Kalman滤波算法在激光三角法测量中的应用

为了提高激光位移传感器的测量精度,首先从激光三角法的测量原理出发,分析被测物体表面特征导致误差产生的原因,然后根据误差分析结果提出对传感器采集数据运用Kalman滤波算法处理来进行误差补偿,最后结合LS-100CP型激光位移传感器MATLAB进行实验仿真。实验结果表明,Kalman滤波算法在激光三角法测量中的应用切实可行。     

激光位移传感器在自由曲面测量中的应用

以点激光位移传感器(HL-C211BE)为对象,研究它在自由曲面测量中的应用。针对激光位移传感器因测点倾角代入的测量误差,提出了一个可以量化的倾角误差模型。基于直射式点激光三角法原理,分析了激光光路的几何关系,从会聚光斑光能质心发生的偏移推导出倾角误差模型。随后,用高精度激光干涉仪和正弦规对激光位移传感器进行校对实验,并用误差模型对测量结果进行补偿。结果显示,补偿后激光位移传感器的测量精度得到明显提高。对一非球面凸透镜进行了实验测量,得到了自由曲面测点倾角的计算方法,并用倾角误差模型修正了测量数据。实验结果表明,量化的倾角误差模型可以将激光位移传感器的测量误差控制到小于10μm,满足激光位移传感器在自由曲面测量中应用的要求。     

一种量化的激光位移传感器倾角误差补偿模型

激光位移传感器具有非接触、测量范围大、测量效率高等优点,广泛应用于精密检测领域。然而,倾角误差是影响激光位移传感器测量精度的主要因素之一,为了提高激光位移传感器的测量精度,有必要对其进行分析研究,推导出能够在工程中应用的可量化的倾角误差补偿模型。首先从激光三角法测量原理开始,深入分析了激光光束的光路和光强损失的原因,然后根据光路的几何特征建立了物像方程,从倾角误差机理推导出一种可量化的误差模型,最后用激光干涉仪和正弦规在四坐标测量仪上。对激光位移传感器进行了倾角误差实验,把测量得到的数据经误差模型修正后,可以将传感器的测量精度控制在10μm以内。结果表明,所提出的倾角误差模型准确有效,在对复杂曲面的测量应用中,具有一定的使用和推广价值。     

单点激光三角测量系统不确定度评定

激光三角法测量是对于三维以及多维空间自由曲面非接触测量的主要方法之一,具有分辨力高、稳定性好、使用灵活、抗干扰能力强等优点,在光电检测和几何测量领域中得到广泛的应用.本文论述了激光三角法的测量原理,通过对DB-M72型激光位移传感器的实验,结合实验数据,对测量系统不确定度进行评定,达到了对测量系统进行误差分析目的.     

动车车轴直径测量系统的设计与实现

针对轨道装备行业车轴检测技术落后,效率不高的问题,设计并实现了一种车轴自动化非接触快速测量直径检测系统。该系统利用位移传感器纵向扫描法来实现测量动车车轴的直径;介绍了车轴测量系统的部分机械结构组成原理;位移传感器在系统中的工作过程;指出了该系统存在的误差因素,采用直线搜索理论和最速下降算法相结合修正了位移传感器在扫描过程中激光不连续的误差,并求出该过程的最小距离,进而采用相对测量求出该车轴截面的直径。利用激光跟踪仪对横梁移动主轴的定位误差进行了温度补偿,取得了良好的补偿效果;通过实验论证了测量系统的数据准确性和稳定性;实验结果表明,系统的测量精度为0.007 mm,系统的重复测量精度为0.005 mm,具有操作快捷、测量速度快的优点。满足了在线非接触测量的要求。     

表面粗糙度对激光位移传感器测量精度的影响和补偿

激光非接触测量方法已被广泛应用于在机测量加工件,而被测工件表面粗糙度和测量距离对位移传感器精度的影响则少有研究。本文针对位移变化时不同参数的表面粗糙度对工件测量精度的影响,分析激光位移传感器测量表面粗糙度时的误差产生原理,设计了结合粗糙度和位移两项影响因素的误差测量实验,获得了激光干涉仪和激光位移传感器的位移数据。以激光干涉仪数据为基准计算出误差值,进而拟合获得误差模型。实验结果表明,经误差模型补偿后,测量精度提高到±7μm,较高地提升了测量精度,在机床在机测量上有一定应用价值。     

便携式车轮直径激光测量仪的研制

为实现列车车轮直径快速、精准、非接触测量,设计了一种便携式车轮直径激光测量仪,给出了测量仪的测量原理、总体设计以及软硬件设计。该测量仪通过一维激光位移传感器和磁栅位移传感器扫描获得被测车轮滚动圆的一段圆弧的离散坐标值,由蓝牙将测量数据传送到工业手机的专用软件中,通过数据处理和误差补偿,最后采用最小二乘法拟合圆计算得到被测车轮的直径。通过实验验证,该装置的测量误差小于0.1 mm,重复性误差小于0.08 mm。     

基于激光位移传感器的自由曲面精密测量方法

针对数据采集误差严重影响激光位移传感器(LDS)测量精度的问题,基于激光三角法测量原理,分析了激光束和会聚光斑质心对系统测量精度的影响,建立了定量计算LDS物面倾角误差和感光元件倾角误差的数学模型。采用该模型,可对LDS采集数据进行实时补偿。实验结果表明,引入两个补偿模型对测量结果进行修正后,不仅大幅提高了LDS的数据采集精度,使其测量误差控制在0.008 mm以内,而且提升了LDS在自由曲面中的测量精度。     

影响待测物面测量误差的因素及补偿

分析被测物面对激光三角法测量技术的影响,从原理、位移传感器的非线性补偿、被测表面倾角、被测表面特征(颜色、粗糙度、光泽)几方面分析误差产生的原因。探讨各因素的误差补偿方法,对传感器进行非线性误差标定,测量出其非线性误差曲线图;使用标注件标定激光头本身倾角误差,对绘制倾角误差测量结果做曲线拟合;对被测件表面的颜色处理;在非特定条件下,可以忽略表面光泽度和粗糙度;最后综合上述过程,得出测量结果。该方法提高了测量精度。对于小型机电,电子产品外形反求测量,提高其生产过程中的测量精度,具有一定指导作用。     

激光三角法位移测量多项式拟合及误差修正

基于非接触高测量精度、便于使用等特点,激光三角法测距在科研和工业生产实践中已获得了广泛的应用.位移测量是通过激光斑在成像光敏面上的位移来决定的,在不同的应用中两者之间多项式拟合的参数选择也往往不同,选择合适的多项式,实现快速、高精度测量对不同的应用有很重要的意义.本文针对激光三角法位移测量被测面位移量y与成像光斑在光敏...     

激光三角法在锥管螺纹轮廓测量中的应用

设计了基于激光三角测量原理的锥管螺纹轮廓测量系统,以非接触扫描的测量方法实现螺纹轮廓的自动测量。系统以ADu C845单片机为核心,采用激光三角位移传感器、精密丝杠和编码器分别获取螺纹垂直(Y轴)和水平(X轴)方向的原始数据,进而得到螺纹轮廓的坐标值。对数据进行相应的滤波和处理后综合得到螺纹轮廓,通过参数的算法模型得出螺纹的牙高、螺距和锥角等参数。     

轴类零件参数综合检测

以轴直齿类零件为例 ,提出一种快速、能同时测量轴向尺寸和径向尺寸的非接触、多参数综合测量方法。它利用基于光学三角法的激光位移传感器获得轴类零件的径向尺寸 ,利用半导体激光器与光电二极管组成的扫描式发讯传感器和光栅传感器的组合获得轴向尺寸。探讨了该系统的检测性能 ,给出了实测结果     

基于激光位移传感器的非接触三坐标测量机的设计

针对采用接触测头进行测量的三坐标测量机的测量效率低、不能对易变形物体进行测量等问题,设计了一种基于激光位移传感器的非接触三坐标测量系统,以PLC和工控机为主控,通过运动模组带动激光位移传感器定位,实现对工件表面特征点尺寸和数据的快速测量,且用户可通过触摸显示屏对设备进行操作.通过对待测工件进行实测表明,该设备能满足生产...     

Non-Contact Triangulation Measurement of Distances to Mirror Surfaces

Metrological analysis of triangulation laser sensors for measuring distance to mirror surfaces was performed. Theoretical and experimental studies have established that the measurement range of distance depends on the angle of incidence of the laser beam, and the main factor that affects the measurement accuracy is the rotation of the sensor in the plane of incidence. A non-contact sensor for measuring distance to liquid surfaces which provides signaling upon reaching a prescribed value is designed. An overview of triangulation measurement systems is given.     

Effect of slice thickness on the profile accuracy of model maker rapid prototyping measured by a circular triangulation laser probe

The objective of this research is to investigate the effect of slice thickness on the profile accuracy of the model maker (MM) rapid prototyping (RP) system, layer by layer, through non-contact laser probe measurement. A circular triangulation laser probe, model OTM-3A20, made by Wolf & Beck Co., was mounted on a coordinate measuring machine (CMM), as the non-contact sensor. An adjustment device for the laser probe was designed to minimise the cosine error caused by assembly inaccuracy. The alignment test of the measuring laser beam was carried out using a calibrated specimen. The systematic accuracy of the circular triangulation laser probe with respect to the surface roughness and the surface slope of the RP workpiece was investigated using a HP5529A laser interferometer system. The maximum error of 21/2D RP part profile accuracy can be improved from 220 μm to 131 μm, and the average error can be improved from 78 μm to 46 μm as the slice thickness changed from 0.127 mm (0.005 in.) to 0.0127 μm (0.0005 in). However, the machining time increases by about seven fold based on the experimental results. An overall error of 197 μm as measured by the laser probe is attainable using the finest slice thickness 0.0127 mm (0.0005 in.) for the 3D profile accuracy. To verify the accuracy of non-contact laser probe measurement, the 3D profile of the RP part was also measured by a CNC CMM, with good consistency.     

Calibration of laser beam direction for optical coordinate measuring system

For the purpose of measuring free form surfaces of some key parts in the aviation field accurately and effectively, such as blades, a non-contact optical coordinate measuring system is set up in the paper. A laser displacement sensor is mounted on the Z axis of a CMM via a turntable and adjusted to the suitable orientation according to the shape of the target surface. The combination of optical sensor and CMM can reach the full potential of them both. To enable the laser sensor to perform measurement in every direction, a calibration method used to determine the laser beam direction based on a standard sphere is proposed, the principle of which is analyzed in detail in the paper. In the calibration procedure, the sensor moves at an equal step along X, Y and Z axes respectively and then equation sets are established to calculate the unit direction vector of the line which the laser beam is on. In the process of solving the unknown quantities, a new parameter substitution method is applied. Finally, a gauging block and a sphere with known size are used to verify the method. As the experimental results show, the measuring errors in several directions are all smaller than 0.05 mm, which manifests that the calibration method proposed can meet the requirements of reverse engineering.     

未知相对位置条件下回转体厚度的双激光检测

为了实现对大型空心回转体厚度的测量,提出了一种基于双激光位移传感器的非接触扫描检测方法。在回转体与双激光位移传感器相对位置未知的条件下,分析了由回转体安装偏心以及传感器光轴与原点不共线时所引入的测量误差,建立了双传感器信号与被测位置厚度之间的数学模型。并借助于相关理论相位差计算法、牛顿迭代法以及循环平移方法,将实际厚度值从传感器信号中提取出来。对回转体厚度检测算法的仿真实验表明,当检测信号中干扰分量的幅值不大于0.3mm时,算法检测厚度的相对误差总体保持在0.5%以内,并将此作为调整旋转台转速的依据。分析实验测量数据发现,两路信号的最大相对平移量为4;通过对数据进行偏心补偿以及平移,本厚度检测算法的测量重复性误差不大于0.05mm,可以实现在随机位置状态下对回转体厚度的高精度检测。     

基于LabView的激光振动位移测试系统设计

为了准确快速地检测大批量转轴的质量是否合格,分析了目前企业大量使用的接触式测试系统存在的问题和不足,提出了一种基于激光测距传感器的非接触式的测试方法。着重对测试原理、基于USB数据采集技术的硬件系统构成及基于LabView虚拟仪器的应用软件设计进行了阐述,经现场实际运行情况表明,该系统稳定可靠,便于工人操作,具有较强的推广应用的意义。