激光光斑位置精确测量系统

设计了一种激光光斑位置测量系统,用于提高激光照射器监测系统测量激光光斑位置时的测量精度.分别介绍了测量系统的组成及它们的信号连接关系.针对激光光斑图像采集过程中的后向散射现象,提出基于异步距离选通的激光后向散射抑制技术.为了克服大气湍流扰动对激光光斑成像的影响,利用改进的盲解卷积算法对激光光斑图像进行事后图像处理.最后,对光斑图像进行畸变校正,并利用高斯曲面拟合算法提取光斑位置.设计了若干仿真实验,并应用该系统处理了实际外场实验.结果表明,所设计的激光光斑位置测量系统的测量精度不超过0.3 pixel.     

基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量误差补偿

针对激光外差干涉仪测量过程中测量镜随被测对象旋转而导致的位移测量误差,提出了一种基于卡尔曼滤波的激光外差干涉位移测量补偿方法。根据测量镜转角和测量光束光斑位置变化对应关系,利用位置敏感探测器(PSD)和位置电压信号卡尔曼滤波方法测得降噪后的光斑位置变化,从而获得更为准确的转角测量结果,最后根据转角与位移的解耦数学模型利用测得的转角进行位移补偿。为验证滤波算法和位移补偿方法的可行性和有效性,搭建激光外差干涉测量实验装置,分别进行光斑位置稳定性测量实验、角度测量验证实验和激光外差干涉位移测量补偿实验。实验结果表明：经卡尔曼滤波降噪后系统装置测得的光斑位置抖动标准差从0.52μm降至0.18μm,测量的转角与索雷博六自由度转台的转角偏差在±1.38×10^-4°内,对M-531. DD线性导轨200 mm量程内的位移和转角进行测量,将测得的转角进行位移补偿后,系统的位移测量结果与M-531. DD线性导轨位移的标准差从1.55μm减小到0.29μm。     

光针轮廓扫描技术测量内螺纹曲面

分析了激光光针扫描在测量内螺纹曲面时的特性及影响精度的因素。根据光斑在被测面的噪声分布特点,采用中值滤波与小波阈值去噪相结合的综合滤波算法对光斑图像进行了去噪处理,其中中值滤波可以有效地消除光斑图像中的脉冲噪声,而基于小波变换的阈值去噪算法可以消除图像中的高斯噪声。通过综合滤波算法对光斑图像进行处理,可以有效消除激光光斑噪声,消除图像噪声对测量精度的影响,同时保持了光斑图像的细部特征。根据激光光斑图像在倾斜被测物体表面光强分布特点,设计了近似圆拟合算法来确定光斑中心,该算法相对传统算法具有计算量小、计算效率高,适合在线检测的特点,可以克服测量面倾斜对激光光斑中心的影响。利用采用上述方法的坐标机激光光针扫描系统,对标准内螺纹量规进行测量,对比应用前后的测量结果,螺距精度提高了0.48 mm,中径测量精度提高了0.44 mm,牙型角精度提高0.57°。     

起重机轨道测量激光光斑中心识别与定位算法

在轨道测量装置中,激光光斑中心检测算法的精度和速度直接影响轨道测量效果,传统的中心算法如灰度质心法、Hough变换等在检测精度或速度上存在不足。文中提出了一种基于高斯积分曲线拟合的光斑中心定位算法,在光斑降噪、特征增强的图像预处理基础上,插值拟合光斑灰度曲面,进行边缘计算、追踪及细化,得到光斑的像素级边缘点,计算其法向等距线及高斯积分拟合点,并通过贝塞尔曲面拟合其对应灰度值,再采用高斯积分曲线拟合得到亚像素级边缘点,对亚像素边缘点进行圆拟合方法最终确定光斑中心点。与灰度质心法、Hough变换椭圆中心法相比,此算法的拟合精度较高,抗干扰性好,达到了实验室环境下轨道测量的精度要求。     

轴系晃动与动态靶标精度检测

旋转动态靶标是用来检测大型光电经纬仪跟踪精度和动态精度的设备。为了得到旋转动态靶标轴系晃动与精度的关系,利用旋转向量与坐标系变换理论分析轴系晃动对靶标高低角和方位角的具体影响,并对其误差进行分析。由于靶标的动态精度目前还没有设备能够检测,只能根据分析的结果,用自准直仪对静态的轴系晃动进行测量,然后标定静态的精度,验证了静态轴系晃动对靶标的影响与理论计算值一致性很好,然后通过测量靶标动态的轴系晃动来修正靶标的动态精度。     

基于FPGA脉冲计数的瞬时角加速度测量系统

设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)脉冲计数原理的瞬时角加速度测量系统。该系统可以跟踪测量转轴的瞬时角加速度,且能够补偿因编码器原理、工艺和安装偏差产生的周期性非线性系统误差,从而显著提高测量精度。该系统利用FPGA高速并行的特点,采用乒乓流水线采集机制,对磁旋转编码器的输出脉冲进行精确实时测量,在校正过程中通过计算测量波形相对于理论波形的偏差特征值来拟合出补偿系数,实现在测量过程中对瞬时角加速度测量误差的补偿。实验表明：该系统具有高精度和高分辨率,可以有效补偿由旋转编码器波形偏差而导致的瞬时测量误差,提高测试精度。     

一种大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量方法

文中以一种大型齿轮为研究对象,提出了基于激光跟踪仪的测量齿距偏差和齿距累积偏差的相对测量法。与常规的测量方法相比,该方法扩大了大型齿轮齿距偏差和齿距累积偏差的测量范围。文中论述了相对测量法的原理,推导了齿距偏差和齿距累积偏差的计算模型,解决了大型齿轮齿距偏差和累积偏差的测量难题。该测量方法可以有效评估齿轮齿距偏差和齿距累积偏差,其测量系统精度可达到0.01 mm/m。     

一种大长度轨道直线度的测量方法和装置

以起重机轨道作为研究对象,研究了一种高精度、可自动化测量和实时在线分析的大长度轨道直线度的测量方法和装置。该方法利用准直激光束作为直线基准,携带光斑位置探测装置的小车行走于轨道上并根据激光光斑位置确定轨道测量点的偏差参数。光斑位置探测装置由一个接收屏、光路成像系统和一个二维PSD组成。针对300m长的起重机轨道的直线度测量,分析了装置的测量原理、数据处理方法,以及控制系统结构。并通过精度分析和误差评估证明了该方法和装置的可行性,仿真计算结果表明其原理误差仅为10-5mm数量级,完全符合大长度轨道的测量要求。     

串联机器人标定系统的坐标系快速转换方法

针对串联机器人标定系统中的工业机器人基座标系{B}与激光跟踪仪测量坐标系{T}的转换问题,提出一种融合多点拟合法和轴线矢量测量法的坐标系快速转换方法。该融合坐标系快速转换方法首先利用轴线矢量测量法获得旋转矩阵R,然后利用多点拟合法获得位移矢量T,进而得到坐标系转换矩阵BTR。试验结果表明该融合坐标系快速转换方法的测量时间比多点拟合方法减少了184.68s,但综合RMSE(Root mean squared error,RMSE)增加了0.215mm;相比于基于关节圆交点的坐标系转换方法,该方法的综合RMSE降低了0.626mm,测量时间仅增加了51.26s;相比于基于平面拟合转换法,该方法的综合RMSE与测量时间分别降低了2.790mm和120.0s。因此,该融合坐标系快速转换方法的转换精度远优于基于轴线测量的坐标系转换方法,相比于多点拟合法具有相近的转换精度和更好的测量效率。     

同轴度同步旋转测量的空间投影解析

研究了国际上同轴度准直测量的专利发展状况。在这些专利材料研究的基础上,对2轴三维空间准直测量建立数学模型,用三维空间的思想来描述一个运动的准直激光在一个同步旋转轴的垂直二维平面位置测量装置上的投影,解决同轴度测量空间解析问题。通过试验检测同轴测量空间坐标的位置变化。原来的激光光斑在从动轴垂直平面中为椭圆曲线,在位置检测器件坐标中曲线也发生了改变,并且展示了角偏差变化和轴心的位置变化对曲线的影响。