针对厚度测量中对射激光束共线性的要求, 提出了一种基于双分光棱镜的传感器光轴空间位姿视觉检测方法。在分光镜坐标系下, 分析了单条激光束在组合分光棱镜中的光线传播和光斑变化规律, 建立了两条激光相对位姿与光斑中心点之间的数学模型。借助于棱镜坐标系和图像坐标系之间的转换关系, 可以根据四个拟合光斑中心坐标快速计算出激光束的相对位姿, 进而将激光束的共线测量转换为光斑中心坐标的拟合、对比问题。实验结果表明, 在传感器测量范围内, 该方法可以使两条激光束之间的夹角不大于0.17°, 距离不大于0.05 mm; 同时, 调整前后对量块的测量表明, 厚度测量误差由12 μm减小到4 μm, 间接验证了共线检测方法的有效性。所提方法实现了光束调整过程的数字化、可视化, 并且使共线性测量结果具有可溯源性, 有助于定量分析因两个激光传感器测量线不重合而引起的厚度测量误差。

为了实现对大型空心回转体厚度的测量, 提出了一种基于双激光位移传感器的非接触扫描检测方法。在回转体与双激光位移传感器相对位置未知的条件下, 分析了由回转体安装偏心以及传感器光轴与原点不共线时所引入的测量误差, 建立了双传感器信号与被测位置厚度之间的数学模型。并借助于相关理论相位差计算法、牛顿迭代法以及循环平移方法, 将实际厚度值从传感器信号中提取出来。对回转体厚度检测算法的仿真实验表明, 当检测信号中干扰分量的幅值不大于0.3 mm时, 算法检测厚度的相对误差总体保持在0.5%以内, 并将此作为调整旋转台转速的依据。分析实验测量数据发现, 两路信号的最大相对平移量为4; 通过对数据进行偏心补偿以及平移, 本厚度检测算法的测量重复性误差不大于0.05 mm, 可以实现在随机位置状态下对回转体厚度的高精度检测。

针对双激光位移传感器测量大型壳段厚度过程中噪声对检测精度的影响，提出利用变分模态分解来实现对厚度信号的自适应去噪，利用相邻固有模态函数之间的离散Hellinger距离来获取最佳的模态数。该方法将变分模态分解算法引入到激光信号的自适应滤波过程中，分析并改进了变分模态分解算法的过分解、欠分解以及能量泄露的问题。然后，对改进的变分模态分解与希伯特振动分解和自适应噪声总体集合经验模态分解进行性能对比，提出了固有模态函数的相对瞬时能量概率的概念。最后，结合离散Hellinger概率分布距离理论判断固有模态之间的信噪分界点，实现了对信号的重构及滤波处理。仿真和实验结果表明，该方法对壳段厚度信号处理的信噪比为39.27 dB，比自适应噪声总体集合经验模态分解方法提高了10 dB，具有良好的自适应性，无需先验条件便能快速有效地识别并分离激光信号中的噪声成分。

阀盖与阀座是构成燃气表计量误差的主要因素, 为定量评价燃气表阀气密性好坏, 使用激光三角位移传感器扫描二维气浮平台上气阀工作面的表面轮廓, 经高斯低通滤波后计算其表面粗糙度参数, 以判断燃气表阀气密性合格与否。结果表明: 合格与不合格燃气表阀表面粗糙度值存在较大差异, 激光三角法测量结果与触针式粗糙度测量仪测量值也存在偏差, 但不影响燃气表阀气密性合格与否的判断。通过测量燃气表阀表面轮廓可判断其气密性好坏, 为定量评价燃气表阀合格与否提供了科学依据。