激光光笔式三维坐标测量系统的理论研究

本文提出了一种新颖的激光光笔式三维坐标测量技术,介绍了由三套CCD光电器件对空间发光点交汇成像而构成的三坐标测量系统,由于其测量头为带有点光源的笔,故称为光笔式测量系统.文章阐述了该系统的结构设计理论、测量原理及测量精度分析.理论分析与实验证明,该系统具有结构简单、应用方便、自动化程度高、测量精度高、适用范围广等先进特点,可有效地应用于机械制造、机器人及汽车检测、航空及医学等测量领域.     

基于虚拟光笔的坐标测量系统探针结构的设计

针对光笔式测量系统模型的特征,基于虚拟光笔,建立了一种新的光笔结构。系统中采用的光笔共有10个控制点,设光笔前面6个控制点所在的平面与后面4个控制点所在的平面之间的距离为DFB。利用三坐标测量机主轴运动的高精度、高稳定性,构造了不同DFB的虚拟光笔。详细说明了虚拟光笔的构造模型,并通过实验证明了DFB参数对系统测量稳定性有着显著的影响,且DFB的最优值为80mm,通过精度对比实验进一步证明了该结论。     

大尺寸球形件的光笔式视觉测量系统设计

为实现大尺寸球形零件的三维形貌、球径和球度误差等参数的测量,设计了光笔式视觉测量系统,系统主要由高分辨率摄像机、光笔和配套的图像处理软件组成。首先介绍了系统的测量原理,然后依次研究了其中的关键技术：光笔的结构设计和基于近景摄影测量的光笔标定方法,利用单应性矩阵建立光笔坐标系和摄像机坐标系之间转换关系的方法。基于光栅尺的精度评价实验表明,在2 000 mm×1 500 mm视场范围内,相对测量精度优于0.05 mm/m。选取大尺寸金属球为实验对象,提取了球面若干点的三维坐标,生成拟合球并计算出球度误差为2.068 mm。     

光笔式大视场三维视觉测量系统

针对先进制造业对大型装备大范围精密尺寸测量需求,根据双目立体视觉测量原理设计了一种光笔式大视场三维视觉测量系统.基于透视投影变换下的时针顺序和共线性不变量设计了光笔特征点空间分布模式,实现了特征点的准确识别与接触探头坐标的计算.应用双目立体视觉传感器的透视投影和齐次坐标三维测量模型,以一维基线尺靶标自由移动和基准长度约束为核心,通过本质矩阵E的线性求解结合非线性优化实现了其结构参数的现场精确标定.研制了由光笔、双目立体视觉测量系统、便携式三脚架、一维基线尺靶标和测量软件构成的大视场三维视觉测量系统,完成了机器人本体表面三维数据的稠密测量实验,在7 m×4.7m测量范围内系统的测量精度优于0.2 mm.实验显示设计的光笔式大视场三维视觉测量系统在光笔结构、发光点识别方法和系统标定方法上均具有新的思路.     

基于跟踪转台的光笔式全空间坐标测量系统

光笔式坐标测量系统是一种基于视觉测量的便携式坐标测量技术.在经典的光笔式坐标测量系统中,其测量范围被限制在相机的视场范围之内.为了克服这种缺陷,本文设计了一种新的光笔式坐标测量系统以实现全空间坐标测量.相机被安装在一个转台而不是三脚架上,因而,相机能够进行旋转从而对光笔的移动进行跟踪.新系统能够被用于大范围的工业现场测量,因此极大地扩展了光笔式坐标测量系统的应用范围.为了保证新设计系统的测量精度,本文还提出了一种对跟踪转台参数进行标定的方法.将光笔放置在固定的位置,并改变转台两个旋转轴的方位角,让相机从不同的视角采集光笔的图像.根据相机和转台基座之间不变的坐标变换关系,可以建立起一个非线性方程组来对跟踪转台的参数进行求解.实验结果表明,新系统在测量距离为10 m内的全空间,其坐标测量精度能够达到0.25 mm.可以得出,新设计系统能够在不损失太多精度的情况下显著扩大光笔式坐标测量系统的测量范围.     

面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统

研制了一种面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统,对其中的关键技术进行了深入研究。该系统主要由带有红外LED光点的光笔、1台CCD摄像机、靶点亮度控制器、一维标定尺以及安装有测量软件的计算机组成。在对LED点光源光强控制方式及成像系统工作原理进行分析的基础上,设计并实现了以多靶点亮度自适应控制技术和主动离焦模糊技术相结合的靶点光斑图像生成技术。该技术保证了在大跨度测量范围内均能获得高质量的靶点光斑图像,解决了对焦成像中摄像机视场范围与景深有限的问题;针对光笔标定问题,提出了一种简便易行的现场标定方法,此方法只需要若干个辅助靶点和2个以上间距已知的圆锥孔,就可以同时确定光笔上各靶点及光笔测头在光笔坐标系下的坐标。实验结果显示:该测量系统在2~10 m空间长度测量标准差不大于0.095 mm,能够满足中等精度的大型工件现场测量要求。     

基于双目立体视觉的手持式光笔三坐标测量系统

提出了一种基于双目立体视觉系统的手持式光笔三坐标测量系统.该系统的关键技术包含相机标定、光笔上粘贴的标志点标定和测头自标定技术.该系统的手持式光笔结构简单,对标志点和测头的结构分布没有特殊要求.实验结果表明,该系统实现了对物体的接触式测量,系统精度稳定可靠.     

无线光笔式三坐标测量机关键技术的研究

通过对传统的三坐标测量机进行改进,设计了基于视觉测量的光笔式三坐标测量机。系统包括3部分,即光笔、CCD相机和计算机,在每一部分上都装有无线模块。系统进行数学建模时,采用的是最简单的P3CP式模型。进行数据和控制命令的传输时,采用的是无线模块。无线模块中的主控芯片是nRF24E1,对模块中的接口和存储部分进行了设计,并给出了无线模块的最终电路图。利用3个无线模块将整个系统组成了一个无线网络设计。最后通过试验验证了系统的可行性。     

基于双目立体视觉的光笔式三坐标测量系统

提出了一种基于双目立体视觉系统的光笔式三坐标测量系统。该系统基于接触式测量方式,以带点光源的光笔作为接触测量工具。首先,对摄像机进行了高精度的标定,建立了双目立体视觉系统模型;其次,通过左右摄像机拍摄的二维图像,将两幅图像中的点进行匹配,获得光笔上的LED光斑中心三维坐标;然后,由一系列LED光斑中心的三维坐标拟合直线,从直线上得到笔尖的三维坐标。实验结果表明,该方法实现了对物体的接触式测量,具有结构简单、成本低的优点,并且具有较高的精度。     

基于PRO/E“逆向工程”的三元叶片测绘设计

因三元叶片为空间曲面,无法用普通方法测量,故尝试应用光笔测量仪测取闭式三元叶轮叶片及相关表面坐标点,应用PRO/E"逆向工程"等曲面功能,处理测取的坐标点,进行三元叶片"复制"设计,并通过几何分析验证了"复制"的叶片曲面曲率变化平稳,与原始数据基本吻合。该方法能够很好地满足三元叶轮叶片的测绘要求。     

双色笔杆注射成型模具设计

文中介绍了双物料单模注射成型工艺,分析了双色笔杆的结构特点,设计了双物料成型模具。解决了模具旋转换腔、型芯冷却、脱模系统、浇注系统设计等难题。     

机械式拉力试验机控制部分的研究分析

介绍了拉力试验机的系统构成,改造设计数据采集装置和测量控制系统。试验表明,在负荷测量中,系统使用应变电桥传感器,采集的信号线性好、分辨率高、响应快;在变形测量中,使用传统的电子引伸计,噪音小、增益高、抗干扰能力强;在位移测量中,使用新型的光电编码器,结构轻巧,测量可靠,可以测量试样夹具位移的全过程;在电气控制中,使用三洋电机伺服驱动器,速度范围大,稳定度高。     

一种基于虚拟基准的太阳帆板平面度测量仪

本文针对太阳帆板平面度测量这一特定要求,开发出一种基于激光三角原理的特殊结构的光电非接触平面度测量系统。     

基于虚拟仪器的温度测量系统设计

本文介绍了一种基于LabVIEW虚拟仪器的温度测量系统。系统由LM35集成温度传感器和虚拟仪器组成,文中介绍了LM35集成温度传感器的特性和系统结构设计,重点阐述了虚拟仪器系统的构建和系统软件设计。与传统的温度测量仪表相比,该系统具有结构简单、成本低、构建方便、工作可靠等特点,具有较高的应用价值。     

集中式预付费电能计量控制系统的设计

这里介绍了基于飞利浦单片机的多用户电能计量控制系统的基本结构及实现方法。所研制的电能计量控制系统结构简单,计量精度高,工作可靠,具有一定的实用性。     

投影显示中光笔交互技术的研究

传统的键盘鼠标交互方式将演讲者束缚在计算机周围,阻碍演讲者与听众作近距离的交流,操作起来有欠自然。为解决此问题,提出了一种在投影显示中采用光笔进行人机交互的系统。利用摄像头拍摄投影屏幕,通过实时检测、计算激光笔投影点的屏幕坐标从而改变光标的坐标位置,控制鼠标的移动,采用无线射频技术实现鼠标按键功能。同时提出了一种基于网格细分的屏幕坐标校准方法,根据三个一组的网格点插值计算其中的屏幕坐标。实践结果表明,该系统人机交互简单直观,定位精确,具有很高的应用价值。     

基于单片机的电感测量系统

提出一种以8031单片机为核心的电感测量系统，充分利用了单片机8031的硬件资源，简洁而高效运行的软件设计思想，实现电感参数的自动测量和显示。克服了传统的外加交流测量法电源波动易引起偏差和文氏电桥测量法参数调节复杂等问题。系统结构紧凑、操作方便，且测量精度高、响应快、测量范围宽。     

基于SPI接口的双轴SCA100T倾角传感器及其应用方法

介绍了芬兰VTI公司生产的SCA100T倾角计的特性、结构、工作原理以及与单片机SPI串行接口连接的工作模式、命令格式、操作方法,并给出了与单片机连接的双轴测量应用实例.具有结构简单、可靠性高、抗干扰能力强,不需要扩展外围器件等特点,根据不同需要可以应用于各种倾角、位移测控系统中.     

新型超声声场测量方法研究

针对目前超声声场的一些测量方法存在的问题,设计加工了一种结构简单、操作方便、精确度较高的新型三坐标超声声场测量系统。利用该测量系统对声场分布进行测量,并将测量结果与有限元仿真分析对比,二者的符合程度较好,验证了该新型测量方法的可行性。