大型散货堆体积的快速测量

针对现有散货测量系统对堆场环境适应性差、盘点时间长、效率低、操作复杂等不足,提出了一种散货堆体积快速测量方法。同时,利用二维激光扫描仪、差分GPS和姿态测量系统设计了一种体积测量系统。该系统用激光扫描仪动态测量堆体表面的几何信息,用姿态测量系统实时测量扫描仪的空间姿态数据,用GPS测出扫描仪在测量过程中的三维位置;最后通过数据融合计算形成堆体的三维点云,利用点云获得散货堆体积。文中基于单条堆体轮廓点云特征,提出快速堆体下边缘查找算法来去除扫描过程中地面点云的误差影响;采用投影剖分法完成完整堆体点云计算体积。实验显示,利用本文设计的测试系统可在30s内完成体积为69m3的标准堆体测量,平均相对误差为0.42%,重复测量误差为0.41%。在实际散货堆实验中,可在10min内完成大小约为31 500m3的散货堆测量,4个不同料堆体积测量的平均重复测量误差为0.74%。结果表明,本方法可在保证测量精度的同时,简单、高效地测量散货堆体积。     

俯仰角组合测量系统的设计

利用准直激光、单轴倾角仪和CCD摄像机建立了一种俯仰角组合测量系统以提高俯仰角测量的精度和稳定性.首先,给出了俯仰角组合测量模型,基于坐标旋转算法和迭代方法研究了俯仰角的组合测量原理.然后,采用蒙特卡罗法对影响组合测量系统精度的各个因素进行了全局灵敏度分析.结果表明,与目前工程测量中普遍采用的倾角仪直接测量俯仰角法相比...     

筒形件姿态的非接触无靶标自动综合测量及求解

在筒形件自动化对接过程中,需对其姿态进行无靶标精密测量和调整。本文采用激光轮廓传感器对被测件进行扫描获得点云数据,推导得出点云数据的直线拟合公式,并进行了姿态拟合求解。基于蒙特卡洛数值模拟,对筒形件的轴线拟合法和母线拟合法进行比较,并根据两种方法各自的优缺点,提出采用轴线拟合法求解俯仰角、母线拟合法求解偏转角的综合测量求解方法,显著提高了姿态测量精度。此外,探讨了截取椭圆个数、每个椭圆上的轮廓点数与姿态求解精度之间的关系,为在满足测量精度的同时兼顾测量效率提供了参考依据。最后,利用原理样机和激光跟踪仪进行了测量实验。实验结果显示,轴线姿态角测量的绝对精度优于0.02°,标准差低于0.01°,由此证明了本文方法的有效性和准确性。     

双频激光干涉仪测试直线电机进给定位精度的研究

应用双频激光干涉仪对直线电机进给的定位精度进行了测试。在介绍双频激光干涉仪测量原理的基础上,对直线电机进给定位精度测试方法作了详细的描述。测试结果发现,直线电机进给的速度、加速度的变化对定位精度的影响不是很大。利用最小二乘法对各点定位精度平均值进行分段线性拟合,并对直线电机进给的定位精度进行补偿,可以较大地提高直线电机进给的定位精度。     

激光跟踪仪多基站转站精度模型与误差补偿

为实现大空间域激光跟踪仪的高精度测量,本文针对由转站误差导致的激光跟踪仪分时多基站测量精度难保证的问题,提出了基于多站位下单台激光跟踪仪测量误差的转站误差模型与转站参数修正的补偿方法。首先分析了激光跟踪仪测量误差的来源以及具体形式,阐述了激光跟踪仪测量误差影响空间任意点测量精度的具体形式;其次分析了激光跟踪仪的随机测量误差和系统测量误差对多基站转站参数求解精度的影响。在此基础上,建立了考虑随机、系统测量误差的激光跟踪仪多基站转站误差模型和转站参数误差补偿模型。蒙特卡洛仿真结果表明:当激光跟踪仪的长度测量误差为0.5μm/m,角度测量误差为5μm+6μm/m时,最大转站误差为0.174 7mm,补偿后最大转站误差为0.04mm,转站精度提高了77%。分时多基站转站测量实验结果表明:直接转站测量时最大转站误差为0.054 2mm,补偿后转站误差为0.033 1mm,转站精度提升了38.9%。激光跟踪转站补偿后测量精度有明显的提高。     

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。     

JP型激光盘煤仪的应用与研究

研究JP型激光盘煤仪的结构特点、工作原理,掌握盘测步骤,结合不同煤场的特点,积极拓展和改进该盘煤仪的盘测方法,并熟练应用于各种形状煤堆的准确盘测,以至能科学、准确和客观地掌握煤场实际库存量,满足企业对煤炭均衡生产或正常消耗的有效监督和科学管理。     

地面激光扫描标靶的优化布设

地面三维激光扫描仪在监测变形时,需利用标靶进行多期数据的配准,因此标靶配准的精度直接影响测量误差。为了提高配准精度,对不同标靶布设方案进行了测量误差分析。实验分别利用25,50,100,150和200m的M1~M8靶点进行配准,然后通过对比两期数据的目标点坐标,得出不同标靶布设距离的测量误差,并对实验误差进行系统分析。实验结果表明:三维激光扫描仪标靶的最佳位置在距离扫描仪50m左右处,且当匹配存在角度偏差时,在同方向上被测目标的测量误差会增大。通过不同标靶布设方案的实验研究得出标靶的最佳布设方案和注意事项,可为实际边坡工程监测的标靶布设方案提供参考。     

基于点云数据的砼地面平整度可视化方法研究

砼地面平整度是地面施工的主要指标之一,精准测量砼地面平整度可提高施工效率。结合三维激光扫描技术与WebGL技术,提出基于点云数据的砼地面平整度可视化方法。利用三维激光扫描仪获取砼地面平整度的点云数据,预处理后经迭代最近点法（ICP）对点云数据精确配准;用随机抽样一致算法（RanSac）拟合出标准面模型,通过局部凸连接（LCCP）方法判别点云数据的凹凸性;最后,结合WebGL技术实现平整度信息的Web端可视化。实验表明：该方法在Web端展现地面的平整度信息,为调整砼地面平整度提供依据。     

大尺寸自由曲面部件组合测量现场全局标定优化方法与应用

为了解决全局测量与局部精度控制的矛盾,为大尺寸复杂尺寸测量提供科学依据,研究了集成激光跟踪仪与光学扫描仪的组合测量及其全局标定。在扫描仪固定机构上建立了基坐标系,为激光跟踪仪提供了位姿观测基准。通过变换标定系统各组件的相对位姿以获取冗余观测数据,采用测量平差优化技术完成了扫描仪基坐标系与自身测量坐标系间的坐标转换关系的标定。此过程在测量之前完成,降低了对测量过程的干扰。利用激光跟踪仪实现了光学扫描仪的实时位姿监测,结合基坐标系标定结果实现了局部视角测量数据的统一转换。基坐标系的标定在测量之前完成,全局标定无需中介标定装置的辅助,减少了坐标转换环节并提高了测量精度与效率。对比实验表明,提出的全局标定与测量技术可有效地控制整体测量误差,能够满足飞机装配质量的在线检测需求。     

Spring-force self-aligned multiball pitch artifact

Gear noise is influenced by pitch deviation of micrometer order, and, therefore, the pitch of gears is inspected in manufacturing processes using measurement instruments. Master gears or artifacts are used to evaluate the accuracy of the pitch measurement instrument, but their accuracy is not sufficiently high and they are not easy to manufacture. In a previous study, the concept of a novel high-precision pitch artifact composed of simple components was proposed for the evaluation of the accuracy of pitch measurement instruments. Simple components, such as balls, cylinders, and planes, can accomplish an accuracy on the order of several tens of nanometers. Therefore, this artifact can be realized with high accuracy. In the present study, we propose a spring-force self-aligned multiball pitch artifact, in which simple components are assembled using spring force. The design of the artifact is discussed, and the artifact is manufactured. Measurement experiments using a coordinate measurement machine and a pitch measurement instrument are carried out, and the proposed pitch artifact is demonstrated to be fundamentally valid for accuracy evaluation.     

基于视觉正交迭代法改进的激光跟踪姿态测量

针对航空航天、汽车船舶以及机器人应用等领域对姿态精准测量的需求,研究了一种基于视觉加权加速正交迭代(WAOI)的激光跟踪姿态角测量方法。首先阐述了测量系统组成、建立了数学测量模型,并分析了系统的主要误差源;其次在正交迭代(OI)的基础上,通过物方重投影误差设置参考点权重系数,引入常系数矩阵整合迭代过程中的冗余计算,提出了一种WAOI算法,并通过实验验证了算法的性能;最后搭建实验平台,利用精密二维转台对基于WAOI的姿态角测量进行精度评定。结果表明,在-20°～20°角度范围内,3～15 m测量范围内,方位角精度可达0.11°,俯仰角精度可达0.26°。相较比例正交投影迭代变化(POSIT),方位角和俯仰角测角精度均提升75%以上。本文提出的WAOI算法有效提升了激光跟踪姿态测量系统的精度。     

薄板件任意点法向力学参数测量仪误差建模与仿真

文中按Denavit-Hartenberg方法,建立了薄板件任意点法向力学参数测量仪末端测头中心相对于机座参考坐标系的测量运动数学模型,在此基础上运用矩阵函数的全微分方法,建立起测量运动模型参数误差传递到末端测头中心坐标之间的误差传递关系,并通过计算机仿真验证了所建立误差模型的正确性.     

斗轮机俯仰运动受力分析与方案优化

分析了在斗轮机空载、取料、堆料的三种工况下,俯仰运动液压缸受力状况。针对斗轮机俯仰运动受力特点,提出了斗轮机俯仰液压系统的改进方案,以解决斗轮机臂架振动问题。     

双五元十字阵被动声定位融合算法及性能分析

为了提高被动声测量的准确度和克服声源目标空间方位模糊的问题,提出了双五元十字阵被动声定位融合算法。首先设计了一种双五元十字阵传声器阵列模型,依据模型定义了声源点象限判断准则;然后根据被动声定位原理推导了单一五元十字阵的声源点坐标计算公式,根据俯仰角度正弦值作为加权系数,构造了双五元十字阵被动声定位融合算法模型;最后对该模型测距和测向的精度进行了理论分析,给出了时延估计误差、俯仰角以及方位角与双五元十字阵定位性能的关系。理论分析和仿真实验结果表明,该算法克服了声源目标空间方位模糊的问题、减小了时延估计误差对测距测向性能的影响。本文算法能够更加准确地测量出声源点的位置信息。     

Calibration method for magnetically self-aligned multiball pitch artifact and accuracy upon reassembly

The vibration/noise of gears is influenced by micrometer-order tooth pitch deviation, and therefore advanced quality control is needed in the gear manufacturing process using measuring instruments. The accuracy of the pitch measuring instrument is verified using a master gear or artifact, but its accuracy is not sufficiently high, and its manufacture is difficult. In our previous report, a novel pitch artifact named the magnetically self-aligned multiball pitch artifact, in which elements with simple geometries are aligned spontaneously by a magnetic force, was proposed for the calibration of pitch measuring instruments. The parts comprising the artifact, which consist of balls, a cylinder, and a plane, have simple geometries and can be manufactured with accuracies on the order of several tens of nanometers. Therefore, this artifact can also have high accuracy. In addition, because it undergoes self-alignment by a magnetic force, it has the advantage of easy assembly. An appropriate calibration method for this artifact using a coordinate measuring machine is proposed, and the accuracy of the artifact is evaluated in this report. The repeatability of pitch measurements when the artifact is disassembled and reassembled is investigated, and the results show high repeatability. A measurement experiment using a pitch measuring instrument is performed. These experiments verified that the calibration and measurement of the proposed pitch artifact are possible with high repeatability.     

全场视觉自扫描测量系统

为了适应对大型工件的快速精确测量,提出一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全场视觉扫描测量系统,通过振镜的转动改变线结构光光平面角度来实现对摄像机视场内被测物体的自扫描测量。利用平面网格靶标和基于交比不变原理的径向排列约束(RAC)两步方法实现对摄像机的标定,根据振镜的旋转角度以及光平面在靶面上的交线确定光平面的方位,从而根据摄像机模型和CCD二维图像可获得光平面上的三维数据。试验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能较清晰地测量大型工件上的主要特征,同时具有便携性,便于生产现场使用。     

同侧耦连油气悬架车辆平顺性分析

针对同侧耦连油气悬架对多轴车辆行驶平顺性的影响,建立同侧耦连油气悬架液压系统模型和整车与油气悬架耦合动力学模型。开展油气悬架台架试验,验证了油气悬架模型的正确性。安装同侧耦连油气悬架和独立悬架车辆在随机路面输入下进行了行驶平顺性仿真分析,并对同侧耦连油气悬架车辆平顺性进行参数化分析。结果表明,随机路面输入下,同侧耦连油气悬架各油缸刚度特性一致,因此车身俯仰角较独立悬架较小,且能够平衡各轴轮胎动载荷;随着车速的增加,车身质心加权加速度和轮胎动载荷均呈增加趋势,但车身质心加权加速度在车速为50~60 km/h过程中稍有下降,在车速为60~80 km/h过程中基本保持不变;蓄能器静平衡初始体积减小,刚度增大,车身质心加权加速度随蓄能器静平衡初始体积减小呈增大趋势,但在车速为60~80 km/h过程中不同初始体积对加速度影响不同,蓄能器静平衡初始体积变化对轮胎动载荷影响不明显。     

动平衡测量技术分析

通过传感器选用、测量参量转换、振动信号提取、转子重心方位提取等方面的技术分析,提出了用数字计算方法实现测量参数转换,用离散Fourier变换算法提取被测信号的现场动平衡的高精度测量方法.分析表明:磁电式速度传感器或0.000 1 g分辨力加速传感器能满足大转速范围、高分辨的要求;用离散Fourier变换计算方法提取被测量可减小测量误差,而且,所提及的设计方法与结论均已经过实践验证.     

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。