双摄像机光学三坐标测量系统的研究

针对点阵单摄像机轴向重复性差的问题,设计了一种正交双摄像机光学三坐标测量系统.利用冗余算法建立双摄像机的数学测量模型,完成双摄像机轴向测量误差补偿,实现高精度的空间三维坐标测量;实验采用最简的三点共线测头模式在测量距离1 500 mm处各个方向重复性优于0.1 mm,长度测量精度达到0.2 mm.     

经纬仪交会精度的定量预测

推导并建立了一系列的公式,用于定量预测两经纬仪的交会精度。给出了用于目标三维位置估计的基本多传感器三角交会法的公式,同时利用各个测量误差的泰勒展开式导出了误差传播等式。在测量误差中引入高斯分布,建立了测量误差标准差和目标位置估计标准差之间的关系式,给出了交会精度随各单项误差传播系数的变化曲线图。实验结果表明：目标的x、y坐标的估计误差不受站址坐标中z坐标误差的影响,也不受测量高低角的影响,站址坐标中z项误差直接转移到目标的z坐标估计误差中。交会角为90。时,交会精度受经纬仪单项差的影响最小,交会角在20～60°时的误差传播系数为0．079。目标（x,y）坐标的交会精度依赖于经纬仪站址的测量精度、方位角的测量精度、经纬仪和目标的距离测量精度及两经纬仪的交会角;目标z坐标的精度依赖于经纬仪到目标的水平投影距离、经纬仪z坐标的测量精度和传感器高低角测量精度。最后,给出了一套等式和图形用于设计一个两经纬仪系统,使之满足具体的精度要求。本预测方法已成功应用于实际项目中传感器的选型和光学系统的参考设计。     

大口径高精度四维调整工作台设计

为了解决大口径高精度光学元件加工和测量过程中的调整问题,研发了一台SWTZT-1400高精度四维调整工作台.文中以四维调整的坐标转换为基础,阐述了四维调整工作台的调整原理,并对大口径高精度四维调整工作台进行了设计.为保证工作台高效率、高精度和高稳定性的调整,工作台整体采用双层结构形式,调平采用八点支撑结构,并配置高可靠性的调心调平锁紧机构,该工作台的上台面直径为1 400 mm,其平面度≤0.01 mm,x、y向的调心范围为±25 mm,x、y向的调心误差为0.1μm,x、y向的调平范围为±3°,x、y向的调平误差为10″,可实现大口径高精度光学元件的加工、测量和精密修配中工件装夹位置和角度的精确微量调整,提高光学元件的制造和测量精度.     

用蚁群算法求解关节式坐标测量机的最佳测量区

本文提出了一种求解最佳测量区的方法,以进一步提高关节式坐标测量机的测量精度。首先,根据关节式坐标测量机的测量模型,建立了基于圆编码器测角误差的关节式坐标测量机误差模型。利用蒙特卡洛理论得到6个关节转角的随机数,采用数值法仿真分析测量机的测量空间。然后将包含测量空间的一立方体区域等间隔切割成343个小立方体区域,采用蚁群算法确定每个小区域由于圆编码器误差所引起的最大测量误差。最后,通过比较找到其中最大测量误差最小的区域,即为最佳测量区。研究结果表明,对于所研究的关节式坐标测量机,各个小区域的最大误差为0.069 9~0.189 6mm,其中最小值为0.069 9mm的区域为-100mm≤x≤100mm,-100mm≤y≤100mm,400mm≤z≤600mm。采用本文方法确定的最佳测量区在测量空间内为一个立方体区域,故在最佳测量区进行较高精度的测量具有实用性和可操作性。     

基于偏振成像的方位测量误差建模与分析

为了提升偏振成像定向传感器的测角精度,建立了基于斯托克斯矢量的偏振方位测量误差传播模型。对该模型受到的主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜等误差因素进行研究。根据斯托克斯矢量偏振测量原理推导出天空偏振方位角解算方法。将主点偏移、镜头畸变、CMOS平面倾斜、灰度响应不一致等因素对方位测量的影响进行讨论,利用蒙特卡洛方法进行偏振成像方位测量误差分析,通过仿真和天空偏振成像实验分析所建模型的正确性。实验结果表明:CMOS灰度响应不一致对方位测量误差的影响最大,当灰度响应不一致在(-6,+6)pixel时,测量误差在0.11°内,角度均值整体有0.12°偏移;在主点偏移(-1.5,+1.5)pixel,镜头畸变(-1,+1)pixel,CMOS平面倾斜(-0.5°,+0.5°),CMOS灰度响应不一致(-6,+6)pixel的共同影响下,太阳子午线的方位测量误差为0.236 3°(σ)。该误差传播模型能够反映误差源定量影响方位测量精度,为偏振成像定向传感器的优化设计提供依据和参考。     

飞行物落点自动测量系统及其测试基准的建立

介绍了一种飞行物落点坐标自动测量系统,它可在1km远处对直径400m的圆形区域进行实时监测,且坐标测量误差不大于±2m。在建立了测量数学模型之后,提出了适用的测试基准建立方法,并对基准建立后的系统误差进行了分析计算。最后通过实验验证了系统测量原理及测试基准建立方法的可行性。     

基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿

运动学标定是提高关节臂式坐标测量机精度的主要方法，但运动学标定后的残余误差对其测量精度和稳定性仍有很大影响。本文提出一种基于复合标定和极限学习机的关节臂式坐标测量机残差建模及补偿方法，以提高关节臂式坐标测量机的测量精度。首先，在关节臂式坐标测量机运动学建模和误差建模的基础上，建立了运动学参数辨识模型，并依次进行角度参数辨识、长度参数辨识和长度参数等比例缩放的复合辨识，完成了七自由度关节臂式坐标测量机的运动学标定。其次，通过对标定后残余误差图谱的分析，发现残余误差与测量构型有关联，进而构建了以测量摆角、仰角、距离和转角为变量的测量构型。由于测量构型变量与残余误差存在强非线性关系，提出一种基于极限学习机的残余误差预测和补偿方法。通过实验对本文所提模型及方法的有效性进行验证，结果表明：进行残差修正后关节臂式坐标测量机的单点测量误差最大值由0.061 mm下降到0.044 mm，误差均值由0.023 mm下降到0.017 mm，误差标准差由0.011mm下降到0.007 mm；长度测量误差最大值由0.137 mm下降到0.074 mm，误差均值由0.033 mm下降到0.021 mm、误差标准...     

基于子孔径斜率离散采样的波前重构

由于现有评价与测试方法不能满足3~4m地基光电探测系统在不同仰角下对光学系统波前检测的需求,本文提出了基于子孔径斜率离散采样,再重构全口径波面轮廓的波像差测试方法。采用光学模拟与数学分析协同仿真的方法,研究了波面重构算法的不确定度以及扫描运动引起的子孔径倾斜误差、子孔径扫描位置误差、像点坐标测量误差与波前复原精度间的作用规律。仿真结果显示,迭代算法的相对误差ΔPV为0.002 8λ(λ=632.8nm),模式算法的相对误差ΔPV为0.002 7λ。当子孔径倾斜误差小于0.2″,波面重构误差ΔPV约为0.02λ。当子孔径采样位置精度优于0.2mm,其引入的波面重构误差小于0.04nm(PV);当子孔径像点坐标提取精度优于5μm,波面重构误差ΔPV约为0.03λ。研究结果表明,当考虑波面重构过程中的实际测量误差时,模式算法的误差容限较高,收敛性更好。此外,构建实际测试装置时,需引入角度监测与算法误差补偿机制,子孔径倾斜角度监测系统的测角精度需优于0.2″。     

用几何法计算坐标的公差

在用坐标法镗孔时,若两孔中心连线与坐标轴不平行,要保证孔距公差须换算出沿坐标轴方向的孔位公差。下面介绍一种不用微分法和尺寸链原理的直观几何计算法来计算坐标的公差。 如图所示,A、B两孔孔距为L_(AB)±δ_L,沿x轴,y轴向孔位公差取±δ_x(±δx=±δy),则A、B两孔     

孔轴中心位置误差分布规律及其Cp值

机械加工与测量中,孔轴中心的位置误差的分布是非正态的。如:零件轴线偏心的误差、表面的径向跳动及孔系孔心的位置误差等等。本文对其分布规律及其工序能力指数C_P进行探讨。一、分布规律为讨论方便,本文以孔系为例,加工中通常是以一孔的中心O_1为坐标原点,分别按坐标X、Y去加工另一孔O_2(见图1),其误差分别为x、y_o。由于x、y是两个随机变量,所以孔心O_2的位置误差R也是随机变量,并取绝对正值r=(x~2 y~2)~(1/2)。通常x、y是相互独立的,且x～N(0,σ~2),y～N(0,σ~2),其分布密度分