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。     

利用偏振光实现空间方位角的快速测量

为了实现上下不同平面内仪器方位角的快速测量,基于磁光调制和偏振分束构建了一种角度测量系统.根据偏振光的琼斯矢量描述方法推导出了系统的测角模型,并采用“差除和”的办法消除光源波动以提高测角精度.分析了渥拉斯顿棱镜的两路光信号透射比与入射角、方位角的关系及其对测量结果的影响,讨论了由双光路光电器件的光信号衰减、器件漂移和电路性能的不同带来的增益差异与测量结果的相关性.最后,提出了采用磁光调制的方法来消除两路信号的透射比系数和增益系数的差,从而提高仪器测量精度.实际系统测量实验表明:系统完成测角时间为15 s,在+8°～-8°内测角精度优于5″.结果显示该系统具有稳定性高、测角速度快、精度高等特点.     

基于虚拟双目立体视觉的空间圆柱轴线测量

为了精确获取空间中圆柱的轴向向量,基于虚拟双目立体视觉设计了以摄像机坐标系为测量坐标系的被动式线结构光平移扫描测量系统.探索出基于光平面旋转相交于圆柱三维点云进而判断圆柱轴向量的计算方法,通过三维点云投影到二维图像平面分析数据避免了求三维曲率,简化了计算量.通过对柴油机缸盖表面圆孔的测量试验表明该方法具有较高精度,且方法简单.     

锥齿轮齿距及齿形偏差测量与分析方法

研究了基于齿轮测量中心的锥齿轮齿距偏差和齿形偏差测量与分析方法及其实现技术。该方法应用齿轮啮合理论,根据锥齿轮齿面成形方法,建立了齿面几何参数计算模型;在齿面上建立测量网格,控制齿轮测量中心四轴运动使齿面和测头于测量网格点接触,采集实际坐标轴及测头读数;应用B样条法构造实际齿面,计算其齿形偏差。在此基础上,开发了基于哈量集团公司制造的390X系列齿轮测量中心的实现软件系统。30家锥齿轮制造企业实际应用表明,该软件系统为提高锥齿轮精度、减小齿形偏差提供了先进的测量与分析手段。     

燕尾滑块的测量

正燕尾滑块的形状和尺寸如图1所示,要求测量两个60°角,两个角度面对8H7孔中心平面的对称度及宽度尺寸20 mm。两个角度偏差为±2';两角度面对8H7孔的中心平面对称度为0.02 mm;宽度尺寸20 mm图样上虽然没有给出偏差值,但是该零件与其他零件有配合要求,所以这个尺寸的偏差也需要测量。由于该零件形状特殊,且精度要     

基于无衍射姿态探针和全站仪组合测量空间隐藏坐标

针对大尺度空间中构件特征隐藏区的空间坐标测量,提出了一种基于无衍射光束的测量探针,并将该探针与全站仪结合构成了空间坐标组合测量系统。介绍了探针姿态测量系统和组合测量系统的结构与原理。测量时,首先将探针测头接触于被测点,并用全站仪或激光跟踪仪瞄准探针的光学系统,测得探针的空间位置坐标。接着,使用探针将测距激光通过axicon透镜变换为无衍射光,并由CCD摄像机获得图像。由无衍射光的中心一对一映射激光的入射方向,通过无衍射光图像定中计算,获得探针的水平角和俯仰角。最后,通过电子倾角仪测得探针滚动角;联合测得各姿态角和位置坐标,通过坐标变换,计算得出被测点的空间坐标。实验显示,该探针的姿态角测量精度为1mrad,组合测量空间位置偏差为±1mm,表明基于无衍射光束的探针与全站仪所构成的组合测量系统可满足大尺度空间中特征隐藏区空间坐标测量的要求。     

随机模式投影双目测量系统中的单目测量方法

针对基于随机模式投影的双目立体测量系统的特点,提出了一种由单摄像机-投影器构成两个单目测量单元的测量方法。首先给出了一个简洁有效的标定算法,该算法只需从不同角度拍摄随机光场在普通白板上的图像（称为标定图像）,就可以标定纯随机模板上每一点经投影镜头发出的光线。无需标定投影镜头畸变,且精度不受投影镜头畸变的影响。然后将随机光场照射下的被测物体图像与标定图像进行亚像素精度的像点匹配,根据三角测量原理获取物体表面的三维点云数据。最后采用标准平面对该方法进行测量精度验证,并给出了具体的测量实例。实验结果表明：平面度测量精度为0.0175mm,不确定度<0.05mm(3σ)。由于采用单目测量单元进行测量时,空间一点无需在两个摄像机视场内均可见,因此避免了因局部高光、被测物体自身遮挡等原因引起的三维测量数据丢失,有效地弥补了双目测量系统的不足。     

一种新能源动力电池顶盖平面度检测方法研究

为实现车用电池顶盖等有平面特征的工件局部平面度在线检测,提出一种基于点云的局部平面度检测方法。首先用激光传感器获取目标点云,经聚类算法提取工件主平面法向量,根据法向量提供的倾角信息,对点云进行旋转,使点云倾角得到校正。然后,将旋转后的点云转换为灰度图,将其与标准灰度图进行模板匹配,获取待测件与标准件间的平移量和偏转角,完成点云校准。从已校准点云的指定区域截取点集,用最小二乘法进行平面度估计。该方法分别与迭代最近点法(ICP)以及三坐标测量机进行了电池顶盖平面度测量的对比实验。三者测量结果总体一致,但该法在耗时上至少减少62%。作为一种结构简单、高效可靠的技术手段,该方法在精密制造领域具有广泛的应用前景和参考价值。     

飞机三维姿态测量的角平分线方向向量法

基于交会测量提出了一种飞机三维姿态测量的新方法—角平分线方向向量法。对交会图像进行边缘检测和特征线提取,获得飞机两机翼边缘特征线上适当两点的坐标,经两次坐标转换到特定坐标系下;联合经纬仪参数及跟踪的俯仰、方位角,解算机翼边缘特征线在特定坐标系下的方向向量,利用飞机结构的对称性,在机翼特征线平面求解其两条角平分线方向向量;重构飞机中轴线及其同面垂线的方向向量;据此计算出飞机的俯仰、偏航和滚动三维姿态。利用两台光电经纬仪交会跟踪飞机的眼镜蛇机动飞行表明提出的方法稳定、实用,只要图像上机翼边缘线成像清晰,测量的姿态角误差不会超过1°。此方法不仅可为靶场光测设备跟踪图像的处理提供一种新途径,而且可为其他运动目标的姿态测量提供借鉴。     

基于六轴串联机械手的双向反射分布函数测量装置

由于现有的双向反射分布函数(BRDF)测量装置多为3轴系统,不能完全实现样品表面以上2π空间的全角度BRDF测量,本文研制了新型BRDF测量装置。该新型装置采用高精密六轴串联机械手作为待测目标的定位机构,使待测目标在测点进行三维转动;采用竖转台作为探测器探头的定位机构,使探头指向绕测点进行一维转动,从而形成4维转动以构建BRDF测量所需的4角几何关系。研制的装置可测量的入射和反射光束角度为:方位角0~360°、天顶角0~70°;光谱可扫描区350~2 500nm。BRDF测量过程由测控软件控制,可高精度、无遮挡、全自动、快速地构建BRDF测量几何关系,一次待测目标和探测器定位以及光谱扫描、传输、显示、存储平均用时约8s,测量不确定度优于2.5%(k=2)。     

周向磁巴克豪森噪声分布及平面应力测量

磁巴克豪森噪声对应力非常敏感,是一种操作便捷、检测灵敏度高、重复性好的原位无损应力测量技术,在残余应力测定、零部件应力集中区评价、结构承载应力评估中有广阔的应用前景。工程中铁磁性材料表面平面应力测量时最大主应力及其方向测量是一项亟待解决的难题,提出了一种基于周向磁巴克豪森噪声分布的平面应力测量方法,建立了求解平面应力张量的模型,实现了测量点任意方向的正应力和剪应力解调。实验验证了该方法的有效性,测量结果表明,当主应力大于50 MPa时,实测的最大主应力方向偏差为10°,最大正应力偏差为5 MPa,最大剪应力偏差为6 MPa,具有较高的测量准确度。     

Analysis of digitizing errors of a laser scanning system

The digitizing errors of a high-speed 3D laser scanning system are analyzed and characterized in this paper. As the laser scanner is an electro-optical device and based on the principle of optical triangulation, the measurement accuracy is affected by the measured part geometry and its position within the scanning window. Commercial laser scanners are often calibrated in the scanning plane to account for variation of the incident angle of the laser beam. The effects of the scan depth and the projected angle, characterizing the surface normal of the measured part external to the scanning plane, on the measurement accuracy are not considered in the standard calibration process and have been identified by experiments in the present work. Experimental results indicate that the random error of the scanned data is close to the nominal value provided by the manufacturer. The systematic error shows a bilinear relationship with the scan depth and the projected angle and has a maximum value of about 160 μm. The developed empirical model correctly predicts the systematic error with a maximum deviation of only 25 μm.     

三偏心蝶阀密封面在位测量的点云数据处理方法

三偏心蝶阀依靠蝶板和阀座密封面的充分面接触实现零泄漏的密封效果,而密封面的加工制造精度对密封性能有着至 关重要的作用。 现有的密封面测量主要依赖离线测量的方式,存在着测量基准不统一、二次装夹造成的测量误差等问题。 本文 提出了密封面精密在位测量技术以及原始点云数据处理方法。 针对被测密封面,提出波谷-聚类算法和考虑约束条件的法矢- 曲面拟合算法,得出密封面的关键参数和加工误差。 该算法较最小二乘法等算法在相对求解精度上提高了 60% 以上。 现场在 位测量的三偏心蝶阀密封面锥角与三坐标仪测量结果的相对误差仅为 0. 43% ,满足测量相对误差±0. 5% 的要求,密封面在位测 量技术的测量精度得到了有效验证,为今后高端阀门的精密测量提供了可靠的技术手段。     

基于光栅投影技术的刀具磨损三维特征提取方法

提出了利用激光光栅投影技术对硬合金刀具磨损图像进行检测的方法。利用采集待测物体栅线图样中未变形区域包含的相位信息,使用最小二乘迭代法将数据拟合,得到了理想参考面相位分布参数。由于不需另外采集实物参考面变形光栅图像,不仅减少了实物参考面的采集步骤,而且不需要对实物参考面相位进行求解。实验表明:该方法利用数控机床换刀间隙进行检测,实现了在线测量。同时,该方法测量磨损区域的最大宽度、最大面积、磨损区域的周长、z方向最大深度参数的标准差和相对精度都小于0.01,具有较好的三维形貌轮廓检测精度。     

“高分二号”上相机和星敏感器相对安装姿态的测量

为了精确测量"高分二号"(GF-2)卫星上相机和星敏感器的相对安装姿态,建立了一套高精度自动化测量系统。针对该系统研究了基于多传感器数据融合的高精度测量算法、基于理论安装数据驱动的自动测量模型、以及基于图像识别的立方镜法线搜索算法。该测量系统主要由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助准直的自准直经纬仪构成,通过融合精密转台的转动角度、自准直经纬仪的俯仰角和偏航角等数据计算被测设备安装姿态角度。测量时需先对系统进行标定,制定自动测量规划,然后通过电机驱动使设备自动到达预定位置和角度进行测量。若星上设备安装偏差较大导致被测对象超出自准直经纬仪测量范围时,可启动CCD相机对被测对象局部区域进行搜索识别,并引导自准直经纬仪实现精确准直测量。对测量系统进行了实验验证,结果显示:该系统姿态测量精度可以达到5″,与标准值比对最大偏差为4.1″;该测量系统已用于GF-2卫星的相机和星敏器相对姿态测量中,重复标准差最大为3.5″,满足GF-2对机上设备安装姿态测量精度的需求。     

二维合作目标的单相机空间位姿测量方法

针对空间交会对接的近距离位姿测量要求,提出了一种基于单目视觉的二维合作目标位姿解算算法。为方便空中移动平台的调整以满足特定的位姿关系,引入了一种新的姿态角定义方法,此方法定义的三个姿态角可以作为平台姿态调整的反馈量且不受旋转顺序的限制。平面模型相对于相机坐标系的三个姿态角和位置向量可通过平面单应矩阵直接导出。在测量实验中,算法基于DSP平台实现,合作目标由4个共面LED光源构成,测量值基准由高精度倾角传感器和全站仪获得。对空间位置变化范围为2m×2m,姿态角变化范围为-30°~30°的目标平面进行测量,结果表明,本算法可实现0.88%的相对位置定位误差和最大为0.996°的姿态角测量误差,且单帧算法的解算速度仅为0.25ms。     

基于轮廓法的金刚石线锯整周三维表面形貌测量和评价

针对毫米级尺度线径和微米级尺度磨粒的金刚石线锯整周三维表面形貌测量难以实现与定量评价问题,提出一种基于轮廓法的圆周扫描表面磨粒形貌测量与分析方法。通过显微测量系统沿周向扫描采集金刚石线锯对应的边缘轮廓图像序列,经图像处理后获得金刚石线锯整个圆周表面形貌的坐标点云,采用三次样条插值法对数据进行平滑处理,经圆柱坐标变换处理,可重构金刚石线锯三维表面形貌。在金刚石线锯常用评价参数基础上,提出基于扫描过程二维投影轮廓和三维重构形貌的综合评价参数。采用自行研制的测量系统,对两个规格的线锯（线径外径分别为0.250 mm、0.320 mm;磨粒粒径范围30~40 μm）进行测量和评价。试验结果表明：该方法无需多次拼接,就可完成金刚石线锯整周三维微观形貌测量,并能实现对线锯特征参数的全面评价,可为线锯本身制造及使用过程中的工艺优化提供更加客观的基础数据。     

对偶树复小波分析及其在楔横轧轧件缺陷检测中的应用

针对轧件内部微小缺陷可能出现漏检的现象,提出一种基于对偶树复小波变换（DT-CWT）的超声信号检测方法;通过构造新的对偶树复小波,并利用对偶树复小波的平移不变性,改进现有的基于常规离散正交小波变换的超声回波信号处理方法。试验结果证实了该方法的优点和有效性。     

Improved moving least squares algorithm for directed projecting onto point clouds

Directed projection is a key issue in many point-based techniques in geometric modeling, computer graphics, and computer vision. This paper proposes a new point-based directed projection method in the frame of moving least squares (MLS) projection where the reference plane is determined by approximating its normal using weighting least squares method, and the weighting value, on every neighboring points is determined according to the distance from the point to the projection ray. At every optimal step, the normal is calculated from updated neighborhood to relocate the reference plane, and check the variation in energy. The resulting solution is obtained with the local minima of the energy. Comparing with the existing directed projection algorithm, the proposed method is more robust and efficient, especially for the surfaces with complex profiles. To demonstrate the valid of the proposed approach and its application in part manufacturing, several numerical experiments have been presented and the results show that it is promising.