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簡介:近年來,隨著數(shù)碼相機(jī)的廣泛應(yīng)用,成像質(zhì)量大幅度提高,同時價格愈來愈低廉,加之圖像處理和模式識別技術(shù)的迅速進(jìn)步,利用數(shù)碼相機(jī)作為傳感器件的三維數(shù)據(jù)獲取技術(shù)成為目前最有前途的一種三維測量技術(shù)。本文從工程實際出發(fā),力圖在攝影測量的嚴(yán)密理論和計算機(jī)視覺的一些前沿成果上,研究一種只用一個數(shù)碼相機(jī),以自由拍攝方式獲得場景的多幅數(shù)字圖像,從而恢復(fù)待測物體三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的技術(shù),實現(xiàn)一種面向工業(yè)產(chǎn)品、可現(xiàn)場操作的三維柔性測量方法。為保證圖像識別的可靠性、提高圖像處理精度和測量解算的自動化水平,本文采用一套具有明顯標(biāo)志的標(biāo)記點(包括編碼元和非編碼元)和標(biāo)記目標(biāo)曲線,其中編碼元作為輔助測量工具,非編碼元以及標(biāo)記目標(biāo)曲線作為被測目標(biāo)。本文主要圍繞著基于一個數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行標(biāo)記點和標(biāo)記目標(biāo)曲線的三維重建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,并結(jié)合工業(yè)產(chǎn)品實例進(jìn)行了驗證。主要研究內(nèi)容及成果如下(1)提出并實現(xiàn)了一種標(biāo)記點自動檢測算法。首先針對標(biāo)記點的各種特征提出四個準(zhǔn)則,從而快速、準(zhǔn)確地提取標(biāo)記點目標(biāo),然后提出一種具有較強(qiáng)魯棒性的編碼元識別方法,識別編碼元的身份信息,同時進(jìn)行標(biāo)記點中心的定位。大量實驗結(jié)果表明,本文的標(biāo)記點自動檢測算法能夠取得良好的效果。(2)提出并實現(xiàn)了一種非迭代同名標(biāo)記點匹配算法。在利用編碼元的身份信息實現(xiàn)同名編碼元匹配的基礎(chǔ)上,由相似性和相容性確定非編碼元的初始匹配,通過三個準(zhǔn)則從非編碼元的初始匹配中剔除誤匹配,最終得到同名非編碼元的匹配結(jié)果。經(jīng)實驗驗證本文算法速度快、匹配率高、魯棒性好。(3)提出并實現(xiàn)了相機(jī)位姿確定和標(biāo)記點的三維重建算法。利用迭代因子矩陣分解方法并通過編碼元確定射影重建好的初始值,即確定較精確的初始的相機(jī)運(yùn)動矩陣;根據(jù)所獲得相機(jī)運(yùn)動矩陣,通過三角測量法恢復(fù)非編碼元射影空間坐標(biāo);采用光束平差法優(yōu)化射影空間下的相機(jī)運(yùn)動矩陣及非編碼元空間坐標(biāo)。對射影重建施加度量約束,恢復(fù)在歐氏空間下的相機(jī)姿態(tài)和非編碼元的三維坐標(biāo)。通過施加絕對二次曲面的本質(zhì)條件RANK3到單應(yīng)矩陣中,提高了算法的魯棒性。與已有的算法相比較,該算法大大減小了再投影誤差。該方法已應(yīng)用于整體點云拼接中,取得了良好的效果。(4)提出了一種基于單數(shù)碼相機(jī)手持式拍攝多幅圖像的三維曲線結(jié)構(gòu)測量方法。首先,結(jié)合簡單的人工交互和能量優(yōu)化方法,對目標(biāo)曲線進(jìn)行半自動提取。然后,在目標(biāo)曲線優(yōu)化匹配的基礎(chǔ)上,利用三角測量法實現(xiàn)曲線點列的三維重建。應(yīng)用該算法對多個樣件進(jìn)行了曲線結(jié)構(gòu)測量和模型重建,分析了重建誤差。實驗證明,這是一種行之有效的三維測量與模型重建實用方法。(5)在深入進(jìn)行理論研究的基礎(chǔ)上,建立了一個面向工業(yè)產(chǎn)品、可現(xiàn)場操作的三維攝影測量原型系統(tǒng)。實例驗證和分析結(jié)果表明,本系統(tǒng)可以取得較為滿意的三維重建結(jié)果。本文方法具有測量硬件簡單、測量方式靈活、測量范圍不受限制、各角度測量數(shù)據(jù)自動拼合等優(yōu)勢,在工業(yè)產(chǎn)品逆向設(shè)計、產(chǎn)品質(zhì)量檢測等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
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簡介:為滿足微機(jī)電系統(tǒng)對微構(gòu)件操縱技術(shù)的強(qiáng)烈需求,本文結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目基于三維可控超聲輻射力場的微構(gòu)件遙操縱的研究50375144和國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃863計劃基于超聲輻射力的微納構(gòu)件三維遙操縱關(guān)鍵技術(shù)研究2006AA042330,在對平面活塞換能器所產(chǎn)生的超聲輻射力及其合成場進(jìn)行分析計算的基礎(chǔ)上,發(fā)展了一種基于超聲輻射力的微納構(gòu)件三維遙操縱技術(shù),并以ARM為中心測控單元,F(xiàn)PGA為接口模塊,結(jié)合機(jī)器微視覺及圖像處理單元,開發(fā)了一套基于三維超聲輻射力場合成及其微操縱實驗平臺,利用該實驗平臺驗證了本文所提出技術(shù)的可行性和有效性。具體工作在于第一章,綜合論述了開展微操縱應(yīng)用研究的重要意義,對微操縱技術(shù)及其系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢進(jìn)行了系統(tǒng)地概括,指明了基于超聲輻射力微操縱應(yīng)用的可行性和優(yōu)越性,提出了本論文的研究內(nèi)容及各章節(jié)的安排。第二章,在簡要介紹聲學(xué)基礎(chǔ)知識和詳細(xì)分析單個平面活塞換能器聲場分布及其聲場和輻射力關(guān)系的基礎(chǔ)上,利用聲波合成原理,建立了按不同空間位置放置的兩個及多個平面活塞換能器合成聲場及輻射力勢分布理論和技術(shù)基礎(chǔ),并通過MATLAB仿真分析了利用超聲輻射力實現(xiàn)三維微操縱的可行性和有效性。第三章,在提出基于三維超聲輻射力場合成及微操縱應(yīng)用實驗平臺總體方案的基礎(chǔ)上,詳細(xì)分析了各功能模塊的具體實現(xiàn)過程,并結(jié)合機(jī)器微視覺及圖像處理單元,開發(fā)了一套基于三維超聲輻射力場合成及微操縱應(yīng)用實驗平臺。第四章,應(yīng)用本文所開發(fā)的基于三維超聲輻射力場合成及微操縱應(yīng)用實驗平臺,開展微操縱實驗研究,并對實驗結(jié)果與理論研究結(jié)果進(jìn)行對比分析,驗證了超聲微操縱的可行性和優(yōu)越性。第五章,對全文的工作進(jìn)行全面總結(jié),并展望了下一步的研究方向。
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簡介:虛擬人圖像分割與三維重建是目前的一個研究熱點問題,是一個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域,是計算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理在生物醫(yī)學(xué)工程中的重要應(yīng)用。它涉及數(shù)字圖像處理、計算機(jī)圖形學(xué)以及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)知識。虛擬人圖像三維重建及可視化在診斷醫(yī)學(xué)、手術(shù)規(guī)劃及模擬仿真、整形及假肢外科、放射治療規(guī)劃、解剖教學(xué)等方面都有重要應(yīng)用。因此,對虛擬人圖像分割及三維重建的研究,具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。虛擬人圖像分割與三維重建的主要研究內(nèi)容包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段,如裁剪、顏色轉(zhuǎn)換、配準(zhǔn)等;組織或器官的分割與提取;復(fù)雜表面三維幾何模型的構(gòu)建。本文對醫(yī)學(xué)圖像三維重建的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,并開發(fā)了一個試驗系統(tǒng)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段是虛擬人切片圖像分割和三維重建的基礎(chǔ)。本文利用配準(zhǔn)點將圖片裁剪為600600尺寸大小,極大的縮減了計算量;通過LΑΒ顏色空間轉(zhuǎn)換來平滑切片圖像間的顏色差異,并分離出來紅色通道;同時本文采用ITK開發(fā)包提供的CENTEREDRIGID2DTRANSFM算法進(jìn)行圖像間配準(zhǔn),提高了切片圖像序列處理的精確度和效率。組織或器官的分割與提取是保證重建模型準(zhǔn)確表達(dá)其相應(yīng)組織器官的前提。本文根據(jù)數(shù)字虛擬人圖像的特點,提出和實現(xiàn)了區(qū)域分割、輪廓跟蹤分割和基于CANNY算子的LEVELSET圖像分割三種算法?;贑ANNY算子的LEVELSET圖像分割算法結(jié)合了CANNY算子精確定位邊界的優(yōu)點和LEVELSET圖像空間連續(xù)演化的思想,并將此算法應(yīng)用于數(shù)字虛擬人圖像目標(biāo)分割上,得到很好的分割結(jié)果。MARCHINGCUBESMC算法是基于規(guī)則體數(shù)據(jù)抽取等值面的經(jīng)典算法。本文實現(xiàn)了該算法對分割提取的區(qū)域抽取等值面構(gòu)建表面模型。
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簡介:近年來,隨著光電技術(shù)、電機(jī)技術(shù)的發(fā)展和計算機(jī)軟硬件的提高,基于靶標(biāo)合作的三維坐標(biāo)激光檢測技術(shù)開始顯示出它獨特的優(yōu)勢,成為一種提高生產(chǎn)效率和保證產(chǎn)品質(zhì)量的重要檢測方法,應(yīng)用日趨廣泛,例如零件的三維測量、組裝件及整體外形幾何參數(shù)、汽車修理和現(xiàn)代轎車的整車裝配等。本課題是研究基于靶標(biāo)合作的三維坐標(biāo)激光測量系統(tǒng),對測量原理進(jìn)行了全面研究,建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,對實現(xiàn)系統(tǒng)的各個單元模塊的功能和實現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的分析。基于靶標(biāo)合作的三維坐標(biāo)激光測量系統(tǒng)采用激光四光束測量有效的解決了靶標(biāo)姿態(tài)對測量影響的問題,更好的對靶標(biāo)進(jìn)行識別,融合了激光、光電、機(jī)械、電子和精密測量等技術(shù),可實現(xiàn)大范圍3000MM3000MM、方便快捷的三維尺寸坐標(biāo)100%實時在線測量。主要內(nèi)容包括1深入分析了激光雙光束測量原理、定向反射原理、靶標(biāo)識別原里,建立了相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,為課題的后續(xù)研究打下理論基礎(chǔ);2實現(xiàn)電機(jī)穩(wěn)速控制,是實現(xiàn)系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文采用直流無刷電機(jī),對電機(jī)的性能進(jìn)行詳細(xì)分析,設(shè)計出外圍電路簡單,控制功能強(qiáng),保護(hù)功能完善,易于調(diào)試,通用性好且成本低的直流無刷電機(jī)控制電路,并進(jìn)行了相關(guān)實驗的驗證;3以平面鏡旋轉(zhuǎn)代替激光器旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)四束激光測量,設(shè)計了適應(yīng)本系統(tǒng)要求的光學(xué)系統(tǒng)和激光固定裝置,簡化優(yōu)化了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu);4選擇紅色半導(dǎo)體激光器作光源,采用大口徑短焦距的菲涅爾透鏡作為接收透鏡,PIN光電二極管作為光探測器來完成光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計,完成對被測目標(biāo)的感知和信息搜集;5選擇50MHZ高速晶振作為時鐘,設(shè)計了CPLD與AVR相結(jié)合數(shù)據(jù)處理電路;6在測量應(yīng)用中,參數(shù)標(biāo)定起著舉足輕重的作用,本文利用透視變換原理實現(xiàn)了線性化求解的系統(tǒng)自定標(biāo)技術(shù),并完成了誤差分析和校正。
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簡介:三維圖形技術(shù)是虛擬現(xiàn)實、實時仿真以及交互三維設(shè)計等許多重要應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。本論文結(jié)合實際工程項目經(jīng)驗,研究了三維圖形引擎的關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)代仿真方法,并在此基礎(chǔ)上,研究設(shè)計了一個基于游戲引擎DIRECTX90的三維視景合成實驗系統(tǒng),具有應(yīng)用于實時場景態(tài)勢仿真、模擬演練、人員訓(xùn)練以及游戲等領(lǐng)域的參考價值。論文的主要工作和創(chuàng)新點包括1、提出采用可編程圖形管線的方法實現(xiàn)虛擬場景的渲染。該技術(shù)與固定管線相比,可以實現(xiàn)更加復(fù)雜的場景渲染,且能充分利用圖形處理器性能,與傳統(tǒng)渲染方法相比,可減輕CPU中央處理器負(fù)擔(dān),有利于系統(tǒng)的進(jìn)一步升級。2、本文對當(dāng)前主流的陰影算法進(jìn)行了研究比較,在此基礎(chǔ)上提出了光線跟蹤的軟陰影算法和基于陰影映射的實時軟陰影算法,實驗結(jié)果證明兩者與傳統(tǒng)的硬陰影算法相比,對復(fù)雜軟陰影計算的效果和實時性都有明顯提高。3、研究設(shè)計了一個圖形引擎系統(tǒng)一三維視景合成實驗系統(tǒng)。通過對三維圖形仿真中的各項關(guān)鍵技術(shù)可編程著色器、光照技術(shù)、環(huán)境貼圖等的研究,封裝了具有通用性、重用性和高效性的地形模塊、炮彈模塊、粒子特效模塊、射手模塊、聲效模塊。系統(tǒng)不僅具有良好的架構(gòu),而且各模塊之間具有高內(nèi)聚、低耦合等優(yōu)點。4、所研究設(shè)計的實驗系統(tǒng)具有幀速率高、畫面好、運(yùn)行穩(wěn)定、開發(fā)成本低等優(yōu)點。系統(tǒng)將游戲技術(shù)與仿真技術(shù)相結(jié)合,采用先進(jìn)的游戲引擎作為開發(fā)工具,從而在許多方面超過了常規(guī)仿真軟件所能達(dá)到的性能。
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簡介:物理相似模擬已成為解決地下工程巖層控制問題的有效研究手段之一。以往的研究多以平面應(yīng)力、應(yīng)變模型和小型立體模型為主,但這無法解決模型邊界效應(yīng)、加載及測試等問題,導(dǎo)致實驗結(jié)果與工程實際存在較大差異。處于三維應(yīng)力狀態(tài)下的研究對象,采用三維可加載物理模擬實驗較為理想,但建立此類模型存在一定困難。在三維可加載物理模擬實驗中,實驗裝置的大型化及其加載系統(tǒng)的選擇是關(guān)系到能否理想地實現(xiàn)物理模擬的基礎(chǔ),模型內(nèi)部物理量的測量是能否達(dá)到實驗?zāi)康牡年P(guān)鍵。因此,研究三維可加載物理模擬實驗方法,具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價值。本文以寧煤集團(tuán)清水營煤礦一號回風(fēng)斜井為研究對象,完成了三維“動靜”耦合多級可加載物理模擬實驗,模型尺寸為442M195M290M。利用液壓加載系統(tǒng)施加不同的動載荷來模擬井筒不同埋深的應(yīng)力場和受井筒開挖擾動形成的二次應(yīng)力場。采用光學(xué)全站儀、鉆孔窺視儀、聲發(fā)射監(jiān)測儀、壓力傳感器、埋入式壓力傳感器(液壓枕)等多種測試手段對井筒表面位移、深層位圍巖變形破壞及應(yīng)力分布特征進(jìn)行全方位觀測,實現(xiàn)了實驗過程的“聲光電”物理、力學(xué)與損傷等綜合信息指標(biāo)參數(shù)的實時測試,并進(jìn)行了不同測試手段之間的相互驗證和現(xiàn)場實測結(jié)果對比分析。研究表明,三維可加載物理模擬實驗較真實地再現(xiàn)了清水營煤礦一號回風(fēng)斜井不同埋深條件下的應(yīng)力場及井筒開挖擾動形成的二次應(yīng)力場。井筒主要出現(xiàn)崩塌、剪裂、層錯和孔壁膨脹4種破壞形式;圍巖松動范圍為500MM(實際50M);無支護(hù)的條件下,開挖影響較大的區(qū)域為0~30MM(實際0~30M),最大應(yīng)力為16MPA(實際256MPA);井筒右側(cè)頂板(肩部)出現(xiàn)冒落,并出現(xiàn)底臌,表面位移與現(xiàn)場實測值的誤差為833%,表現(xiàn)出了較好的一致性。據(jù)此,可以認(rèn)為三維可加載物理模擬實驗系統(tǒng)能夠滿足大型地下工程實驗測試要求,是研究和解決復(fù)雜條件大型地下工程問題的有效途徑之一。
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簡介:山西醫(yī)科大學(xué)碩士學(xué)位論文分類號分類號R7116R7116學(xué)校代碼學(xué)校代碼1011410114密級學(xué)號201020685201020685三維超聲對不孕癥患者與正常婦女子宮內(nèi)膜三維超聲對不孕癥患者與正常婦女子宮內(nèi)膜三維超聲對不孕癥患者與正常婦女子宮內(nèi)膜三維超聲對不孕癥患者與正常婦女子宮內(nèi)膜容受性的對比分析容受性的對比分析容受性的對比分析容受性的對比分析研研研研究究究究生郭生郭生郭生郭娟娟娟娟指導(dǎo)教師王英華教授指導(dǎo)教師王英華教授指導(dǎo)教師王英華教授指導(dǎo)教師王英華教授專業(yè)名稱婦產(chǎn)科學(xué)專業(yè)名稱婦產(chǎn)科學(xué)專業(yè)名稱婦產(chǎn)科學(xué)專業(yè)名稱婦產(chǎn)科學(xué)研究方向婦產(chǎn)科超聲研究方向婦產(chǎn)科超聲研究方向婦產(chǎn)科超聲研究方向婦產(chǎn)科超聲學(xué)位類型專業(yè)學(xué)位學(xué)位類型專業(yè)學(xué)位學(xué)位類型專業(yè)學(xué)位學(xué)位類型專業(yè)學(xué)位所在學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院所在學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院所在學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院所在學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院二〇一三年二〇一三年二〇一三年二〇一三年六六六六月月月月山西醫(yī)科大學(xué)碩士學(xué)位論文目目目目錄錄錄錄英文縮寫詞表Ⅰ中文摘要Ⅱ英文摘要Ⅳ前言1正文3第一章研究對象與方法3第二章結(jié)果8第三章討論10結(jié)論14參考文獻(xiàn)15綜述17參考文獻(xiàn)22攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文情況25致謝26個人簡歷27
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簡介:本文針對微小結(jié)構(gòu)和器件對大范圍、高精度的坐標(biāo)測量方法和裝置的需求,研究了一種基于壓阻檢測原理的MEMS三維微觸覺式測頭,并基于納米測量機(jī)NMM構(gòu)建了相應(yīng)的幾何量測量系統(tǒng)。論文完成了以下主要工作1設(shè)計了一種采用由測桿和懸掛系統(tǒng)組成的壓阻式微觸覺測頭,并基于結(jié)構(gòu)矩陣分析和材料力學(xué)原理,創(chuàng)建了測頭的力學(xué)分析模型。計算了測頭的整體剛度、敏感梁的應(yīng)力分布、測頭靈敏度、變形范圍和線性范圍等參數(shù),建立了測端位移與壓阻敏感單元應(yīng)力變化之間的對應(yīng)關(guān)系;研究了測量過程中測頭和樣品之間靜態(tài)力、動態(tài)力等受測頭結(jié)構(gòu)參數(shù)和坐標(biāo)測量機(jī)運(yùn)動參數(shù)的影響機(jī)理;同時建立了測頭壓阻敏感單元的三維檢測模型,分析了敏感梁的應(yīng)力分布狀況,確定了壓阻單元的敏感方向、類型、壓阻數(shù)目、網(wǎng)絡(luò)排布方式和結(jié)構(gòu)尺寸。2建立了測頭有限元仿真模型并進(jìn)行測頭結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。模擬計算了測頭的應(yīng)力分布、剛度、機(jī)械強(qiáng)度、疲勞極限、共振頻率等性能參數(shù),選擇合適的測頭懸掛系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和測桿結(jié)構(gòu),并在工藝實現(xiàn)的基礎(chǔ)上,創(chuàng)新性地提出了微尺度下的測桿與中心連接體的定位和對準(zhǔn)方法和裝置,實現(xiàn)了測頭各單元之間的精密裝配;基于測頭力學(xué)模型確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的大概范圍,根據(jù)測頭的梁、中心連接體、測桿等結(jié)構(gòu)參數(shù)對性能影響程度,選擇了測頭各單元最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)形式和參數(shù);基于理論分析的結(jié)論,與優(yōu)化參數(shù)的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行了的比對和驗證。3研究了微觸覺測頭的工藝加工技術(shù)。設(shè)計了測頭懸掛系統(tǒng)的MEMS版圖,研究了加工過程中有關(guān)壓阻、凸角補(bǔ)償?shù)汝P(guān)鍵工藝,制定工藝流程,并與北大微電子所合作加工了測頭懸掛系統(tǒng);基于超精密加工技術(shù),實現(xiàn)了測桿及其頂端觸覺小球的制造,并根據(jù)NMM對測頭工作空間的要求,研究測頭的封裝方式和固定方法,實現(xiàn)和外圍處理電路的電連接。4開展了微觸覺測頭的性能測試。首次創(chuàng)建了基于NMM的微觸覺測頭的性能測試系統(tǒng),研究了壓阻檢測電橋輸出微弱電信號的濾波、放大等方法,設(shè)計了壓阻信號采集調(diào)理電路中及相應(yīng)的軟件功能模塊;開展了對測頭的線性、靈敏度、遲滯、和耦合特性的測試;利用精密壓電陶瓷驅(qū)動器,構(gòu)建測頭低頻振動測試平臺,考察和測量了測頭對低頻信號的響應(yīng)情況,分析了測頭性能的穩(wěn)定性。5結(jié)合NMM平臺,實現(xiàn)對被測結(jié)構(gòu)的三維高精度幾何量測量。通過給NMM引入微測頭輸出的反饋信號,實現(xiàn)NMM的運(yùn)動控制功能;利用NMM的計量學(xué)功能,實現(xiàn)了對被測物的高精度幾何量測量,通過對被測物的線掃描分析和表面形貌掃描,研究了測頭的掃描測量的性能;最后,分析了測量過程中測頭自重、磁性、振動等因素對測量過程造成的誤差影響。
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