微小磁性零件装配设备自动标定及误差补偿

为了实现微小磁性零件装配设备的精密装配任务,弥补加工误差和安装误差带来的系统精度损失,提出了一套自动标定及误差补偿方法。依照设备布置形式建立了不同模块的坐标系,提取影响装配精度的全部误差参数。根据导轨的位置关系建立了模块之间的运动转换模型,进而推导出基于装配任务的误差补偿模型。以设备中的机器视觉系统作为测量工具,同时设计专用标定板。通过观察各模块运动前后特征点的坐标变化对误差参数进行测量和辨识,并使用粒子群算法对参数进行了全局优化。基于开发的自动标定软件,在装配区域进行了标定和验证实验。实验结果表明,补偿后的系统开环控制精度在6μm以内,满足设备的装配精度需求。该方法为微小零件装配设备提供了自动化、高精度和高效率的标定方案。     

线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法

线结构光三维视觉与三坐标测量机(CMM)测量系统的集成能够实现对复杂零件表面快速高精度的测量。系统的标定是实现集成测量的关键步骤,包括摄像机内外参数标定,光平面结构参数标定和两个测量系统测量坐标的全局统一。提出了线结构光与CMM集成测量系统一体化标定方法,首先采集多幅不同位姿下带有光条纹的2D靶标图像,然后利用CMM接触测头测量得到某一位姿2D靶标角点在CMM坐标系下的世界坐标,利用交比不变原理求取靶标上特征点的三维坐标,进而求取线结构光视觉传感器测量参数和线结构光传感器测量数据到CMM坐标系下的转换矩阵,实现一次数据采集完成集成系统所有测量参数的标定,标定方法简单且精度和效率较高。     

基于共面点的多视觉测量系统的全局标定方法

本文提出了一种基于共面点的世界坐标唯一全局标定方法,利用激光跟踪仪在现场构建系统总体坐标系,通过拟合基准面来设置共面标定点,系统中各摄像机传感器直接获得标定点的图像,从而实现了各局部相机的全局标定,不需要中间坐标系的转换,避免了多次坐标转换带来的精度损失,标定过程简单。通过在实际的由多个高速视觉传感器组成的飞行器外部姿态测量系统中进行标定实验,在测量范围较大的情况下,系统精度的均方根误差不超过0.8mm。 关键词：全局标定 视觉测量 激光跟踪仪 共面点     

复杂曲面测量机器人运动学分析及测量路径规划研究

以往的机器人测量系统基本上都是通过手眼标定来提高系统的精度,受各方面的影响因素较大,提出一种利用IGPS来实时获取工业机器人末端测量传感器在全局坐标系下的位置,通过轨迹规划技术保证测量轨迹时刻和被测工件表面法向相一致,为复杂零件的深孔形貌测量及基于全局位置的点云拼接奠定了基础。分析了测量机器人的运动学关系,通过仿真和实验验证了轨迹规划的正确性。     

双摄像机双光源视线追踪系统标定方法研究

针对现有平面镜反射标定方法的不足,提出了一种基于多摄像机全局标定的视线追踪系统标定方法.通过在屏幕对面放置一对标定摄像机与系统摄像机构成多摄像机系统,标定摄像机直接拍摄标定目标,测量系统摄像机、光源和屏幕之间的空间位置关系.通过多摄像机全局标定确定系统摄像机和标定摄像机的坐标转换关系.通过坐标转换最终标定出系统摄像机坐标系中摄像机、光源、屏幕的空间位置关系.该方法解决了屏幕和光源不在系统摄像机视野范围内的问题,减小了图像误差.系统标定结果验证了该方法的有效性,同时为其他同类系统标定提供了一种解决问题的思路.     

足部三维测量系统中CCD传感器的全局标定

介绍了足部三维形貌测量系统的原理以及利用测量系统已有的一维运动机构和专用标定组件对测量系统所有CCD进行全局标定的实用方法。建立了基于光平面坐标系、标定坐标系、一维运动机构坐标系和CCD图像坐标系的测量系统模型;在测量系统一维运动机构的控制下,光平面分别对标定组件中两个斜面进行扫描,求取两个斜面上扫描线在光平面坐标系中的交点坐标,并根据光平面坐标系中交点坐标和CCD图像坐标系中交点坐标的对应关系,采用坐标映射方法建立光平面与CCD图像坐标系之间的坐标转换关系;确定了基于坐标系之间转换参数的优化目标函数,并根据标定块的标称值和实际测量结果,利用POWEL直接优化方法对坐标系之间的转换参数进行了优化。测量结果表明,单个CCD重复测量误差＜0.062 5%;4个CCD测量值相对误差＜0.365%。实验结果表明,所述全局标定方法减小了一维运动机构、光平面和足支撑玻璃平板之间安装调节误差以及CCD等器件非线性带来的影响,且简便、实用、不需要其它精密标定仪器,可以对测量系统进行现场标定。     

基于双目视觉的零件位姿测量系统研究

在机器人自动加工系统中，针对待加工零件存在体积大、异形等导致工件难以精确定位的问题，提出了一种基于双目视觉的零件位姿测量系统。在该位姿测量系统中，通过在待加工零件上放置不等腰直角三角形参照物的方法来对其进行局部双目拍摄。对拍摄后的图像采用Harris角点特征检测参照物角点并匹配，进而求解参照物的角点世界坐标，然后通过坐标变换完成对待加工零件的初始位姿测量。并建立了位姿测量系统的数学模型，通过MATLAB语言编写了位姿求解计算程序。最后搭建了位姿测量系统实验平台，联合C#语言设计了一款零件位姿测量系统软件，并进行了位姿测量实验。本视觉系统相对于市场上机器人加工系统中的视觉系统成本很低。实验结果表明该系统能够有效求解待加工零件的位姿，为修正机器人加工系统中的加工轨迹提供了技术支持。     

基于双目视觉的零件位姿测量系统研究

在机器人自动加工系统中，针对待加工零件存在体积大、异形等导致工件难以精确定位的问题，提出了一种基于双目视觉的零件位姿测量系统。在该位姿测量系统中，通过在待加工零件上放置不等腰直角三角形参照物的方法来对其进行局部双目拍摄。对拍摄后的图像采用Harris角点特征检测参照物角点并匹配，进而求解参照物的角点世界坐标，然后通过坐标变换完成对待加工零件的初始位姿测量。并建立了位姿测量系统的数学模型，通过MATLAB语言编写了位姿求解计算程序。最后搭建了位姿测量系统实验平台，联合C#语言设计了一款零件位姿测量系统软件，并进行了位姿测量实验。本视觉系统相对于市场上机器人加工系统中的视觉系统成本很低。实验结果表明该系统能够有效求解待加工零件的位姿，为修正机器人加工系统中的加工轨迹提供了技术支持。     

基于双目视觉的零件位姿测量系统研究

在机器人自动加工系统中，针对待加工零件存在体积大、异形等导致工件难以精确定位的问题，提出了一种基于双目视觉的零件位姿测量系统。在该位姿测量系统中，通过在待加工零件上放置不等腰直角三角形参照物的方法来对其进行局部双目拍摄。对拍摄后的图像采用Harris角点特征检测参照物角点并匹配，进而求解参照物的角点世界坐标，然后通过坐标变换完成对待加工零件的初始位姿测量。并建立了位姿测量系统的数学模型，通过MATLAB语言编写了位姿求解计算程序。最后搭建了位姿测量系统实验平台，联合C#语言设计了一款零件位姿测量系统软件，并进行了位姿测量实验。本视觉系统相对于市场上机器人加工系统中的视觉系统成本很低。实验结果表明该系统能够有效求解待加工零件的位姿，为修正机器人加工系统中的加工轨迹提供了技术支持。     

接触式激光传感器集成测量方法的研究

利用光学测量传感器与接触式传感器集成方法,建立多轴测量系统,是以航空发动机叶片等为代表的重要零件型面几何精度检测的发展方向。针对“接触-非接触”复合测量传感器集成测量问题,提出了复合测量传感器标定及其空间位置关系的建立方法,结合自主开发的四轴叶片测量系统和测量软件,开展了叶片截面封闭曲线测量,并验证了该方法的可行性。     

基于对偶四元数的机器人基坐标系标定方法研究

针对借助激光跟踪仪标定机器人所涉及的坐标系统一问题,对基于空间几何法拟合建立的基坐标系与机器人理论基坐标系的转换关系进行了研究,提出了一种基于对偶四元数法的机器人基坐标系标定方法。利用指数积公式推导了七自由度串联机器人正运动学,建立了基于对偶四元数表示法的机器人基坐标系标定模型,该模型将拟合建立的基坐标系与机器人理论基坐标系之间坐标转换的旋转与平移过程进行了统一描述。研究结果表明,该标定方法可一次性计算出标定方程的旋转部分和平移部分,避免了传统位姿分步计算过程中的误差传递,直接提高了标定精度。这些结论可对于类似机器人手眼标定、多机器人协作基坐标系标定问题提供参考。     

构建虚拟立体靶标的大视场高精度视觉标定

为了提高立体视觉系统在大视场下的测量精度,基于误差溯源思想提出了一种构建虚拟立体靶标的大视场高精度视觉系统标定方法,克服了大尺寸高精度标定物难以制造等问题。对影响立体视觉系统测量精度的主要因素进行分析,列出视觉测量系统的误差溯源链,解析了大视场视觉系统精度瓶颈的原因。借助激光跟踪仪,运用非线性最小二乘单位四元数算法求解坐标系刚体变换,获取大范围高精度的空间点阵,构建虚拟靶标。在相机畸变模型中考虑了三阶径向畸变和二阶切向畸变参数,并使用Levenberg-Marquardt迭代算法进行标定参数求解,进一步提高系统精度。实验构建了一套测量空间约为4m×3m×2m的双目立体视觉系统,通过对某型号高精度直线导轨进行点距测量,在测量距离3m处,152组不同长度的横向距离测量的误差算术均值为-0.003mm,误差标准差为0.08mm。测量精度相较于传统的平面标定法有较大提升。     

基于差分进化算法的手眼标定方法

针对眼在手机器人视觉系统的手眼标定问题，提出了一种基于差分进化算法的手眼标定方法。首先建立了眼在手机器人视觉系统手眼标定的数学模型，通过李群李代数理论，将手眼标定问题转化为误差函数的优化问题，同时保证了优化问题的最优解落在特殊欧氏群ＳＥ（３）上。通过差分进化算法对优化问题进行求解，避免了求解过程中的局部最优问题。最后在实物平台上进行了手眼标定实验，实验结果验证了算法的可行性和有效性。     

Development of a novel hand−eye calibration for intuitive control of minimally invasive surgical robot

Robotic-assisted surgical system has introduced a powerful platform through dexterous instrument and hand−eye coordination intuitive control. The knowledge of laparoscopic vision is a crucial piece of information for robot-assisted minimally invasive surgery focusing on improved surgical outcomes. Obtaining the transformation with respect to the laparoscope and robot slave arm frames using hand−eye calibration is essential, which is a key component for developing intuitive control algorithm. We proposed a novel two-step modified dual quaternion for hand−eye calibration in this study. The dual quaternion was exploited to solve the hand−eye calibration simultaneously and powered by an iteratively separate solution. The obtained hand−eye calibration result was applied to the intuitive control by using the hand−eye coordination criterion. Promising simulations and experimental studies were conducted to evaluate the proposed method on our surgical robot system. We extensively compared the proposed method with state-of-the-art methods. Results demonstrate this method can improve the calibration accuracy. The effectiveness of the intuitive control algorithm was quantitatively evaluated, and an improved hand−eye calibration method was developed. The relationship between laparoscope and robot kinematics can be established for intuitive control.     

The set up of primary calibration system for shock acceleration in NML

This paper mainly describes Taiwan’s metrology National Measurement Laboratory (NML) to set up and evaluate a shock accelerometer calibration system which follows the ISO 16063-13:2001 standard. The environmental shock testing of electro-acoustics or electronic spare parts, the product packing falling impact, the automobile collision and the helmet impact test and so on are more and more important for quality and safety. In consideration of that, NML has started to establish the primary shock calibration system which calibrates the accelerometer sensitivity and trace to the metric unit since 2009. The shock machine structure comprises three parts; they are the electromagnetic high-speed hammer, airborne hammer and airborne anvil. The shock machine impact source of primary shock calibration system is excited by electromagnetic method.     

激光跟踪视觉导引测量系统的全局校准方法

针对柔性装配中现有激光跟踪测量系统存在效率低、成本高、自动化程度低等问题,提出用单目视觉系统联合激光跟踪仪实现大尺寸组合式自主导引测量.为实现该系统的全局校准,提出了一种新的基于平面的全局校准方法,该方法通过获取靶标平面分别在视觉系统和激光跟踪仪坐标系中的平面方程,求解两坐标系间转换矩阵,完成系统全局校准.建立了数学模型,进行了算法仿真和全局校准实验.实验中测量30个不同位姿的平面靶标,并进行全局校准.结果表明,该方法操作简单,稳定性强,有实际应用价值,校准后平面法向量夹角、原点到平面距离的RMS误差分别为0.13°和1.50 mm.     

自动测试系统计量策略及指标确立准则研究

为解决自动测试系统缺乏有效的计量保障工程,提出了ATE计量策略和计量保障系统指标确定准则。采用通用系统的设计思想,将系统结构划分为计量校准模块和计量资源输出模块。充分考虑测试资源实际应用情况和UUT技术指标,根据装备计量保障通用要求,以及测量不确定度评定与表示评定要求,保证系统内部形成阶梯溯源链的前提下,提出了整体计量指标的确定方法。实践证明,这种方法在工程实践中取得了较好的效果。     

基于6-TPS型并联机床的标定方法研究

以6-TPS型并联机床为对象,研究了并联机床运动学标定方法。首先假定了并联机床各结构参数单位误差,在与测量方式相一致的广义坐标上,通过并联机床正解的方式,利用所测的点数据,以数值法构造了机床末端位姿误差与结构误差的影响系数矩阵。通过这种方法,构造参数误差数学辨识模型,针对6-TPS型并联机床的特点,提出了测量并联机床平动和聚点性误差的方案,并在工程实际应用中验证了该标定方法的可行性。     

大型油罐容量计量中3D空间建模方法研究与比对试验分析

油罐的容量计量是石化企业生产运行的核心工作之一.为了提高计量检定效率,提出一种基于三维激光扫描原理的油罐容量全自动测量方法.讨论了一种扫描点云数据分析方法,通过三角网格和曲面拟和的方法计算出不同液位高度对应的油罐容积值.设计了对比试验系统,选取60 m~3和37 m~3两个标准油罐为研究对象,根据OIML R71和R80的技术要求,以0.025%准确度的容量比较法测量值为参考依据,三维激光扫描方法进行油罐容量测量具有好的复现性,而测得的容量值相对偏差满液位量程处可达0.4%,验证了这种方法的有效性,而且有效提高了油罐容量检定工作效率.     

基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术研究

对基于全加速度计惯性测量单元的微震颤测量技术进行研究和分析,设计了测量系统的方案并研制了实验样机,惯性测量单元采用9加速度计的配置形式;推导了加速度计输出的比力方程,提出了将积分法和开方法结合起来求解角速度的算法;给出了利用四元数求解捷联矩阵的数值求解方法和在惯性坐标系下载体系上任意位置在任意时刻坐标的数值求解方法。