单轨检测机器人的研制

文章根据桥门式起重机轨道的工作状况及环境,开发了一种适于轨道检测的单轨机器人。该机器人可以携带反射棱镜沿轨道匀速行进。它具有两个侧轮,在行进过程中,根据两边侧轮距离的变化可以判断轨道横截面宽度的变化。单轨机器人中心的位置,可由全站仪追踪。全站仪发射的激光,经棱镜反射后,再由全站仪接收。通过对采集数据的处理,计算出轨道机器人的位置坐标。该位置在轨道横截面上的变化反应了轨道中轴线的变化。检测时,单轨机器人的前进和后退速度分别为1.853m/s和1.804m/s。     

科技成果

大型工件外径测量系统该测量系统采用激光瞄准和激光测距技术，装有角隅棱镜的磁性定位和轻型导轨，实现了高精度大直径直接测量，同时使仪器轻便操作，能够在加工现场或加工机床上进行在位测量。关键技术包括：使用了体积小、重量轻的半导体激光长距离高精度准直系统，准直激光束光斑圆整，有效抑制了激光的漂移；轻型导轨不直线度误差实时测量与补偿，探测器位于一定距离，可同时探测五角棱镜平移和转动两项误差，实现了导轨误差的自动补偿；激光自准直瞄准被测工件直径；装备角隅棱镜和平面反射镜的磁性定位块，具有在不连续圆周表面上定…     

大型工件外径测量系统

该测量系统采用激光瞄准和激光测距技术,装有角隅棱镜的磁性定位和轻型导轨,实现了高精度大直径直接测量,同时使仪器轻便操作,能够在加工现场或加工机床上进行在位测量。关键技术包括：使用了体积小重量轻的半导体激光长距离高精度准直系统,准直激光束光斑圆整,有效抑制了激光的漂移;轻型导轨不直线度误差实时测量与补偿,探测器位于一定距离,可同时探测五角棱镜平移和转动两项误差,实现了导轨误差的自动补偿;激光自准直瞄准被测工件直径;装备角隅棱镜和平面反射镜的磁性定位块,具有在不连续圆周表面上定位和测量的双重功能;计…     

线性位移台直线度高精密外差干涉测量装置

直线度测量中往往存在有限的测量范围、精度低和阿贝误差等问题。本文提出了一种高精密直线度外差干涉测量装置,该装置由Koester棱镜、角锥棱镜、1/4波片、楔面棱镜和楔面反射镜构成。楔面棱镜为直线度传感元件,角隅棱镜和楔面反射镜是测量信号的回光元件。双频激光信号进入直线度干涉仪后组成几何空间对称四光路测量信号。四路测量光走过几乎完全相同的路径有效地提高了干涉仪的稳定性,并且使空程误差最小化。使用楔角为1°的楔角棱镜和2π/512细分的相位计,直线度测量分辨力为17.71nm。该方法不需要与行程同长的大反射参考镜,但同样能实现高分辨率,理论和实验证明空间对称测量结构避免了由俯仰,偏转和滚转角引起的阿贝误差的串扰,而且光学元件少,结构简单,方便易用,结果可以直接溯源到米的定义。     

新型轨道自动检测系统研究

近年来,起重机轨道的检测系统测量准确性不高并且效率较低.为了提高现有起重机轨道检测的测量准确性,提高检测效率,提出了一种新型轨道检测系统.在系统中综合使用基站搭载的激光扫描仪,实时追踪小车位置,根据扫描仪采集的数据重构出轨道顶面中心线的空间形状,检测轨道变形程度.系统测量精度可以满足现有标准要求,同时相对于传统检测设备...     

具有增大光程差的新型差动激光干涉仪

这种新型激光干涉仪用来测量微型元件,灵敏度高,精度稳定可靠。其光程差由两对棱镜和一个能产生微小差动位移的微动工作台加以放大,以提高10倍灵敏度。利用角隅棱镜的双轴性,将光线在角隅棱境之间进行多次反射。仪器中光学零件的合理布置可减小热线胀系数和空气折射率的影响。     

新型轨道自动检测系统研究探素

针对起重机轨道检测系统进行研究探索,提高现有轨道检测的测量准确性,提高检测效率。在系统中综合使用基站搭栽的激光扫描仪,实时追踪小车位置,根据扫描仪采集的数据重构出轨道顶面中心线的空间形状,检测轨道变形程度。系统测量精度可以满足现有标准要求,同时相对于传统检测设备,检测效率提升数倍以上。     

五角棱镜扫描系统中调整误差及制造角差的影响分析-

五角棱镜扫描系统可以实现高精度测量光学表面面形,为了全面分析五角棱镜扫描系统中的调整误差及制造角差对指向误差和测角仪测量误差的影响。根据旋转变换矩阵和光线矢量追迹理论,运用MATLAB编写通用的五角棱镜扫描系统的光线矢量追迹函数及相关分析程序。同时通过二维二次多项式拟合推导出,在一定角度范围内,用于计算指向误差和测角仪测量值的二阶近似公式。分析结果表明：在扫描测量过程中,测角仪的俯仰角和五角棱镜的制造角差对沿扫描方向指向误差和测角仪垂直方向测量值的影响是常量,五角棱镜扫描过程中的偏摆角和滚动角与其成二次函数关系;五角棱镜的偏摆角和滚动角、测角仪的偏摆角与垂直扫描方向指向误差和测角仪水平方向测量值均成线性关系。当导轨误差滚动10"、偏摆10",系统的各项调整误差为±3"时,沿扫描方向最大测角误差为0.0010666"。     

基于双目视觉的零件位姿测量系统研究

在机器人自动加工系统中，针对待加工零件存在体积大、异形等导致工件难以精确定位的问题，提出了一种基于双目视觉的零件位姿测量系统。在该位姿测量系统中，通过在待加工零件上放置不等腰直角三角形参照物的方法来对其进行局部双目拍摄。对拍摄后的图像采用Harris角点特征检测参照物角点并匹配，进而求解参照物的角点世界坐标，然后通过坐标变换完成对待加工零件的初始位姿测量。并建立了位姿测量系统的数学模型，通过MATLAB语言编写了位姿求解计算程序。最后搭建了位姿测量系统实验平台，联合C#语言设计了一款零件位姿测量系统软件，并进行了位姿测量实验。本视觉系统相对于市场上机器人加工系统中的视觉系统成本很低。实验结果表明该系统能够有效求解待加工零件的位姿，为修正机器人加工系统中的加工轨迹提供了技术支持。     

基于双目视觉的零件位姿测量系统研究

在机器人自动加工系统中，针对待加工零件存在体积大、异形等导致工件难以精确定位的问题，提出了一种基于双目视觉的零件位姿测量系统。在该位姿测量系统中，通过在待加工零件上放置不等腰直角三角形参照物的方法来对其进行局部双目拍摄。对拍摄后的图像采用Harris角点特征检测参照物角点并匹配，进而求解参照物的角点世界坐标，然后通过坐标变换完成对待加工零件的初始位姿测量。并建立了位姿测量系统的数学模型，通过MATLAB语言编写了位姿求解计算程序。最后搭建了位姿测量系统实验平台，联合C#语言设计了一款零件位姿测量系统软件，并进行了位姿测量实验。本视觉系统相对于市场上机器人加工系统中的视觉系统成本很低。实验结果表明该系统能够有效求解待加工零件的位姿，为修正机器人加工系统中的加工轨迹提供了技术支持。     

基于双目视觉的零件位姿测量系统研究

在机器人自动加工系统中，针对待加工零件存在体积大、异形等导致工件难以精确定位的问题，提出了一种基于双目视觉的零件位姿测量系统。在该位姿测量系统中，通过在待加工零件上放置不等腰直角三角形参照物的方法来对其进行局部双目拍摄。对拍摄后的图像采用Harris角点特征检测参照物角点并匹配，进而求解参照物的角点世界坐标，然后通过坐标变换完成对待加工零件的初始位姿测量。并建立了位姿测量系统的数学模型，通过MATLAB语言编写了位姿求解计算程序。最后搭建了位姿测量系统实验平台，联合C#语言设计了一款零件位姿测量系统软件，并进行了位姿测量实验。本视觉系统相对于市场上机器人加工系统中的视觉系统成本很低。实验结果表明该系统能够有效求解待加工零件的位姿，为修正机器人加工系统中的加工轨迹提供了技术支持。     

基于全站仪及轨道机器人的桥式起重机轨道检测

在桥式起重机运行过程中经常会遇到啃轨问题,严重时会造成脱轨事故,因此。对轨道状态的定期检测十分重要。文中测量对象为长期处于高温、高湿度、强腐蚀工作环境下的100 t重载桥式起重机,利用全站仪和轨道行走机器人测量其2根轨道的跨距、单轨直线度和双轨高度差等参数,以此为依据对轨道的安全性进行评估,并给出其轨道整改建议。     

激光外差干涉的非线性误差补偿

为了补偿用激光外差干涉法进行纳米测量产生的非线性误差,进行了非线性误差补偿的实验研究。根据镀膜实体角锥棱镜反射光的偏振特性,推导出当激光器出射光束存在偏振椭圆化时,测量角锥棱镜以运动方向为轴线的轴向旋转对非线性误差一次谐波的影响模型。分析表明,测量角锥棱镜以其运动方向为轴线的轴向旋转会减小非线性误差一次谐波。实验显示,当测量角锥棱镜轴向旋转角从0°增加到100°时,非线性误差从3.48 nm减小到1.39 nm,实现了非线性误差一次谐波减小为原来的40%。该方法避免了现有的非线性误差补偿方法光路系统和电路系统复杂的缺点,系统实现很简单。     

一种滚转角和直线度同步干涉测量方法的研究

提出一种用于精密线性位移台滚转角和运动直线度同步测量的激光外差干涉系统。该干涉系统由一个Koster棱镜、角隅棱镜、分光镜、1/2波片、直角棱镜、1/4波片以及楔面棱镜和楔面反射镜组成。楔面棱镜作为测量运动直线度和滚转角的传感器固定在线性导轨上,当双频激光器的光射入干涉系统中后,形成空间对称的六光束测量信号。空间结构对称、系统共光路的特点使光学分辨率比普通的迈克尔逊干涉仪高一倍,光程死区达到最小。系统稳定性好,抗环境干扰能力强。光路对称使得增加或减小的光程变化相同,其他自由度引起的光程变化相互抵消,仅有运动直线度和滚转角的变化可以进入光程差,有效地排除其他自由度及阿贝误差的串扰,实现高精密测量。试验证明相互平行且不同频率的两束光在同一反射系统中发生运动直线度偏移和滚转角变化时,通过两束光携带的不同相位信息能直接得到运动直线度和滚转角的变化值。它不需要一条与行程同样长度的大反射镜作参考便能够实现高分辨率测量,简单实用,可直接溯源米定义。     

基于无衍射姿态探针和全站仪组合测量空间隐藏坐标

针对大尺度空间中构件特征隐藏区的空间坐标测量,提出了一种基于无衍射光束的测量探针,并将该探针与全站仪结合构成了空间坐标组合测量系统。介绍了探针姿态测量系统和组合测量系统的结构与原理。测量时,首先将探针测头接触于被测点,并用全站仪或激光跟踪仪瞄准探针的光学系统,测得探针的空间位置坐标。接着,使用探针将测距激光通过axicon透镜变换为无衍射光,并由CCD摄像机获得图像。由无衍射光的中心一对一映射激光的入射方向,通过无衍射光图像定中计算,获得探针的水平角和俯仰角。最后,通过电子倾角仪测得探针滚动角;联合测得各姿态角和位置坐标,通过坐标变换,计算得出被测点的空间坐标。实验显示,该探针的姿态角测量精度为1mrad,组合测量空间位置偏差为±1mm,表明基于无衍射光束的探针与全站仪所构成的组合测量系统可满足大尺度空间中特征隐藏区空间坐标测量的要求。     

基于全站仪三坐标测量系统的测量方法

由数台全站仪和一台计算机组成的全站仪测量系统进行前方交会测量,可以完成在工业测量中的单点坐标的测量、特别是大尺寸工件的测量。现根据全站仪测量系统的测量原理,对较大范围内检测点的空间三坐标计算方法和误差作一分析探讨。以实现如汽车车身、轮船船体、空中客车等加工制造中大工件的在线检测。     

无反射棱镜电子全站仪的应用

介绍了无反射棱镜电子全站仪的特点,开发了无反射棱镜电子全站仪在起重机械检验过程中的应用,并说明在测量过程中的注意事项。     

悬臂式掘进机视觉位姿检测系统外参标定方法

当前巷道掘进过程中高粉尘、低照度等因素严重影响外参标定精度。针对以平行激光线为特征的悬臂式掘进机位姿检测系统外参标定难题,提出一种基于数字全站仪的系统外参标定方法,详细分析系统外参标定误差对测量系统的影响。通过建立视觉位姿测量系统中各模块之间的坐标转换关系,对系统外参标定原理进行数学建模,利用全站仪位姿检测方法得到全站仪系统外参标定结果下机身相对于巷道的位姿,对普通外参标定结果得到的机身相对于巷道位姿进行精度评价。实验结果表明:悬臂式掘进机全站仪系统外参标定方法位置测量误差在 ± 3 mm内,姿态角角度测量误差在0.08°内;利用全站仪系统外参标定方法得到精度结果: x、y和z方向的位置平均误差分别提高了13.073 mm、21.511 mm和18.159 mm,偏航角、俯仰角和姿态角的角度平均误差分别提高了0.225°、0.246°和0.246°。     

棱镜干涉仪在角度测量上的应用

本文讨论用棱镜干涉仪(Twyman-Green 干涉仪)精确测量角度的原理、公式、方法及精度,并举出实例进行分析。讨论是以分析锥体棱镜(角反射器)两面角(直角)测量为例,然后推广到测量屋脊棱镜屋脊角,长方体的直角等等。这是一种既方便而又精确的方法。     

免棱镜全站仪在拱顶变形测量中的应用研究

以免棱镜全站仪为测量设备,利用测点高差相减法对地下隧道拱顶的沉降变形量进行了测量。测量结果表明:该方法能够精确地测量地下隧道拱顶的沉降变形量,且具有操作简单、测量方便、计量准确的优点,可极大地提升隧道施工安全性和效率。