自由曲面测量的三维散乱点云无约束配准

结合局部曲面拟合和广义二分优化搜索,提出了用于大尺寸自由曲面形貌测量中多视三维散乱点云自动配准的算法.首先,对点云微小局部区域进行标准最小二乘曲面拟合,根据拟合残差提取给定点云的全部非平坦区;借助图论中“邻接”与“可达”的概念以及非平坦区的空间分布统计特征,进行相邻点云非平坦区的区域聚类计算以及区域匹配,进而自动获得配准位姿初值.然后,计算源点云在目标点云中最靠近点的k邻近,并向k邻近点的局部移动最小二乘拟合曲面做正交投影,以提取对应点.最后,采用广义二分优化搜索进行位姿变换的优化求解.试验结果表明:该方法稳定、可靠,无需人工交互,适用于采样错移情形.在重叠区域内选取150个对应点进行位姿优化时,平均配准缝隙约为0.02mm,可以满足大尺寸自由曲面形貌测量的多视三维散乱点云配准的要求.     

微小磁钢自动配对的混合运动控制研究

微小磁钢对是许多高精度磁性系统的核心组件，其产生的气隙磁场对系统性能影响显著，而传统的手工配对存在准确性和一致性差的问题。为此，研制了微小磁钢自动配对系统，兼顾配对精度与效率，建立了基于显微视觉/磁强/微力多源混合的运动控制系统。采用先粗后精的定位策略实现磁强测头与微小夹钳的精确定位：首先，通过显微视觉的引导实现系统的粗定位，再结合微力反馈与磁强反馈闭环控制实现系统的精确定位。建立了各运动模块数学模型，优化了PID控制参数，开发了相应的控制软件，并提高了系统定位精度与配对效率。实验验证了自动配对的准确性和一致性，结果表明：与手工配对相比，自动配对的准确性更高；S和N磁钢表磁测量的均方差分别为0.27mT和0.17mT，测量一致性满足要求。     

退火工艺对薄膜型铂电阻热阻特性的影响探究

合理的退火工艺可有效改善薄膜铂电阻的热阻参数。为了探究退火工艺对于薄膜铂电阻热阻特性的影响,探究了陶瓷基底上由磁控溅射工艺制备出的宽度为60μm,高度为300 nm的铂热电阻,在经过不同的退火工艺处理后,其灵敏度、线性度的变化规律。结果表明:在500～600℃之间,退火温度越高,灵敏度越大,线性度越好;当退火温度大于500℃,保温时间的延长会使灵敏度降低,线性度变差;基底粗糙度的增大更易于获得灵敏度大的铂薄膜。所探究出的退火工艺可有效改善薄膜型铂电阻传感器的热阻特性,具有很好的参考价值。     

形貌测量中立体图像拼接的关键技术

提出一种基于全局控制点的立体图像拼接方法.以均匀散布在被测物周围的稳定的激光点作为全局控制点,建立全局坐标系;在单次区域测量中,引入拼接靶标,导出测头坐标系与拼接相机坐标系的转换关系;再以拼接相机为中介,导出测头坐标系与全局坐标系的关系,从而将区域测量的结果统一到全局坐标系,完成拼接.该方法能够避免繁多的标记点,保持被测表面的原有形貌,克服基于相邻图像重叠拼接中误差累积的问题.     

立体拼接中全局控制点的定向

提出了一种基于光线交汇约束的全局控制点定向方法.精确标定过的单摄像机模拟双目交汇测量系统,在空间2个不同的角度对至少5个自由摆放的全局控制点成像,根据双目视觉测量模型可解算出传感器的转换矩阵R和带有比例因子的平移向量T.通过引入精确长度已知的基准尺提供空间标度,以求得转换因子,进而求得各点在传感器坐标系下的三维坐标.实验表明,该方法简单、精度高,适于现场测量.     

便携式激光扫描三维形貌测量系统

介绍了基于双目立体视觉的便携式激光扫描三维形貌测量系统,该系统的测头部分安装了5个激光器,将 扫描速度提高了5倍,而且采用两个摄像机同时摄取扫描激光光条图像,避免了对投射激光的标定过程。根据立 体视觉原理,经图像匹配,可计算得到光条上所有点的空间位置和深度,即被测空间曲面的三维信息。阐述了非 接触三维形貌测量的原理和方法,试验结果证明了系统的可行性和适用性。     

基于单次成像的三维形貌拼接技术

针对大型物体的三维形貌测量,研究基于辅助靶标的三维形貌拼接技术,并在此基础上提出单摄像机单次成像求解转换矩阵的方法.该方法通过单摄像机单次成像,结合控制点的边长约束,求解出全局坐标系同局部测量坐标系的转换关系,进而将局部测量数据统一到全局坐标系下,实现拼接.此方法避免采用单摄像机多摄站测量时带来的繁琐操作以及产生的相关问题,大大提高拼接的速度,并且可以保证较高的精度.     

尖轨密贴爬行测量方法及系统

尖轨作为铁路道岔的薄弱环节,其密贴和爬行位移变化关系到列车行车安全,需要定时检测和严格控制。本文提出了一种尖轨密贴爬行测量方法,并搭建了相应系统。利用动作引导杆引入尖轨密贴爬行位移变化,并将其转换为直线位移和小角度角位移。建立密贴爬行位移解算模型,并给出了标定方法。设计了专用的数据采集与发送电路,实现了对尖轨密贴间隙和爬行量的采集和监测。实验结果表明该系统测量误差小于0.2 mm,可有效满足尖轨密贴爬行高精度测量需求。     

加速度计惯性组件装配设备的控制策略及软件实现

微型悬丝摆式加速度计惯性组件的构成零件多,形状及尺寸跨度大,易变形。目前,该组件主要采用人工装配,效率低,精度难以保证。为此,研制了专用悬丝摆式加速度计惯性组件自动装配设备。设备采用反射棱镜和单相机,从而实现了立体测量功能,并且设计了专用工装夹具。基于硬件设计和装配任务要求,制定了包含互适应的先看后动反馈控制策略,以及工装夹具保证+视觉/力觉反馈调整的精度控制策略。基于分层软件架构和模块化思想,开发了悬丝摆式加速度计惯性组件自动装配控制软件,实现了自动定位与装配功能。实验表明,摆组件的平行度小于15μm,对称度小于20μm,位置精度优于15μm,装配精度满足使用要求。