三维扫描测头精确跟踪的摄影测量方法

针对传统三维扫描测量机器人依赖于机器人的定位精度从而难以实现高精度测量的问题,提出了一种三维扫描测头精确跟踪定位的摄影测量方法。首先,搭建由多个工业摄像机构成的测头跟踪系统,并在机器人的扫描测头上粘贴编码标志点;然后,对摄像机进行高精度标定,求解出摄像机内外参数;其次,多摄像机同步采样,对图像中的标志点依据编码原理进行匹配,并求出投影矩阵;最终,求解出编码标志点在空间中的三维坐标,实现三维扫描测头的跟踪定位。实验结果表明,标志点定位在距离上的平均误差为0.293 mm,在角度上的平均误差为0.136°,算法精度在合理范围之内。采用该摄影测量方法可以提高扫描测头的定位精度,从而实现高精度测量。     

回转体七轴综合测量的数据融合研究

针对回转体七轴综合测量,研究了电感测头采集到的三组柱坐标系下数据的融合方法。介绍了测量系统的工作原理,详细分析了各测头在敏感方向和非敏感方向位置的标定方法,结合标定结果建立了数据融合模型。该系统实现了工件一次装卡完成内、外轮廓的全部几何参数的测量。实验表明：该系统的测量不确定度在0．02mm以内。     

基于线结构光扫描的结冰冰形三维测量

现有三维扫描仪进行结冰冰形测量时需喷涂显影剂,无法满足结冰生长过程3D冰形在线测量需求。为此,基于线结构光扫描,提出了结冰冰形三维测量方法,搭建了基于传送带的线结构光扫描冰形测量装置,对线结构光视觉测量系统进行标定,获取了摄像机和激光平面方程参数,采用改进的梯度重心法实现了低对比度冰体图像激光光带亚像素中心位置提取,结合标定结果计算了冰体轮廓线三维坐标,再根据传送带运动距离,对冰体轮廓线逐行拼接,得到整个冰体三维测量点云。实验结果表明,对半径已知的圆柱形冰块进行轮廓线测量,相对误差为0.157 mm。     

基于MEMS的微位移传感器及其应用研究

对一种基于MEMS探针进行开发,以实现微纳米尺度下的几何量测量。该探针是静电梳齿型结构,含有定齿和连接有主梁的动齿。主梁顶端的探针能够感知样品表面形貌而引起梳齿间位移,梳齿间位移能够带来梳齿间电容的变化。设计了测头的电容信号检测电路。搭建测试系统,利用该系统进行进针实验,标定测头的灵敏度为2.323nm/mV,实验表明测头的非线性误差小于0.22%。利用该测头作为SPM测头,搭建小型SPM系统,对108nm台阶高度的光栅结构进行了扫描。     

线结构光扫描传感器结构参数一体化标定

为了精确快捷地标定线结构光扫描传感器的结构参数,提出了一种线结构光扫描传感器结构参数一体化现场标定的新方法,建立了线结构光扫描传感器的数学模型,根据张正友摄像机标定思想结合L-M非线性优化算法能快速精确地完成摄像机内外参数的标定,在此基础上,引入辅助线激光,通过反复多次提取两激光交点完成对线结构光平面精确标定。文章还介绍了如何获取激光交点以及精确提取交点坐标的方法,通过设计相关实验验证了本文方法的可行性,使系统精度优于24μm,能满足实际测量要求。     

基于激光扫描的脚型测量系统关键技术及可靠性研究

针对脚型参数低成本高可靠性自动测量问题,研制了一种基于激光扫描的脚型测量系统。该系统主要由线结构激光源、CMOS摄像头、扫描机构及其控制软件组成。采用最小面积外接矩形法、最大方差分割法以及灰度重心法等图像处理方法,实现了摄像头标定、足底扫描图像处理和足面线结构光图像处理等系统关键技术。为验证系统的可靠性及精度,46名志愿者应征参与到实验中,运用统计学方法,统计分析脚型参数的可靠性。研究结果表明,该脚型测量系统具有很好的可靠性和精度,满足脚型测量的需求。     

SMT封装电路板三维在线检测技术

为了检测回流焊接之后SMT( Surface Mount Technology)封装电路板是否存在缺陷,设计并搭建了基于线结构光传感器的SMT封装电路板三维在线检测系统,通过线结构光扫描测量,获取SMT封装电路板表面三维数据。采用双传感器测量技术,有效减少数据丢失;研究了双传感器统一标定技术,可同时实现两个传感器的参数标定和坐标系统一。提出了自适应光条中心提取算法,对反射或散射影响而形成的光条图像噪声具有很好的抑制效果,能够提取准确的光条中心。实验表明系统测量精度可达到0.02 mm。系统测量得到的三维数据,可以为在线检测SMT封装电路板缺陷提供可靠的三维信息。     

基于简化特征匹配的双目视觉测量系统及其参数计算

为了解决高温风洞内部高精度非接触测量的难题,完成了观察窗透视双目视觉测量系统。该系统基于主动投射移动线激光和超高速同步相机,以简化左右图像特征匹配的复杂度。介绍了提取线激光光条中心的改进的灰度重心法,还讨论了相机和镜头的选型策略以及参数计算。实验表明,该系统最快可以1s完成一个扫描幅面,在1300～1500 mm处,待测幅面为300 mm×300 mm时的最大测量标准偏差为0.11 mm。应用显示,该系统可以保证高温风洞内待测物的实时连续测量和后续动态分析、演示。     

数字式、微型化、低功耗电容测微仪的研究

介绍一种新型电容测微仪.通过测头与测量电路的一体化设计,精缩了仪器体积;采用差动测头结构,减少了由于环境变化引起的测量误差;使用数字信号传输测量结果,增加了信号的传输距离,提高了抗干扰能力.给出了电容量和被测距离之间的非线性关系的直线拟合方法.研究结果表明:有效直径为3 mm的传感器测量范围为±80 μm,分辨力达到0.01 μm,时间稳定性达到0.01 μm/h.     

一种用于机器人三维表面扫描系统的手眼标定算法

将线结构光测头安装在机器人末端,构成自由曲面非接触测量系统,利用齐次坐标变换理论建立测量系统的数学模型,针对该模型中的手眼标定问题,使用平面作为参考物,控制机器人以特定的位姿测量该平面,建立关于手眼关系的约束方程,并给出手眼参数的封闭解.通过对实际系统进行标定实验,验证了算法的有效性.     

机载激光扫描测距仪的误差分析

对机载激光扫描测距仪在实际测量中的扫描角、目标表面倾斜度、激光束发散角效应、GPS定位精度及INS姿态测量精度等可能引起测量误差的因素进行了分析,并给出了定量化的评估,为机载激光扫描测距系统的测距精度的提高和测距性能的改进提供了有益的参考依据。     

超声波传感器测距实验平台设计与实验

超声波传感器在农业环境的实际应用中,环境的多变会引起超声波传输误差,传感器自身的波束角效应会引起测距误差,运动机械的振动也容易引起测量误差.针对超声波传感器在农业环境中的应用,设计了超声波测距实验平台.根据超声波传感器的工作原理,研究了测量误差产生的原因.重点研究了被测面和传感器波束角大小引起的测量误差,比较了不同条件...     

双路扫描式激光测径仪系统设计

针对企业对小型零部件生产线上的工件线径检测精度和稳定性问题,研制了一款基于ARM+FPG A的双路扫描式激光测径系统,用于解决扁平形漆包线线径的精确测量问题。该测径系统采用标准棒法测量原理,运用累加求和取平均值的处理算法,实现了工件线径的厚度和宽度双向检测,克服了单路激光测径系统测量范围受限等缺点。实验结果表明,该测径仪精度可达到0.001 mm,示值误差不超过±0.005 mm,稳定性能好,测量精度高,适合于生产线上小尺寸工件线径的精度检测。由于FPGA的快速数据处理能力,本系统特别适用于动态线材的尺寸监测。     

扫描仪误差分析

为了解决用扫描仪测量微生物抑菌圈直径时误差较大问题,对扫描仪误差进行了分析。扫描仪误差包括像素间距误差、像素间距横纵比误差及扫描起点误差等。提出用椭圆拟合法对扫描仪误差进行测量。通过V isual C++6.0编程,研究了扫描仪误差与扫描时间、扫描位置、扫描分辨力等因素的关系,发现了一些规律,为编程实现针对扫描条件的测量结果自动修正打下了基础。     

基于角锥棱镜的激光干涉位移测量误差分析

基于光线矢量方法和角锥棱镜光学特性,推导角锥棱镜姿态角、直线运动自由度、余弦误差以及阿贝误差对激光干涉位移测量影响的数学表达式,并使用RENISHAW XL80激光干涉仪搭建测量光路,开展相关测量实验。结果表明：姿态角对干涉位移测量的影响通常不超过0.1um;当角锥存在直线自由度误差时,返回测量光束的光斑中心会产生与水平或垂直直线度方向一致的平移,但不会引入几何位移测量误差;推导给出角锥棱镜测量光束的回光偏移量与余弦误差之间的关系,阿贝误差与阿贝臂值和角锥棱镜偏摆角之间的关系。干涉位移测量实验表明,通过修正阿贝误差,可以有效提高位移测量精度。研究结果建立了基于角锥棱镜进行干涉位移测量的误差分析方法,为干涉位移测量的误差补偿提供依据。     

基于序列轮廓线的凸面目标全自动重构方法

凸面目标在成像时会表现尺寸较小、纹理稀疏或缺乏、透光、反光等特点.在对其进行三维重构时,传统的立体视觉匹配、主动视觉扫描(激光或结构光)等重构方法无法提供良好的解决方案.针对此类目标的重构难题,本文提出一种基于序列轮廓线的全自动重构方法.该方法首先采集目标的序列轮廓影像,然后提取高精度的轮廓线,再利用多个视角的轮廓线对初始外包体进行空间切割得到目标的初始三维模型,接着根据角度和面积约束对初始三维模型中的面进行合并,最后利用合并后的面重新对外包体进行精细切割得到目标的精确三维刻面模型.通过对凸面目标(注射器针头,直径约为3mm)的重构实验证明,利用本文的方法重构得到的模型角度误差小于0.7,执行时间小于15s,重构过程无需人工干预,能有效解决凸面目标的三维重构及视觉测量难题.     

基于激光位移传感器的小转角测量方法研究

针对结构刚度测试中的转角测量问题,提出了一种新的小转角测量方法。采用激光位移传感器测量待测物体的切向线位移值,再通过几何关系将其转换成转角值。建立了包含4个因素的误差数学模型,分析了±1°的测量范围内各误差因素分别对测量结果的影响,结果表明：光斑距刻线标志偏距Δl对误差的影响较大。应用本方法,针对一异形构件进行了扭转刚度测试,当Δl上下限为±1 mm时,测量误差在2%左右,验证了本方法的有效性和准确性。     

Micro-mirror laser scanner combined with a varifocal mirror

A laser beam scanning system consisting of a scanning micro-mirror and a varifocal micro-mirror is fabricated for laser beam sensing with variable beam diameter. The scanning micro-mirror is operated under the resonant oscillation condition with an electrostatic comb-drive actuator. The varifocal micro-mirror is driven by a bending moment generated at the circumference of mirror with a parallel-palate electrostatic actuator. The scanning micro-mirror and the varifocal mirror are fabricated on a silicon on insulator wafer. The rotational angle of 9° at 766 Hz is obtained at the voltage of 300 V. The spot size of the laser beam is adjusted from 0.5 to 3.5 cm at the distance of 43 m by changing varifocal voltage. The proposed scanning system can be useful for several sensing techniques.     

基于机器视觉的钢轨轮廓测量方法研究

钢轨轮廓检测是轨道几何参数检测的重点和难点。采用二维平面靶标对激光摄像传感器进行标定,建立世界坐标系和图像坐标系的标定模型。通过棋盘格进行实验标定,获取300组数据,采用非线性最小二乘法来标定模型参数。结果表明:采用非线性最小二乘法能够将棋盘格水平和垂直的测量误差控制在0.3 mm左右,该方法能够很好地运用到钢轨轮廓测量中。     

基于信息融合的移动机器人侧向定位的研究

超声波传感器的入射角对输出有很大的影响,通过实验分析了入射角对输出的影响。采用引入误差补偿因子的方法,标定了传感器的测量模型,使得测量精度大大提高。在此基础上,基于多源信息融合设计了3种移动机器人侧向定位模型。经实验比较证实,引入误差补偿因子的融合模型定位精度高,可以使得距离误差控制在±2.4mm,姿态角误差控制在±0.32°以内。最后,将该融合模型应用于移动机器人的实际控制中,距离误差为±3.7mm、姿态角误差为±0.58°,满足移动机器人定位精度的要求。