近年来，伴随着现代工业的高速发展，非接触式测量技术受到越来越多的关注。激光多普勒振动测量作为一种干涉测量技术，能够适用于难以通过加速度计或其他表面接触传感器获得振动测量的应用场景。激光多普勒测振仪（LDV）自1983年诞生以来，凭借其高精度、高效率、便于携带等特点，逐渐成为目前应用最广泛的非接触式振动测量设备，被广泛应用于各行各业。本文在分析激光多普勒测振技术基本原理的基础上，介绍了近年来LDV在农业、生命医学、航空航天，以及建筑工程领域的应用。

为了对具有陡峭轮廓的物体进行非接触式表面粗糙度测量,常采用共聚焦成像对物体进行分层成像,进而重建出物体的表面三维轮廓,并采用高斯滤波的方法从表面三维轮廓中滤出粗糙度轮廓。在滤波过程中,会出现边界数据的缺失,常规的简单延伸原始轮廓两端数值的方法会导致滤波后的轮廓两端出现失真,该方法只适用于整体轮廓较为平缓的零件。引入了一种新的边界区域修正方法,该方法对表面弧度变化较大的零件也同样适用,能够准确提取物体的粗糙度轮廓。对整体轮廓较为平缓和陡峭的两组粗糙度样本分别进行共聚焦成像测量,对于整体轮廓较为平缓的样本,利用常规方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.080和2.86 μm,与该样本粗糙度值2.94 μm相比,相对误差为2.72%;利用边界区域修正方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.090和2.85 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为3.06%。整体轮廓较为陡峭的样本的粗糙度值为3.2 μm,利用常规方法处理后,得到的均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.120和3.31 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为3.48%;利用边界区域修正方法处理后,均方根误差和粗糙度的平均值分别为0.045和3.19 μm,与该样本粗糙度值的相对误差为0.31%。研究结果表明,该方法能准确地测量整体轮廓较为陡峭的物体的表面粗糙度,为激光共聚焦粗糙度测量设备的研制提供了参考。

表面粗糙度测量是评估零件表面特性的重要手段。经过二十多年的发展, 三维表面粗糙度逐渐成为反映工件表面特性的重要指标。本文总结并比较了接触式测量法、非接触式测量法和纳米表面粗糙度分析法中常用三维表面粗糙度的测量原理及特点。针对每种测量方法的发展现状, 本文讨论了其适用范围及局限性, 并指出了未来的发展方向。

针对汽车侧滑试验台动态检定和校准的实际需求, 研制了一种基于激光位移测量技术的非接触式汽车侧滑试验台动静态校准装置。所提装置采用非接触式测量方法, 利用了激光位移测量技术, 同时采用丝杠运动控制技术, 实现了侧滑量的非接触式测量, 可以对汽车侧滑试验台动进行动态校准和静态校准。有效溯源表明, 基于激光位移测量技术的所提装置完全达到并超过了JJG 908-2009 《汽车侧滑检验台检定规程》 对于标准器的计量技术指标要求。所提装置的使用及后续推广应用将有助于推动激光位移测量技术在高精度计量检测领域的应用, 具有较高的示范作用和应用价值。

利用激光鼠标的自混合干涉测量物体的低频振动, 在实际的测量中还原出振动波形, 节省了硬件成本, 降低了测量系统的复杂程度。使用高精度的商用测振仪来标定测量结果, 验证了实验装置的性能。实验结果表明, 可以正确还原出低频振动, 并且分析了可能出现误差的一些原因。

设计了一种由LED靶标、成像透镜及面阵CMOS组成的重载车辆车架形变测量系统,可用于导弹发射车发射架形变检测。在车体上搭建成像系统,通过监测LED靶标在CMOS上成像位置的变化得到车体在垂直于光轴平面内形变量大小,并实时将结果输出至上位机系统。实验结果表明,该系统能准确测量靶标点相对于成像系统的变化,具有精度高、实时性好等优点。

提出了一种利用表面刻有周期性规则图案的陀螺转子进行非接触式角度测量的方法，这种方法利用光电传感器读取陀螺转子表面的图案信息，从而实时测量陀螺转子的偏转角。介绍了这种测角方法的原理和测角装置的结构，并建立三维几何模型，详细推导了测角方法的角度解算算法，得到了陀螺转子在无偏转、一维偏转及二维偏转三种情况下的偏转角与光电传感器测得的陀螺转子表面图案信息之间的关系曲线或曲面。计算结果表明，两个正交方向的光电传感器共同探测,即可得到陀螺转子的偏转角及偏转方向，其结果唯一，且测角范围大于30°。该测角方法可用于静态测量和高速动态测量。

利用触针式轮廓法测量了天然高分子材料木材的表面粗糙度, 并对可见光－近红外光谱与实测表面粗糙度参数之间的相关性进行研究, 探讨了非接触式光谱法快速预测天然高分子材料表面粗糙度的可行性。 结果表明: （1）样品三个切面的可见光-近红外光谱（400～2 500 nm）均可预测样品表面粗糙度, 实测值与预测值相关系数可达0.92, 其中利用样品横切面光谱所建的模型效果最好; （2）在分段光谱400～780 nm, 780～1 100 nm, 1 100～2 500 nm, 780～2 500 nm, 400～2 500 nm范围内, 所建模型表面粗糙度参数的实测值与预测值相关系数可达0.80以上, 显著相关, 其中400～2 500 nm区域所建模型效果最好; （3）光谱预处理并不能提高模型预测效果, 建议利用可见光-近红外光谱预测天然高分子材料表面粗糙度时采用原始光谱数据。

高面形精度非球面加工，离不开面形测量和误差补偿加工。离线测量容易导致工件装夹误差，并带来非加工时间增加。为解决这一问题，采用一种利用接触式的微小测头与激光干涉位移测量计相结合的在位形状测量装置，直接对磨削后的工件表面进行在位形状误差测量。介绍了该在位测量方法的原理及非球面测量过程，探讨了回转对称轴在半径方向的误差与测头倾角误差对测量误差的影响，并进行了补偿加工实验。对加工后的微小非球面进行了在位测量，并与超精密离线测量系统测量结果进行了比较。