浮支架参数的设计 |
| 3.3.3 测杆参数的设计 |
| 3.3.4 传感器栅区参数的设计 |
| 3.4 测头静力学仿真与模态分析 |
| 3.4.1 测头静力学仿真 |
| 3.4.2 测头模态分析 |
| 3.5 弹性元件的制备 |
| 3.6 小结 |
| 4 测头系统性能测试与误差分析 |
| 4.1 实验系统设计 |
| 4.2 测头性能测试 |
| 4.2.1 灵敏度与分辨力测试 |
| 4.2.2 稳定性测试 |
| 4.2.3 重复性测试 |
| 4.2.4 测头预行程 |
| 4.2.5 测头测量力 |
| 4.3 测头系统误差分析 |
| 4.4 小结 |
| 5 振动测头设计与验证 |
| 5.1 探针与测量面间表面作用力 |
| 5.2 表面作用力对振动参数的影响 |
| 5.2.1 动态谐振测头的提出与动力学建模 |
| 5.2.2 表面作用力对振幅影响 |
| 5.2.3 表面作用力对振动速度和频率影响 |
| 5.3 振动测头结构仿真设计 |
| 5.4 振动测头性能测试 |
| 5.4.1 振动测头灵敏度与分辨率测试 |
| 5.4.2 振动测头重复性测试 |
| 5.4.3 振动测头测量力 |
| 5.5 小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 主要工作及成果总结 |
| 6.2 论文的创新点 |
| 6.3 研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的学术活动及成果情况 |
（8）纳米精度曲面弹性波加工方法的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题来源及意义 |
| 1.2 超精密加工技术 |
| 1.2.1 超精密加工技术的发展 |
| 1.2.2 国内研究现状 |
| 1.2.3 超精密加工技术的分类 |
| 1.3 超精密加工关键技术 |
| 1.3.1 加工机理 |
| 1.3.2 加工材料 |
| 1.3.3 加工刀具 |
| 1.3.4 机床 |
| 1.3.5 尺寸测量技术 |
| 1.3.6 温度、振动及环境控制技术 |
| 1.4 硬脆材料超精密加工技术 |
| 1.4.1 曲面超精密加工技术 |
| 1.4.2 延性域加工 |
| 1.4.3 超声振动辅助加工技术 |
| 1.5 本课题研究目标和主要内容 |
| 第二章 弹性波加工原理及样机实验测试 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 样机结构设计 |
| 2.3 工作原理 |
| 2.3.1 行波型超声电机工作原理 |
| 2.3.2 弹性波加工基本工作原理 |
| 2.3.3 模态选择 |
| 2.4 有限元仿真 |
| 2.5 实验测试 |
| 2.5.1 样机扫频实验 |
| 2.5.2 加工性能实验 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 弹性波加工工具的基本动力学特性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 锥柱型压电振子的动力学特性分析 |
| 3.2.1 压电振子机电耦合模型 |
| 3.2.2 压电振子模态频率的计算 |
| 3.2.3 压电振子机电耦合系数的计算 |
| 3.3 加工盘固有振动动力学特性分析 |
| 3.3.1 加工盘的面外固有振动 |
| 3.3.2 加工盘的面内固有振动 |
| 3.4 加工工具整体动力学建模与分析 |
| 3.4.1 考虑支撑方式的压电振子振动模型 |
| 3.4.2 压电振子与加工盘的接触模型 |
| 3.4.3 考虑预压力的加工盘强迫振动模型 |
| 3.4.5 加工盘表面质点运动轨迹分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 弹性波加工工具磨削行为分析 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 加工盘与被加工件接触分析 |
| 4.2.1 加工盘与被加工件接触界面模型 |
| 4.2.2 仿真结果分析 |
| 4.3 弹性波加工工具磨削行为与参数分析 |
| 4.3.1 磨削加工输入条件基本参数 |
| 4.3.2 未变形切屑厚度 |
| 4.3.3 磨削深度 |
| 4.3.4 磨削表面粗糙度 |
| 4.3.5 磨削残余应力 |
| 4.4 弹性波加工实验研究 |
| 4.4.1 接触压力对加工质量的影响 |
| 4.4.2 相位差对加工质量的影响 |
| 4.4.3 驱动电压幅值对加工质量的影响 |
| 4.4.4 加工时间对加工质量的影响 |
| 4.4.5 磨削温度 |
| 4.5 硬脆材料延性域加工分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 六自由度压电加工进给机构的设计与实验 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 平台结构设计与工作原理 |
| 5.3 静力学分析 |
| 5.3.1 平行板柔性铰链平移运动静力学分析 |
| 5.3.2 平行板柔性铰链旋转运动静力学分析 |
| 5.3.3 楔形机构静力学分析 |
| 5.4 压电进给机构实验研究 |
| 5.5 宏微两级进给机构驱动下的弹性波加工实验 |
| 5.6 光学镜片弹性波加工质量测评 |
| 5.6.1 图像清晰度检测方法 |
| 5.6.2 测试结果与分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 本文主要工作内容及创新点 |
| 6.1.1 本文主要工作内容 |
| 6.1.2 本文创新点 |
| 6.2 下一步研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（9）超精密加工高反射曲面光学非接触三维形貌测量（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 高反射曲面光照模型及测量难点 |
| 1.2 高反射曲面三维形貌测量方法综述 |
| 1.2.1 高反射曲面三维形貌测量方法分类 |
| 1.2.2 接触式测量方法 |
| 1.2.3 光学非接触测量方法 |
| 1.2.4 扫描显微镜测量法 |
| 1.2.5 高反射曲面三维形貌测量方法比较 |
| 1.3 光栅相位偏折高反射曲面三维形貌测量发展现状及热点问题 |
| 1.4 白光扫描干涉测量原理及研究现状 |
| 1.5 多传感器融合测量方法 |
| 1.6 本课题的提出及各章节安排 |
| 第二章 超精密加工高反射曲面光学非接触三维形貌测量系统设计 |
| 2.1 测量系统总体设计方案 |
| 2.2 光栅相位偏折测量子系统设计 |
| 2.2.1 光栅显示设备 |
| 2.2.2 图像采集设备 |
| 2.3 白光扫描干涉测量子系统设计 |
| 2.3.1 白光干涉测量扫描方式选择 |
| 2.3.2 显微干涉物镜 |
| 2.3.3 微位移机构 |
| 2.3.4 光学成像系统 |
| 2.3.5 白光光源 |
| 2.3.6 图像采集装置 |
| 2.4 精密运动控制系统设计 |
| 2.5 超精密加工高反射曲面三维形貌测量系统测量精度分析 |
| 2.5.1 光栅相位偏折测量子系统测量精度分析 |
| 2.5.2 白光扫描干涉测量系统测量精度分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 光栅编码及相位展开方法研究 |
| 3.1 光栅的编码方法研究 |
| 3.1.1 光栅编码方法综述 |
| 3.1.2 复合光栅编码方法 |
| 3.2 相位展开算法研究 |
| 3.2.1 相位展开的数学描述 |
| 3.2.2 空域相位展开算法 |
| 3.2.3 时域相位展开算法 |
| 3.2.4 中心摄动展开算法 |
| 3.3 基于复合光栅编码、摄动相位展开的快速相位提取方法 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 超精密加工高反射曲面光学非接触三维形貌测量系统标定 |
| 4.1 CCD 摄像机内参数的快速、高精度标定 |
| 4.1.1 摄像机标定模型 |
| 4.1.2 基于运动靶标的摄像机内参数标定方法 |
| 4.1.3 光斑中心位置提取算法 |
| 4.1.4 实验验证 |
| 4.2 白光扫描干涉测量子系统现场标定 |
| 4.3 超精密加工高反射曲面三维形貌测量系统整体标定方案 |
| 4.3.1 超精密加工高反射曲面三维形貌测量系统标定模型 |
| 4.3.2 光栅相位偏折测量子系统物空间下位置标定 |
| 4.3.3 白光扫描干涉测量子系统物空间下位置标定 |
| 4.4 基于虚拟参考面方法的参考相位的获取 |
| 4.4.1 标记棋盘格图像的生成方法 |
| 4.4.2 基于虚拟参考面方法的参考相位测量模型 |
| 4.4.3 参考相位的计算方法 |
| 4.4.4 实验验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 光栅相位偏折超精密加工高反射曲面三维形貌测量 |
| 5.1 光栅相位偏折高反射曲面三维形貌测量模型 |
| 5.1.1 基于迭代的光栅相位偏折高反射曲面三维形貌测量模型 |
| 5.1.2 光栅相位偏折高反射曲面三维形貌重建模型参数计算 |
| 5.2 基于梯度信息的被测物体表面形貌重建方法 |
| 5.2.1 局部积分技术 |
| 5.2.2 全局积分技术 |
| 5.2.3 三维重建算法仿真分析 |
| 5.3 基于区域波前重构和路径积分的高反射曲面快速三维重建算法 |
| 5.3.1 基于编码光栅条纹相移特性的轮廓提取算法 |
| 5.3.2 与路径积分法相结合的区域波前重构算法 |
| 5.3.3 实验验证 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 白光扫描干涉超精密加工高反射曲面三维形貌测量 |
| 6.1 多目标动态系统的路径规划 |
| 6.2 白光扫描干涉测量原理 |
| 6.2.1 白光干涉的典型特性 |
| 6.2.2 双光路扫描干涉测量原理 |
| 6.2.3 移相干涉测量原理 |
| 6.2.4 白光垂直扫描干涉测量原理 |
| 6.3 白光扫描干涉峰值提取算法 |
| 6.3.1 重心法 |
| 6.3.2 包络曲线拟合算法 |
| 6.3.3 空间频域法 |
| 6.3.4 相移算法 |
| 6.3.5 算法比较 |
| 6.4 白光扫描干涉超精密加工高反射曲面三维形貌测量仿真分析 |
| 6.4.1 白光干涉条纹的生成 |
| 6.4.2 系统参数对测量精度的影响 |
| 6.4.3 噪声和微位移机构的误差对测量精度的影响 |
| 6.4.4 白光扫描干涉测量三维仿真 |
| 6.5 本章小结 |
| 第七章 超精密加工高反射曲面非接触三维形貌测量实验 |
| 7.1 台阶三维形貌测量 |
| 7.1.1 9mm 台阶三维形貌测量 |
| 7.1.2 0.5mm 台阶三维形貌测量 |
| 7.1.3 7mm 和 9mm 组合台阶三维形貌测量 |
| 7.2 150mm 超精密加工平面镜三维形貌测量 |
| 7.3 超精密加工光学双曲面三维形貌测量 |
| 7.4 本章小结 |
| 第八章 总结与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 创新点 |
| 8.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（10）高精度点衍射球面干涉检测技术及系统研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 目录 |
| 图目录 |
| 表目录 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 球面检测技术的研究意义 |
| 1.2 国内外球面检测技术研究进展 |
| 1.2.1 传统球面干涉检测法 |
| 1.2.2 点衍射球面干涉检测法 |
| 1.3 本论文的主要研究内容和完成的工作 |
| 1.4 本论文的主要创新点 |
| 第2章 基于有限时域差分算法的点衍射波前质量分析 |
| 2.1 基于FDTD算法的针孔衍射波前质量分析仿真原理 |
| 2.1.1 基于FDTD算法的针孔点衍射近场仿真原理 |
| 2.1.2 衍射近远场分布变换 |
| 2.1.3 远场波前的处理评价 |
| 2.2 基于FDTD算法的针孔衍射波前质量仿真结果 |
| 2.2.1 针孔点衍射波前仿真模型参数 |
| 2.2.2 针孔点衍射波前仿真分析 |
| 2.3 小结 |
| 第3章 高精度点衍射球面干涉检测原理与方案 |
| 3.1 高精度点衍射球面检测系统布局及原理 |
| 3.2 激光器光源要求 |
| 3.2.1 输出功率选择 |
| 3.2.2 相干长度要求 |
| 3.3 衍射掩模板设计及分析 |
| 3.3.1 玻璃基底设计 |
| 3.3.2 针孔反射镜设计 |
| 3.3.3 衍射针孔加工和评价 |
| 3.4 检测系统光束偏振态选择 |
| 3.4.1 针孔反射镜金属介质的偏振效应 |
| 3.4.2 金属反射介质偏振效应影响的仿真分析 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 高精度面形干涉检测系统中的PZT移相器在线检测技术 |
| 4.1 基于干涉条纹分析技术的PZT移相器在线检测原理 |
| 4.1.1 端面转角测量原理 |
| 4.1.2 基于模板匹配算法的微位移测量原理 |
| 4.2 基于干涉条纹分析技术的PZT移相器检测方法论证 |
| 4.2.1 端面转角测量方法的计算机仿真 |
| 4.2.2 基于模板匹配算法的微位移测量实验验证 |
| 4.3 PZT移相器在线检测实验及分析 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 球面干涉检测中的高精度调整误差校正方法 |
| 5.1 球面调整误差引入波像差分析 |
| 5.1.1 波前倾斜引入调整误差分析 |
| 5.1.2 波前离焦引入调整误差分析 |
| 5.2 传统调整误差校正方法 |
| 5.3 基于波前差分的高精度球面调整误差校正方法 |
| 5.3.1 调整误差校正原理 |
| 5.3.2 调整误差校正处理过程 |
| 5.4 基于波前差分的高精度球面调整误差校正方法计算机仿真 |
| 5.5 基于波前差分的高精度球面调整误差校正方法的实验论证 |
| 5.5.1 调整误差校正实验 |
| 5.5.2 实验误差因素分析 |
| 5.6 小结 |
| 第6章 高精度点衍射球面干涉检测系统误差分析 |
| 6.1 系统误差 |
| 6.1.1 参考球面波前误差 |
| 6.1.2 斜反射波前像差及波片旋转补偿校正法 |
| 6.1.3 其他系统误差 |
| 6.2 随机误差 |
| 6.2.1 激光器稳定性 |
| 6.2.2 针孔反射镜表面粗糙度 |
| 6.2.3 球面调整误差 |
| 6.3 环境误差 |
| 6.3.1 温度和压强影响 |
| 6.3.2 振动影响 |
| 6.4 系统理论检测精度分析 |
| 6.5 小结 |
| 第7章 高精度点衍射球面干涉检测实验及数据分析 |
| 7.1 高精度点衍射球面干涉检测系统实验布局 |
| 7.2 点衍射光斑参数测量分析 |
| 7.2.1 点衍射光斑孔径角 |
| 7.2.2 点衍射光能量效率 |
| 7.3 高精度点衍射球面干涉检测实验结果和分析 |
| 7.3.1 点衍射球面干涉检测实验结果 |
| 7.3.2 球面检测实验结果分析和系统重复性精度测量 |
| 7.4 小结 |
| 第8章 总结与展望 |
| 8.1 本论文完成工作总结 |
| 8.2 本论文主要创新点 |
| 8.3 下一步工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间所取得的科研成果 |
| 一、作者简历 |
| 二、发表及录用的论文 |
| 三、申请及授权的国家发明专利 |
四、基于CCD检测微机控制的光干涉微位移自动化测量新方法（论文参考文献）
- [1]基于光杠杆法的微量检测系统的设计与研究[D]. 黄赛鹏. 安徽理工大学, 2021(02)
- [2]基于单目图像序列估测清晰成像位置的微位移测量系统研究[D]. 尹珺瑶. 扬州大学, 2020(04)
- [3]光栅干涉型微位移测量系统关键技术研究[D]. 赵宏波. 中北大学, 2020(10)
- [4]基于多芯光纤的新型光纤传感器研究及应用[D]. 张传彪. 北京交通大学, 2020(03)
- [5]微视觉图像面内微位移精密测量理论与实验研究[D]. 张翔. 华南理工大学, 2019(01)
- [6]基于衍射光栅相位扫描检测的超精密运动位移检测实验研究[D]. 王鹤. 上海交通大学, 2019(06)
- [7]基于光纤布拉格光栅的纳米三坐标接触式测头[D]. 陈丽娟. 合肥工业大学, 2018
- [8]纳米精度曲面弹性波加工方法的研究[D]. 季瑞南. 南京航空航天大学, 2018(01)
- [9]超精密加工高反射曲面光学非接触三维形貌测量[D]. 李绍辉. 天津大学, 2012(06)
- [10]高精度点衍射球面干涉检测技术及系统研究[D]. 王道档. 浙江大学, 2012(08)