张白

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北方民族大学  测控技术与仪器系副主任

研究领域：本人研究领域主要为现代精密测控技术与仪器相关领域，特别是对多自由度齿轮快速测量新原理、基于点云匹配的特大型工件测量方法、齿轮误差三维评定方法、特大型齿轮激光跟踪在位测量方法、基于光臂放大式高精度角度传感器、基于光臂放大式高精度长度传感器进行了深入研究，下面分别对其进行介绍。 （1）多自由度齿轮快速测量新原理 当前齿轮现场快速测量技术采用传统Gimbal多维测量结构，该结构复杂， 测量过程存在双齿轮副啮合，测量过程需要特殊齿轮等弊端。多自由度齿轮快速测量新原理在传统齿轮双面啮合测量原理的基础上，研究齿轮啮合理论，对传统Gimbal 多维测量结构进行了原理创新，设计了新型多维测量结构，将测量传感器内置于标准齿轮轴系内部，通过轴系内部倾斜与锥度信息提取被测齿轮齿向倾斜偏差与锥度偏差。多自由度齿轮快速测量新原理是在新型多维测量结构的基础上建立的，该原理取消了传统Gimbal 结构，避免了该结构存在的诸多弊端，为齿轮现场快速测量提供有效的技术解决方案。 （2）基于点云匹配的特大型工件测量方法 特大型工件共同的特点是工件尺寸大，重量大，现有测量仪器无法满足其测量量程的需求。目前最新的特大型齿轮测量技术采用激光跟踪在位测量技术实现特大型齿轮测量，该方法通过激光跟踪仪定位特大型齿轮与小型坐标测量机之间的位置关系，然后通过小型坐标测量机实现特大型齿轮的局部测量。但该方法需要借助于数百万激光跟踪仪，且系统测量效率低，难以推广。为此申请人提出基于点云匹配的特大型工件测量方法，利用小型悬臂坐标测量机分段测量特大型齿轮，通过点云数据匹配与数据拼接技术将分段测量数据变换至同一坐标系下进行数据处理与误差评定。 （3）齿轮误差三维评定方法 为降低测量仪器定位误差对齿轮误差评定的影响，提高齿轮测量仪器的测量精度。申请人通过分析传统齿轮二维评定方法的弊端，提出将齿轮误差评定从二维评定模式转变为三维评定模式。该评定模式不再要求齿轮各项误差测量点位于特征面内，实现了三维空间内的齿轮误差测量与评定。为提高齿轮三维误差评定算法的效率，通过螺旋降维方法将三维数据降至二维数据，再对二维测量数据进行各项误差的评定。 （4）特大型齿轮激光跟踪在位测量方法 特大型齿轮尺寸大，重量大，现有测量仪器无法满足其测量量程与精密测量的需求。特大型齿轮激光跟踪在位测量系统整合了激光跟踪仪的大尺寸测量能力和三坐标测量机的高精度，采用激光跟踪仪建立齿轮工件坐标系和三维测量平台坐标系，通过激光跟踪仪坐标系将齿轮工件坐标系与三维测量平台坐标系关联起来，并建立了相应坐标系的拟合模型及算法。同时，建立了三维测量平台的姿态调整模型，通过姿态调整机构完成了三维测量平台的姿态调整，进而确保三维测量平台与齿轮轴线的位置关系满足要求。实验结果表明: 特大型齿轮激光跟踪在位测量系统原理正确可行，满足6 级以下特大型齿轮的精密测量。 （5）基于光臂放大式高精度角度传感器 为实现角度的精密测量，避免现有光栅式传感器光刻工艺的局限。申请人提出了基于光臂放大式高精度角度传感器，该角度传感器包括激光源，用于发射激光束；反射部件，反射部件用于安装被测物体，反射部件可旋转并且设有至少一个反射面，反射面用于将激光源发射的激光束进行反射；光电探测器，用于接收反射部件的反射面反射后的激光束；处理系统，将光电探测器所接收到的激光束位置变化值换算成反射部件的旋转角度值。该角度传感器通过将反射部件安装在待测物体上，激光入射到反射部件的反射面表面后反射到光电探测器元件上，通过测量光电探测器的感光位置变化来计算对应角度的变化值，该传感器结构简单，适用于测量小角度待测物体旋转角度，易于实现批量制造。 （6）基于光臂放大式高精度长度传感器 为实现长度的精密测量，避免现有光栅式传感器光刻工艺的局限。申请人提出了一种新型光臂放大式高精度长度传感器及测量方法，该长度传感器包括：激光束一、激光束二；反射部件，反射部件上设有用于反射所述激光束一、激光束二的若干个反射面，每个反射面截面为凸起形状，所有反射面首尾相连构成反射面阵列；光电探测器一用于接收激光束一在反射部件上反射后的激光束并显示其反射位置；光电探测器二用于接收激光束二在反射部件上反射后的激光束并显示其反射位置；处理系统根据光电探测器一接收到的激光束一的位置变化值和光电探测器二所接收到的激光束二的位置变化值，处理得到被测物体位移量。该新型光臂放大式高精度长度传感器结构简单，适用于被测物体位移连续变化的测量，可靠性好，精度高，易于批量制造。

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