基于视觉与激光准直的激光跟踪姿态角测量方法

针对大型装备建造、航空航天、汽车等领域对姿态测量技术的需求,提出一种以激光跟踪设备为基站,视觉测量与激光准直技术相结合的姿态测量方法.首先对测量模型中涉及的坐标系进行了定义,其次建立了激光跟踪设备坐标系与视觉坐标系之间的转换关系,通过视觉测量中纵向投影比不变的约束实现横滚角的测量,在上述基础上,基于光束向量唯一性约束和...     

基于视觉正交迭代法改进的激光跟踪姿态测量

针对航空航天、汽车船舶以及机器人应用等领域对姿态精准测量的需求,研究了一种基于视觉加权加速正交迭代(WAOI)的激光跟踪姿态角测量方法。首先阐述了测量系统组成、建立了数学测量模型,并分析了系统的主要误差源;其次在正交迭代(OI)的基础上,通过物方重投影误差设置参考点权重系数,引入常系数矩阵整合迭代过程中的冗余计算,提出了一种WAOI算法,并通过实验验证了算法的性能;最后搭建实验平台,利用精密二维转台对基于WAOI的姿态角测量进行精度评定。结果表明,在-20°～20°角度范围内,3～15 m测量范围内,方位角精度可达0.11°,俯仰角精度可达0.26°。相较比例正交投影迭代变化(POSIT),方位角和俯仰角测角精度均提升75%以上。本文提出的WAOI算法有效提升了激光跟踪姿态测量系统的精度。     

基于准直激光的跟踪合作目标小范围二维姿态测量方法研究

为了解决远距离激光跟踪合作目标的高精度二维姿态测量问题,提出了一种基于准直激光的跟踪合作目标小范围二维姿态高精度测量方法。 首先,详细阐述了角锥棱镜的光学特性与基于角锥棱镜的激光跟踪原理;其次提出了一种利用开孔角锥棱镜和光电探测器的二维姿态测量方法,并分析了激光光束向量、开孔角锥棱镜、光电探测器与合作目标的数学关系,建立了姿态解算模型,并设计了一款合作目标靶标;最后构建了高精度姿态测量系统,进行了实验数据采集与参数模型标定,并通过验证实验进行了精度分析与评价。 实验结果表明,本文所提出的测量装置精巧实用,在±5°的工作范围内测角误差不超过 0. 011°,满足高精度的工程应用需求。     

用于大范围三维空间测量的激光跟踪仪

FARO科技公司生产的激光跟踪仪（Laser Tracker）具有70m的测量范围和超级ADM的断光续接功能,是测量三维大体积物体的先进仪器之一。它通过内置激光干涉器、红外激光发射器、光靶反射球测量长度,通过光栅编码器测量水平和仰俯角度,实现三维大体积现场测量。     

基于惯性辅助跟踪的未知对应姿态估计方法

针对特征点对应关系未知的姿态估计问题,提出了 1 种基于惯性辅助跟踪的未知对应姿态估计方法。 与利用惯性信息在数据处理层面优化先验位姿选取的方法不同,该方法在数据采集层面融合图像信息和惯性信息,从而提高了姿态估计和特征点匹配的准确性和稳健性。 本文提出了 1 种融合特征点跟踪和运动矢量约束跟踪的混合跟踪新方法,构建了二维和三维点集的初始匹配权重矩阵。 基于该匹配权重矩阵建立优化目标函数,并利用改进软分配算法交替优化姿态估计和二维/ 三维点集匹配关系。 利用二维精密转台搭载合作立体靶标进行算法性能测试,结果表明:在方位角/ 俯仰角为±50°内,该方法的成功率为99% ,姿态估计精度优于 0. 15°,单次测量耗时约 17 ms,并且在视觉遮挡情况下仍可保持较高的成功率。     

特大型齿轮激光跟踪在位测量原理及关键技术

为了实现特大型齿轮精密测量,介绍了作者提出的特大型齿轮激光跟踪在位测量原理,重点阐述了其中的几项关键技术.特大型齿轮激光跟踪在位测量系统整合了激光跟踪仪的大尺寸测量能力和三坐标测量机的高精度,采用激光跟踪仪建立齿轮工件坐标系和三维测量平台坐标系,通过激光跟踪仪坐标系将齿轮工件坐标系与三维测量平台坐标系关联起来,并建立了相应坐标系的拟合模型及算法.同时,建立了三维测量平台的姿态调整模型,通过姿态调整机构完成了三维测量平台的姿态调整,进而确保三维测量平台与齿轮轴线的位置关系满足要求.最后,给出了该在位测量系统的实测结果.实验结果表明:特大型齿轮激光跟踪在位测量系统原理正确可行,满足6级以下特大型齿轮的精密测量.     

激光跟踪扫描曲面测量的自适应算法研究

针对自由曲面壳体的测量问题,研究了非接触测量时激光束跟踪测量高精度自由曲面壳体的一种自适应测量算法。从测量速度和精度两方面考虑,提出采用圆弧切线外插算法控制激光束跟踪扫描,实现曲面的自适应跟踪测量。采用该算法在三坐标测量机上用激光束跟踪快速扫描测量电力安全帽实物样件,并对其进行实物原型的数字化处理,完成了电力安全帽反求工程测量任务。测量实验表明采用该算法跟踪和测量精度高,测量速度快。     

激光跟踪测量系统研究

介绍了激光跟踪测量系统的结构.分析了激光跟踪测量系统利用目标反射镜和转镜的配合实现跟踪的原理,利用球坐标系、干涉测距实现坐标的原理,并对系统测量误差的产生原理及防止误差的方法进行了讨论,最后对激光跟踪测量系统的发展趋势做了展望.     

激光跟踪测量系统比对校验

介绍激光跟踪仪精度校验方法。用激光跟踪仪与高精密立式加工中心比对来测量激光跟踪仪在IFM(干涉测量模式)模式下精度，为激光跟踪系统的验收提供依据，同时为激光跟踪仪误差补偿提供数据支持。     

激光跟踪运动物体空间坐标测量系统研究

基于激光跟踪干涉测量法建立的柔性三坐标测量系统能够有效地解决运动物体 (如机器人手臂、数控机床刀具 )空间位置测量 ,并且有望获得高的精度。讨论了球坐标法激光跟踪干涉动态测量 ,给出了测量原理和系统构成 ,建立了数学模型和实验。     

激光跟踪测量系统跟踪转镜的误差分析

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,可对空间运动目标进行跟踪并实时测量其三维空间坐标,具有精度高、范围大、实时快速等特点。然而,激光跟踪测量系统中跟踪转镜的几何误差严重影响了其测量精度;所以激光跟踪测量系统在使用前必须对其进行建模和误差分析。在全面研究了激光跟踪测量系统结构和工作原理的基础上,建立了系统运动学模型和跟踪转镜中心偏移数学模型。详细分析了系统测量中基点位置变动误差、转镜跟踪目标反射器跟踪误差和转镜反射面与激光束不垂直误差等。结果表明跟踪转镜中心偏移、回转轴不对称、基点位置变动、光束反射点与基点不重合是导致测量误差的主要原因。因此,在跟踪转镜结构设计中,为保证激光束反射点与基点位置重合及转镜旋转跟踪目标反射器时基点空间位置保持不变,应尽量减少跟踪转镜旋转点与镜面之间的距离。     

线结构激光仿型测量中的视觉跟踪算法

分析国内现有线结构激光测量系统的特点,提出一各地ＣＮＣ系统的线结构激光仿型测量的视觉跟踪算法;该算法给出了一套较为完整的跟踪策略,解决了超视距和成像则头的自适应调节问题。     

面向激光加工的自适应测量和神经网络方法

基于测控与激光加工一体化装备 ,在自适应测量的过程中不仅得到测点的位置 ,还得到测点的姿态。利用测量所得到的位姿数据训练神经网络 ,并由神经网络直接生成加工轨迹数据。这种方法 ,不涉及CAX过程 ,使测量和加工紧密结合 ,并且具有智能特性     

人体运动跟踪中MEMS姿态测量单元设计与测试

人体运动姿态的实时跟踪在运动员辅助训练和康复医学中有广泛应用.设计了应用于人体运动姿态测量的MEMS姿态测量单元.该姿态测量单元包含三轴正交的MEMS加速度计、磁强计和角速率陀螺,集成微控制器以及扩展数据存储的FLASH芯片,单元大小为38 mm×28 mm×13 mm.姿态角解算采用基于四元数的扩展卡尔曼滤波算法.提出了一种利用单轴转台和楔角器进行姿态测量单元3个姿态角误差测试的新方法.测试结果表明:3个姿态角测量误差均小于2°,满足人体运动姿态测量的精度要求.     

大量程高精度三维姿态角测量系统设计

基于针孔成像和双矢量定姿原理,设计一种使用单图像传感器实现大量程高精度三维姿态角测量的方法.根据系统要求设计双基准平行光源,采用FPGA单芯片实时实现图像传感器的驱动成像、光斑的分割与质心定位及与USB之间的快速通信,通过光斑质心坐标计算得到双基准平行光源的方向矢量,根据双矢量定姿原理计算姿态敏感器的旋转矩阵,得到三维姿态角;根据针孔成像模型,建立姿态敏感器的内外参数统一标定模型,对测量系统进行标定,标定结果和测量实验表明,三维姿态角测量系统的视场范围达到19.6°×19.6°,俯仰角、偏航角、滚动角的精度达到9.9″、9.3″、80.2″.     

机载设备安装姿态视觉校准中的靶板标定

基于飞机机载设备安装姿态视觉校准系统Archer-M的研发,提出针对系统中姿态测量辅助靶板的标定方法。首先,利用摄像机从不同方位拍摄靶板图像,在相差一个尺度因子的情况下确定靶点位置关系。然后,利用单个发光二极管（LED）靶点的多次精确移动和图像叠加的方法恢复绝对尺度,求解靶点的相对关系。最后,通过精确控制靶板的位姿运动,利用运动前后各坐标系之间的相对关系,求解出“靶/座\"相对位姿,并进一步针对只用于物体姿态测量的靶板,提出了分别沿两个垂直方向运动的简化“靶/座\"标定方法,从而大大降低了标定过程中对标定设备的要求。实验结果表明：距离为3~12m时,姿态角度的测量标准差为0.004~0.017°,姿态测量精度与激光跟踪仪相当。     

距离法运动目标激光跟踪测量系统的研究

运动目标空间位置坐标激光跟踪测量是计量测试领域的前沿课题。该测量系统集激光干涉测距、光电检测、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体 ,对空间运动目标进行跟踪并实时测量其坐标和姿态。采用多个激光干涉仪进行冗余设计 ,仅通过测量距离的变化量而不需要测量角度量 ,就可以通过解最小二乘方程组计算出被测点的坐标。文中论述了纯距离法跟踪测量的数学模型、系统的光路设计以及基于 PID控制方法的跟踪控制系统 ,并完成了平面内运动物体的跟踪及测量可行性实验     

激光跟踪仪测量水轮机叶片的方法

现在国家正在提倡水力发电,如何生产出高质量高性能的水轮发电机,成为电机企业最关心的问题。水轮发电机转轮和叶片的测量影响着整个电机的性能。文中仅以麻石叶片的测量为例,简单介绍如何利用激光跟踪仪测量水轮机叶片,进而将这种测量方法推广到大型空间曲面的测量。     

面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位

提出了面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位测量方法以提高特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的齿轮定位精度并精确确定测量仪器与被测齿轮位置与姿态的关系。根据激光跟踪仪多站位测量提供的冗余数据优化求解空间两点间共线方程,建立了特大型齿轮激光跟踪多站位测量模型。然后,提出了利用奇异值分解修正多站位测量模型解析矩阵条件数的方法。实验结果表明,使用多站位测量模型求得的不同站位待测点间距离的标准差的均值为0.008mm,明显小于直接在不同站位下测量的标准差均值0.024mm,表明多站位测量模型具有良好精度控制效果。本文的研究提高了齿轮定位时所需测量点的三维测量精度,为特大型齿轮激光跟踪多站位测量系统建立齿轮坐标模型提供了可靠的数据来源。     

激光跟踪多边测量自标定优化方法

激光跟踪多边法在测量空间大尺寸物体时,测量精度受诸多因素的影响.自标定过程是否精确是其中一个关键因素.本文提出一种自标定优化方法,通过引入优化标定点的十字交叉空间分布模型,对初次自标定得到的激光基站数据进行再次标定,利用优化算法求出更为精确的激光基站数据,从而减小了自标定过程中产生的误差,提高了激光跟踪多边测量的精度....