基于互相关法的超声波高精度回波定位方法研究

为了解决传统的互相关算法没有自适应特性且运算量较大的问题,以提高超声波测距的精度,分析了不同距离下的超声波回波信号的强度和持续时间,并结合了换能器的振动特性和声波的衰减特性,提出了一种精确定位超声波回波位置的算法。首先,采用改进的互相关算法,确定了回波起始位置的范围,再进一步比较了回波信号各个周期的方差特性,最终得到了回波信号前沿的起始位置;通过模拟仿真验证了该定位算法在低信噪比环境下的适应性,通过实际的测量实验验证了该算法的测量精度。研究结果表明:在3 000 mm实测范围内,采用了该算法的超声波测距系统,其绝对误差1.3 mm,标准偏差≤0.097 mm,可满足大部分工业测量需求。     

超声波三维位置坐标跟踪器设计原理及其误差模型的研究

本文讨论了一种用超声波测距原理实现运动物体３Ｄ位置坐标跟踪器的设计原理,针对超声波探测技术所固有的特征,深入分析了传感器物理参数对该系统测量范围的影响,建立了测量的误差模型,提出了具有实用价值的求解方法和坐标跟踪器关键硬件参数的选择依据。     

基于信号强度与超声波测距的室内定位系统

基于射频信号强度及超声波测距原理,提出了一种射频与超声结合的室内网格定位方法与系统。定位区域划分为N个块,每个块由M个方格组成。每个块的中心以及每个方格的4个角上均安装1个带有无线通信功能和可测出信号强度的超声波测距模块构成的定位基点。移动目标首先向每个块的中心定位基点读取信号强度值,根据信号强度值确定出移动目标在哪个块内,然后对这个块的各定位基点发送同步信号和超声波,得该块各定位基点的超声波测距值,这些距离值经移动平均滤波法滤波后,计算出移动目标在定位区域内的精确坐标。移动目标将计算出的坐标数据通过无线通信上传到上位机显示、处理及保存。实验结果表明,显著降低了能耗,且定位偏差不大于5 cm。     

基于超声波原理的直升机驾驶员头部位置检测方法研究

超声波测距是一项价格实惠的非接触性技术,利用超声波测距原理实现驾驶舱中驾驶员头部位置的检测。首先介绍了测量系统的工作流程,然后阐述了测量装置的组成并提供了三维坐标的计算方法,最后建立了测量装置的检测精度及测量范围的测试平台。     

经济型大尺寸激光自动坐标测量系统

利用手持式激光测距仪和二轴转台,设计了一种经济型大尺寸激光三维自动测量系统,用于船舶等大型工件的现场测量.介绍了系统的测量原理和主要组成部分,系统无需合作目标,在计算机的控制下自动对目标进行测量来获得相对系统的三维坐标数据.分析了系统的主要误差对测量结果的影响,完成了主要误差的提取实验.最后,利用激光跟踪仪对系统测试水平两点间的距离的测量精度进行了评定,并对船分段模型进行了测量实验.实验表明,该系统对水平放置物体的两点间距离的测量精度达到了1.73 mm,对船分段模型的平行平面之间的距离测量精度达到了1.5 mm.由于系统构成简单,硬件成本较低,测量精度较高,测量速度大约为1 point/s,非常适用于船分段的测量.     

三坐标测斜面孔时坐标投影偏差及不确定度

结合面投影和坐标平面投影两种投影原理,应用FARO和ZEISS两种三坐标测量机对磨刀机外壳上的斜面孔进行测量,观察被测孔的尺寸和坐标位置偏差,并对被测孔的圆度和测量平面的平面度误差所产生的不确定度进行分析。结果表明,两种途径测量偏差合理,满足定位误差及形状误差产生的不确定度的要求,为利用三坐标测量合理建立零件逆向CAD模型提供了依据。     

双振镜点扫描三维形貌测量系统

针对远距离大尺寸物体三维形貌测量的要求,设计并实现了基于激光三角法原理的双振镜点扫描三维形貌测量系统。介绍了系统的结构和测量原理,并对系统进行建模,推导了被测物体表面测量点的三维坐标计算公式。构建了原型系统,利用专用的二维平面靶标在测量空间内自由摆放数次,根据靶标上特征点及其像点间的位置关系,以坐标系转换为基础实现了测量系统结构参数的现场标定。利用李萨如图扫描模式分别对靶标平面、已知直径的球面及石膏像自由曲面进行了测量实验。结果表明,测量距离1m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为0.70mm,球面直径测量误差均值为0.51mm;测量距离10m处,测量点到拟合平面的距离误差均值为17.85mm。该系统可用于远距离大尺寸物体表面的三维形貌测量。     

距离法运动目标激光跟踪测量系统的研究

运动目标空间位置坐标激光跟踪测量是计量测试领域的前沿课题。该测量系统集激光干涉测距、光电检测、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体 ,对空间运动目标进行跟踪并实时测量其坐标和姿态。采用多个激光干涉仪进行冗余设计 ,仅通过测量距离的变化量而不需要测量角度量 ,就可以通过解最小二乘方程组计算出被测点的坐标。文中论述了纯距离法跟踪测量的数学模型、系统的光路设计以及基于 PID控制方法的跟踪控制系统 ,并完成了平面内运动物体的跟踪及测量可行性实验     

一种用于观测北极海冰侧边界融化的水下超声波测距系统

为了获取北极海冰融化速率以及侧向剖面的声-光反射特征,文中设计了一种基于超声波传感器的水下测距系统。该系统通过RS485总线与水下超声波传感器传递数据,利用SD卡存储数据并通过SBD数传终端上传数据至绑定邮箱。文中首先了介绍了仪器的设计原理、硬件设备以及软件系统,随后在封闭实验室环境下进行了水下测距实验,其最大误差为5 mm,与实际测量值相比具有良好的一致性。为了验证系统的性能,在融冰期的乌梁素海区域进行了水下测距实验,并与人工实测距数据比较,实验结果表明,超声波水下测距平均绝对误差为14 mm,符合实际应用要求。     

采用光学定位跟踪技术的三维数据拼接算法

为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系为全局坐标系,获取平面靶标上特征点的三维全局坐标,求得测量坐标系到全局坐标系的转换矩阵,将测量传感器在不同位置下所测的各子区域的三维数据统一到全局坐标系下,完成大型自由曲面的全局测量。对平面靶标上100个点进行两次测量,实验结果表明：单次测量精度为0.08mm,拼接均方误差小于0.237mm。该方法操作简单、可行,能满足一般的精度要求。     

一种高精度解包络超声波测距方法

基于超声波渡越时间法的测距原理,提出一种新的渡越时间处理方法。采用三段式正反向交替的瞬态脉冲激励方式,得到具有振动反向的过渡谷点特征的超声接收信号。对该信号进行移动正弦拟合,提取出包络曲线,并通过包络曲线上找过渡谷点,根据过渡谷点的位置与实际距离之间的线性关系,计算测量距离。介绍了以单片机实现该方法的超声测距系统。结果表明:采用这种测距处理方法可以明显提升测量精度,在3～800 mm范围内测量精度优于1 mm。     

平面全向超声波测距模块优化设计

为了解决超声波换能器在室内定位系统中不利摆放的问题,利用超声波良好的方向性及其易于放射的特点,通过在其上方加装具有确定角度的超声波反射锥,反射超声波而得到水平面内环状传播区域,从而达到平面内全向测距定位的效果。结果表明,模块测距效果提升明显,可组网进行定位,对平面全向定位系统的研制有工程实际意义。     

一种线结构光自扫描测量系统的研究

为了实现对复杂自由曲面的快速精确测量,提出了一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全视觉自扫描测量系统。该系统利用光学三角法确定了一种新的测量物体表面三维坐标的方式。基于该方式,此测量系统使用平面靶标实现了对摄像机内部参数的标定,借助振镜转动驱动激光平面完成了对摄像机视场内被测物体的扫描,最终根据激光平面方程和计算机二维平面图像信息获得了被测物体的三维数据。试验结果证明,该系统能以较快速度实现自由曲面的精确测量。     

基于液晶靶标的多CCD线结构光测量系统全局标定

为了在多CCD线结构光测量系统中进行精确快速的全局标定,研究了一种基于液晶平面靶标的多CCD全局标定方法。首先,将液晶靶标放入光平面中,在靶标上显示一系列特征点,各个CCD同步采集。然后,通过时间序列对应特征点的图像坐标与靶标坐标,建立起像平面与靶标平面间的非线性模型。最后,对形位关系已知的标准块进行测量,利用标准块的形位关系对像平面与靶标平面间的非线性模型进行优化,得到像平面与光平面间的映射关系,完成多CCD的全局标定。利用优化后的标定结果进行测量,在自由曲面类物体的测量中三个摄像机的数据拼接精度高,对标准块上特征点距离测量的绝对误差为0.2mm,角度测量的绝对误差为0.2°。方法快速简便,适合现场操作,已在多CCD线结构光测量系统中得到了实际应用。     

基于捕捉技术的超声波测距系统设计

介绍一种高精度非接触式测距方案,从软、硬件两方面阐述了系统的组成和功能。在介绍超声波测距的原理和分析影响超声波测距精度原因的基础上,以C8051F020单片机为控制核心,结合Parallax 28015超声波传感器,利用单片机内部PCA输入捕捉功能,测量回波时间;同时采集温度传感器信号对声速进行温度补偿,完成了现场距离的精确测量,有广泛的应用价值。     

采用红外扫描激光与超声技术的室内空间定位

为了解决当前定位方法无法兼顾高精度、高集成度、多任务性、实时性测量的问题,提出了一种基于激光测距原理的室内空间定位系统。该方法通过单台测量基站向被测空间内发射旋转扫描红外激光信号以及超声脉冲信号,采用旋转扫描红外激光形成多平面约束,采用高精度超声测距形成距离约束。然后,将多平面约束与距离约束相耦合,得到测量靶标的非线性约束方程组。最后,利用非线性最优化算法解算得到测量靶标的精确空间坐标。该方法仅采用单台测量基站即可完成全周向、多任务实时性的空间测量与定位。采用激光跟踪仪系统作为比对基准验证了本方法的测量精度及可靠性。结果显示,在5m的被测空间内,其定位测量误差在0.3mm以内,可满足大多数工业测量应用场合需求。与传统的室内定位方法相比,本方法极大地提高了测量系统的集成度以及测量效率,为全站式空间定位方法提供了新的思路。     

虚拟现实系统头盔与数据手套的三维精确定向与定位系统与设计

讨论了一种新型的基于超声波测距的高精度三维定痊定向系统的原理与设计。这种三维定位定向系统采用波头计数与零交叉点检测的方法来提高超声波测距精度,并通过三角形方法来实现三点所在平面的位置与姿态。     

一种简易超声波测距装置的设计与实现

近年来,非接触测距方式发展迅速,超声波测距是非接触测距方式的一种,因其精度高、成本低、性能稳定而备受青睐,在车辆定位、机器人避障等领域应用广泛。设计了一款简易的超声波测距装置,采用STM32单片机为控制核心,采用HC-SR04超声波模块作为距离感应模块,并通过OLED将采集的数据实时显示出来。经过绘制电路原理图、搭建实物装置、编写程序、调试等工作,最终完成了实物设计工作,实现了对距离的测量。     

基于超声波的工件内层表面加工质量的检测

超声波在传播过程中，反射波的时间差与被测量物体的厚度成正比。采用超声波反射波脉冲信号的时间差，来检测工件涂层后内层表面的加工质量，并根据扫描工件表面的测量数据，在计算机上进行三维成像。因此，采用超声波反射波脉冲信号可以完成工件内层表面加工的测量与监测。     

基于单目视觉和激光测距仪的位姿测量算法

基于单目手眼相机和激光测距仪,提出了一种尺寸未知的空间矩形平面的位姿测量算法.该算法不需要知道矩形平面的4个顶点的物体坐标,只需要知道它们的图像坐标、激光点的图像坐标和激光测距结果,就能够计算出尺寸未知空间矩形平面在相机坐标系下的位姿,并且计算出矩形平面的尺寸.通过建立单目手眼相机和激光测距仪的数学模型,对该算法进行了验证.实验结果表明,该算法是有效的,可以应用于机器人对空间物体的跟踪、定位以及抓取.