一种移动视觉测量系统的建模及标定方法

针对一种立柱式二维移动视觉测量系统,提出了其数学模型的建立和标定方法。分析了测量原理和系统组成,并通过对运动定位和摄像机成像的独立建模,构建了符合测量原理的整体数学模型。标定时,在完成对定位误差等13项几何误差标定的基础上,通过移动摄像机使圆孔靶标的像平均分布在摄像机的像面上,根据靶标的工作台位置、像点坐标、以及测量时对应的运动机构移动量,利用最小二乘非线性拟合方法实现对摄像机成像模型参数的标定。实验结果表明:经建模和标定后,测量平均误差为1.8μm。利用该方法进行移动视觉测量系统的建模和标定,可以有效地保证系统的测量精度。     

三轴转台垂直度误差的测试与分离技术

用千分表测量了三轴转台的外环轴分别处于 0°和 180°时中环轴轴线在轴端位置时的变化量 ,从而得出了中环轴轴线与外环轴轴线的垂直度。在内环轴轴线与外环轴轴线处于平行位置时 ,分别使内环轴和外环轴处于不同角位置 ,用千分表测量内环轴端面跳动量 ,通过对端面跳动进行谐波分析 ,分离出了内环轴轴线对中环轴轴线的垂直度。     

基于成像测量的车辆前照灯配光屏幕标定方法

根据基于面阵CCD摄像机成像测量的车辆前照灯配光性能测试系统的特点,提出一种成像测量与图像处理相结合的车辆前照灯配光屏幕照度测试靶标标定方法。该方法直接利用车辆前照灯配光性能成像测试系统对车辆前照灯配光屏幕上不同照度测试位置处分别放置的直线靶标进行成像,获取各直线靶标图像。在图像处理中,采用图像差分法及二值化方法提取各直线靶标,通过对各直线靶标的细化操作,获得各单直线图像,最后,采用本文提出的“粘贴”和“裁剪”方法将各单直线图像融合成一幅车辆前照灯配光屏幕照度测试位置靶标图像。该标定方法不仅能在车辆前照灯配光性能成像测量中使配光屏幕上的照度测试位置用照度测试位置靶标图像中对应的成像位置来定位,而且还能保持配光屏幕的均匀反射率特性。因此,该标定方法有利于实现配光屏幕上各处照度的同时成像测量。实验结果得出:文中标定系统的标定准确度为93.53%,符合车辆前照灯配光性能测试的要求。     

三维点云无线遥控测量台的设计与标定

使用数控测量台和双目立体视觉测量设备实现被测样件完整的三维点云测量。设计了一种具有有线和红外遥控两种控制模式、可实现二轴移动和二轴回转运动的测量台,提出了一种标定测量台旋转轴的方法。在测量台上粘贴3个以上圆形标靶点并控制测量台绕待标定轴转动,使用测量设备获取测量台两个不同转角位置的标靶点三维坐标点集,利用点集坐标计算出待标定轴在摄像机坐标系下的一个位置,由多个位置优化完成轴的标定。实验结果表明,测量台的控制方式柔性、方便;标定方法简便、成本低、稳定可靠。     

两轴转台结构光三维扫描仪及多视自动拼合

提出了一种基于结构光的两轴回转式视觉测量系统.介绍了测量原理,系统组成及控制流程,建立了基于两轴转台的点云回转拼接模型;提出了基于测量数据的两轴转台位姿标定方法,在转台绕摆动轴转动过程中对按一定布局固定在转台上的2个标定球进行不同视角测量,通过数据分割得到每个球的数据并计算其球心,2个标定球球心所在圆的圆心精确标定了转台摆动轴轴线,同理标定出转动轴的初始轴线,通过计算得到转动轴在任意视角的方位,从而精确标定了两轴转台的位姿;通过利用高精度三坐标测量机在空间模拟两轴转台运动,对该标定方法进行精度评价;实现了对小特征零件的快速测量,并以转台标定位姿为实现了多视自动拼合.     

应用高精度全站仪动态标定光学靶标的新方法

光学靶标是一种用来在室内检测大型光测设备跟踪性能和测量精度的标校装置,其运动时给出的目标空间角度值可以用来标定光测设备的动态特性。针对光学靶标运动时空间位置动态标定的问题,本文提出了一种应用瑞士Leica公司生产的高精度全站仪TDA5005对其进行自动跟踪标定的新方法。标定结果显示,光学靶标的动态位置误差小于5″,满足标定精度要求。     

大视场线结构光视觉传感器的现场标定

针对大视场线结构光视觉传感器的现场标定,提出了一种基于自由组合一维靶标的标定方法。自由组合多个一维靶标并固定,其中每个一维靶标至少包含3个共线特征点。靶标在传感器测量空间内自由摆放至少两次。以一维靶标两两之间夹角恒定为约束求解摄像机内部参数;由一维靶标消影点性质和特征点之间距离约束,求解各特征点在摄像机坐标系下的空间坐标;根据交比不变计算光平面与各一维靶标交点的摄像机坐标,拟合出光平面方程。实验表明,该方法可获得与平面靶标相当的标定精度,具有靶标加工容易、精度高、摆放次数少的特点,适合大视场线结构光视觉传感器的现场标定。     

三轴转台轴线垂直度的测试方法

为了测量中环轴、内环轴不能全回转的三轴转台回转轴线的垂直度误差,设计了利用自准直仪和平面反射镜将有限回转轴系轴线引出的方法。根据自准直仪读数与平面反射镜对回转轴线的垂直度误差、自准直仪的光轴与回转轴线的平行度误差之间的关系,利用最小二乘法引出外环轴处于不同位置时的中环轴轴线、内环轴轴线,实现了三轴转台轴线垂直度的测量。     

基于网格靶标快速高精度摄像机标定方法

本文针对单摄像机成像特点,首先建立其实际成像数学模型,为快速高精度的标定摄像机参数,靶标采用平行网格线靶标,有效利用直线的平行性约束条件,可高效的求取目标点,此种方法先求解摄像机纵横比,然后利用参数分离的方法通过迭代求解其余模型参数,从而简化了求解过程,将标定结果与Tsai法相比较可知,标定精度相当。     

轴端无通孔时三轴转台相交度测试方法

为解决中环轴没有通光孔时如何测量三轴转台轴线相交度的问题,在内环轴上三轴交汇中心附近设置一靶标,再利用齐次变换法推导出靶标在基准坐标系下的坐标,它是三轴相交度、三轴角位置以及靶标在内环轴坐标系下的偏移量的函数,据此设计三轴相交度误差的测量方法。利用经纬仪观测靶标,计算出靶标坐标的变化量,从而实现三轴相交度的测量,并进行相关的误差分析。分析结果表明:实测相交度满足测量精度要求,测量结果具有有效性。该测量方法可避免在没有通光孔的中环轴旋转至某些特殊角度时经纬仪视线被挡住的情况,使得测量更加方便。     

轴线测量与迭代补偿的机器人几何参数标定

为了提高串联工业机器人的绝对定位精度,提出了采用轴线测量与迭代补偿相结合的工业机器人几何参数标定方法。首先利用激光跟踪仪测量机器人单轴运动的轨迹,将所测轨迹点通过空间投影计算各轴线的位置;然后根据机器人模型参数的几何定义提取机器人模型的实际参数,并采用基于距离误差的迭代补偿方法进行参数标定效果验证。对埃夫特ER10L-C10工业机器人进行标定实验研究,结果表明:机器人绝对定位误差的最大值、平均值和标准差分别从补偿前的4.215、1.932和1.437 mm减小到补偿后的2.979、1.015和1.031 mm,该方法能够简单快速标定出机器人模型的实际几何参数,有效提高了机器人的绝对定位精度。     

齿距偏差测量中系统误差的分离方法

德国联邦物理技术研究院(PTB)与日本计量院(NMIJ)提出了将闭环技术应用于齿距偏差的测量,用于消除测量过程中的系统误差,达到高精度测量齿距偏差的目的.通过借鉴闭环测量技术,提出了齿距偏差两步测量法用于消除齿距偏差测量中的系统误差.首先将被测齿轮安装于齿距偏差测量仪中,对齿距偏差进行初次测量;测量结束后,将齿轮在测量仪中绕轴线改变一个齿距角的位置,再次对齿距偏差进行测量.根据齿距偏差与测量系统误差的关系及两次测量数据,可以建立数学模型对齿距偏差与系统误差进行求解,达到分离系统误差的目的.分别采用闭环技术与两步法对模数为6,齿数为20与模数为4,齿数为30的两个齿轮齿距偏差进行测量,并对测量结果进行比对,单个齿距偏差值分别相差0.10μm与0.15μm.测量结果说明,两步法可以应用于齿距偏差的高精度测量,同时,其测量过程相对于闭环技术更加简单,更易于广泛应用.     

Tracking laser radar for 3-D shape measurements of large industrialobjects based on time-of-flight laser rangefinding andposition-sensitive detection techniques

A tracking laser radar device is proposed for the 3-D measurement of the shapes of large industrial objects. The measuring system includes a servo-controlled measuring head and small reflectors attached to the object. The sensor consists of a tracking sensor, a pulsed time-of-flight rangefinder and angle encoders. The implementation of the tracking sensor and its test results are explained in detail. Tracking is accomplished by illuminating the reflectors of the target object and focusing the reflected light on the surface of a four-quadrant (4Q) position-sensitive detector, the signals of which are used to drive the servo motors of the measuring head. The test results show a tracking sensor resolution of about 0.003 mm (σ value) and bias of about ±0.1 mm when the distance and angle of the target reflector vary in the ranges 2-5 m and ±45°, respectively. The pointing accuracy of the tracking system was better than ±0.3 mm     

Precision measurement and compensation of kinematic errors for industrial robots using artifact and machine learning

Industrial robots are widely used in various areas owing to their greater degrees of freedom (DOFs) and larger operation space compared with traditional frame movement systems involving sliding and rotational stages. However, the geometrical transfer of joint kinematic errors and the relatively weak rigidity of industrial robots compared with frame movement systems decrease their absolute kinematic accuracy, thereby limiting their further application in ultraprecision manufacturing. This imposes a stringent requirement for improving the absolute kinematic accuracy of industrial robots in terms of the position and orientation of the robot arm end. Current measurement and compensation methods for industrial robots either require expensive measuring systems, producing positioning or orientation errors, or offer low measurement accuracy. Herein, a kinematic calibration method for an industrial robot using an artifact with a hybrid spherical and ellipsoid surface is proposed. A system with submicrometric precision for measuring the position and orientation of the robot arm end is developed using laser displacement sensors. Subsequently, a novel kinematic error compensating method involving both a residual learning algorithm and a neural network is proposed to compensate for nonlinear errors. A six-layer recurrent neural network (RNN) is designed to compensate for the kinematic nonlinear errors of a six-DOF industrial robot. The results validate the feasibility of the proposed method for measuring the kinematic errors of industrial robots, and the compensation method based on the RNN improves the accuracy via parameter fitting. Experimental studies show that the measuring system and compensation method can reduce motion errors by more than 30%. The present study provides a feasible and economic approach for measuring and improving the motion accuracy of an industrial robot at the submicrometric measurement level.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-022-00400-6     

Improved power-series expansion method for the analysis of magneticdeflection yokes

We have proposed an improved power-series expansion method for the analysis of magnetic deflection yokes in a cathode-ray tube (CRT). The magnetic field is expanded to either of two different power-series formulations, depending on the radial position from the central axis of the deflection yoke. The coefficients of the power series are calculated by symbolically differentiating the magnetic field expressed by the surface magnetic charge method formulation. The boundary position for selecting either of the two formulations and the required highest order of the power series are determined by minimizing the summation of squared differences between the magnetic fields given by the proposed method and those given by the surface magnetic charge method at an off-center position. We compared the speed of the proposed method with the conventional surface magnetic charge method acid evaluated the picture quality on a screen. We found that the calculation time for the misconvergence was reduced to 1/63 that of the conventional method, with an accuracy of ±0.4 mm     

面向机器人标定的单激光跟踪仪顺序多站式测量系统建模与分析

为实现大型串联工业机器人的高精度标定,搭建了一种单激光跟踪仪的顺序多站式测量系统。该系统仅需单台激光跟踪仪,先后在不同的基站位置对工业机器人的末端位置进行独立测量,并基于多边测量方法计算机器人的末端位置。计算过程中仅需激光跟踪仪的距离信息,有效地优化了末端位置的测量不确定度。首先,建立了该测量系统的仿真模型,深入地分析了测量点的数量与分布形状、测量距离以及工业机器人定位精度等因素对系统测量精度的影响;然后,依据分析结果确定单激光跟踪仪顺序多站式测量系统的搭建方案。实验结果表明:该系统在2.5m距离上的测量误差仅为0.023mm,优于激光跟踪仪的测量精度,满足大型串联工业机器人参数标定的测量精度要求。     

Using concentric circles and wedge grating for camera calibration

This paper presents a method for camera calibration based on the orthogonal vanishing point calibration using concentric circles grating and wedge grating. This method, which we believe is new, uses the high-precision characteristics of phase extraction to obtain the feature points, thus decreasing the calibration errors caused by the traditional marker extraction errors of gray pattern. According to the simulation experiment analysis results, the concentric circles grating was designed with seven periods and the wedge grating was designed with four periods. In the real measuring experiment, the grating target and the similar gray concentric circles target were used to calibrate the camera, respectively. Through comparing the reprojective errors of the two methods, the method proposed is proven to improve the calibration accuracy and robustness for the vanishing point calibration algorithm.     

大空间坐标测量网络的现场实时标定方法

大空间坐标测量网络主要由若干测量基站组成,为在测量现场完成网络的构建,并在测量过程中实时重新标定测量基站的空间坐标,通过对网络的测量原理及测量基站的结构进行分析,提出了模拟基站的标定模型。该模型将球形标靶作为模拟基站,并将模拟基站布置在特定位置上,可解决共面布局下测量网络的标定问题。为获取标定模型所需的距离信息,提出了主动扫描和寻心扫描两种瞄准测距方法。仿真标定实验结果表明,当测距精度为0.5 mm时,测量基站的坐标标定误差均值为2.1 mm。瞄准实验结果表明,两种瞄准方法所得测距值标准差分别为0.16 mm和0.34 mm,与测距精度相当。     

复杂光照环境下空间目标相对位姿测量方法研究

为解决空间复杂光照环境下可见光相机获取的图像照度不一、信息失真、特征不完整导致的目标 航天器相对位姿求解困难的问题,提出了一种基于图像增强和弧段特征的双目视觉相对位姿测量方法。首先通 过基于带色彩保留的多尺度Retinex（Multi?scale Retinex with Chromaticity Preservation, MSRCP）自适应图像预处理 方法提升空间暗弱光、局部强曝光环境下的图像质量;然后利用基于边缘弧支撑线段的椭圆检测算法提取目标 航天器表面星箭对接环的弧段特征,并拟合得到椭圆轮廓;最后利用双目相机搭建了空间相对位姿测量物理仿 真实验平台,建立双目空间椭圆锥测量模型解算目标的六自由度相对位姿,实现了近距离正常光照和暗弱光照 场景下目标航天器相对位姿求解。实验结果显示：在正常光照场景下,相对位置平均误差优于20 mm,相对姿 态平均误差优于0. 3°;在暗弱光照场景下,相对位置平均误差优于30 mm,相对姿态平均误差优于1°。研究成 果为近距离空间交会对接等在轨服务任务中的目标识别与测量提供了参考,具有技术借鉴价值。