面向先进装备制造业的室内空间测量定位系统

在以航天航空、造船为代表的大型装备制造业中,精密测量技术是产品质量的重要保证,目前以激光跟踪仪为代表的传统单站式测量系统已无法适应如今超大空间与高效率的测量要求。作为分布式测量系统,室内空间测量定位系统因其扩展性好、可并行测量等优势,已被广泛应用于先进装备制造业。本文详细阐述了室内空间测量定位系统的基本传感机理,梳理总结了整套系统的关键技术,并介绍了室内空间测量定位系统的相关工业应用。     

融合光电扫描定位的大构件整体形貌测量方法

针对航空、航天、船舶等制造领域大构件形貌测量的大量程、高数据密度、高效率、结构复杂等特点,研究了一种融合光电扫描全局定位和终端形貌测量技术的大构件高分辨率几何形貌整体测量方法。通过条纹投影摄影测量系统在构件局部表面投射相位条纹,获取高精度稠密点云,设计了位姿测量算法,解决了复杂现场不满足交会条件时无法实现位姿测量的问题,在室内空间测量定位系统（workshop Measurement Positioning System,wMPS）组建的全局测量网络体系中,对条纹投影摄影测量系统进行全局定位。从而在不依赖软件拼接算法的情况下,通过数据融合完成了大构件整体形貌测量。实验结果表明:该系统的点云密度为50点/mm2,整体测量精度可达0.22 mm。     

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。     

随掘连续超前探测异常体辨识成像研究

本文提出了一种新型随掘连续超前探测异常体辨识成像方法,有效解决了固定场源超前探测单次成像准确度差的问 题,为巷道掘进与超前探测并行作业提供有力支撑。 首先,构建了随掘连续超前探测异常体辨识成像理论模型;然后,对异常体 辨识成像效果及成像准确度提高方法进行研究,在可有效辨识前方异常几何体形态的基础上,通过扩大随掘里程、加快电位采 集频率和增加电位测点数量,将电导率均方误差分别从 0. 273 降至 0. 156、0. 173 降至 0. 153、0. 183 降至 0. 167,成像准确度逐渐 增高;最后,分析了随掘场源前方不同类型、形状异常体成像效果,构建泥槽实验系统并进行了成像效果对比实验,验证了本方 法的有效性。     

激光跟踪仪的双面互瞄定向

使用传统公共点定向方法很难在狭小、受限空间下完成对大尺寸测量仪器的定向,故本文提出了一种受限空间下球坐标测量系统的双面互瞄定向方法,并以激光跟踪仪为例进行了理论分析和实验验证。该方法结合激光跟踪仪的测量原理和使用特点,通过激光跟踪仪本体测头的运动特性构建几何约束,仅要求测量仪器之间相互可视,便可依靠较小公共视场完成仪器定向。阐述了该方法的数学建模过程,研究了定向优化算法,并在上海光源环形测量控制网建立过程中进行了相关实验验证。结果表明:该方法在仪器相距5m以内时,参考点转站误差优于0.12mm,定向旋转角误差不超过1.5″。与频繁转站的传统方法相比,可在保证精度的同时,极大地提高现场测量效率。该方法亦可推广应用于其它单站坐标测量系统。     

基于精密二轴转台的大尺寸测量相机高效灵活标定方法（英文）

针对大尺寸视觉测量领域的相机标定问题,研究了一种使用精密二轴转台和单个固定不动的光学参考点进行相机标定的方法.通过精密二轴转台带动相机做二维转动并拍摄前方光学参考点,从而构建精密的角度基准控制场并实现标定.该方法有如下优点:无需调整或已知参考光点与相机和转台之间的位置关系;测量全程由程序控制自动高效完成;同时,针对不同的测量任务和测量相机,测量空间和测量距离可通过调整转台的转动幅度以及控制参考点到相机的距离实现任意灵活配置,从而保证标定控制场和相机测量视场相一致.标定实验验证了本文提出的标定方法具有较高的标定精度.     

新型煤矿巷道随掘超前探测方法研究

本文提出了新型煤矿巷道随掘超前探测方法,为实现巷道掘进和超前探测并行作业提供了可行思路。首先,提出随掘超前探测方案,将掘进机的截割头作为随掘场源,融合物探方法与掘进主体;然后,构建随掘超前探测理论模型并获取测点电位变化规律,与有限元计算结果比对,验证了测点电位数值计算方法的准确性与可行性;最后,确定随掘场源的分流规则,以正常地质体作为参照,对比研究随掘过程中低阻和高阻两类不同异常体的视电阻率演化规律,当场源越接近低阻含水带,视电阻率均值降幅从5.40%提高至29.80%,越接近高阻断层,视电阻率均值增幅从7.12%提高至35.53%,水箱模拟实验表明,所提煤矿巷道随掘超前探测方法可实时、连续探测掘进工作面前方地质状况。     

线结构光视觉传感器二维机器人焊缝跟踪系统

提出了一种基于线结构光视觉传感器示教及纠偏的二维机器人焊缝跟踪方法。利用简单快速的系统标定,视觉传感器分别对焊缝上示教特征点和实际特征点坐标进行测量记录,同时采用模板匹配进行图像处理,测出它们之间的偏差,ABB机器人根据得到的偏差实时调整焊枪位置,从而实现自动跟踪。利用线结构光视觉传感器和ABB机器人设计了实验系统,对所提的方法进行了验证。     

移动视觉测量中基于编码网络的特征点匹配方法研究

为解决移动视觉测量中多图像间利用极线约束进行特征点匹配时基本矩阵求解精度很难进一步提高问题,提出一种基于网络模型的间接基本矩阵求解方法。首先,利用编码点的自动无误匹配信息建立空间交会共线数学模型;其次,经过优化数学模型建立精密编码网络,并对相机内部参数和测量站位外部方位参数进行了优化;再次,利用基本矩阵与这些参数之间的关系间接确立基本矩阵;最后,通过精确恢复的极几何模型完成不同图像间特征点的精确匹配。与V-star结果进行比对,验证了编码网络的建立误差平均值为0.051 85mm,均方差为0.020 89mm;与两种经典方法在匹配正确率和极几何恢复精确度方面进行了比对,证明了本文可以精确恢复极几何模型并能提高特征点匹配率。