激光线投影技术在轨道车辆全位置焊接控制系统中的应用

为降低投影距离的定位误差，保证轨道车辆在焊接过程中的施工精度，基于激光线投影技术设计轨道车辆全位置焊接控制系统。设计光学反馈模块，确定机械光源、摄像机和镜头的结构参数；设计嵌入式平台，基于数据控制单元，实现数据的接收、连接、终止与处理。通过计算水平角与俯仰角的偏差值，自动建立轨道车辆焊接位置坐标系，计算激光投影误差，在旋转坐标下获取高斯分布的模版参数，实现激光线投影技术在轨道车辆全位置焊接控制系统中的应用。在实验中，对比4种不同焊接方法在X轴、Y轴、Z轴中对目标点的定位误差，结果表明，目标点的定位误差会随投影距离增加而增加，其中激光投影技术在投影距离不超过5 m时的定位误差均小于3 mm,可见该方法的控制精度较好。     

基于D-H矩阵计算的工业六轴机械手末端定位的精准度

应用D-H算法判断机械手末端定位的精准度。在工业六轴机械手的各关节建立一个坐标系,用D-H算法计算每个关节转动一定度数后末端执行器的位置与姿态。通过实验证明该工业六轴机械手存在较小的位置误差,姿态误差几乎为0,精度较高。     

基于机器视觉的运载火箭支架自动装配方法研究

为解决运载火箭内部支架人工装配所面临的工作环境嘈杂和劳动强度大等问题，设计了基于协作机器人的辅助自动装配系统，并对其装配路径进行规划。协作机器人在抓取支架实现自动装配过程中，受限于支架自身误差、特征尺寸及位置姿态的随机等特点，抓取和定位极为困难。为解决支架自动装配过程中的难点，首先规划了支架自动装配的工艺流程，设计了支架抓取机构、自动装配机构，并配合对应的视觉算法完成支架的抓取、自动装配；其次，结合YOLOv5深度学习算法对定位目标进行识别，和装配孔位进行位置补偿，实现对装配孔找正；最后，通过实验验证该自动装配系统中抓取机构、自动装配机构的稳定性，视觉定位算法的有效性及精度，实验结果表明，装配孔定位精度小于0.06 mm。     

基于机器视觉的托盘生产线上原料木板的识别

传统木制托盘生产的上料方式多为人工徒手上料,不仅效率低下,而且托盘生产时的巨大噪音还会危害上料工人健康。为了提高木制托盘的生产效率,保护上料工人,该文提出一种基于机器视觉的托盘生产线上原料木板的识别算法。首先,对获取的图片进行图像预处理,提高信噪比,方便后续的特征提取;其次,使用形态学细化（骨架提取）算法配合八邻域定位算法获取离散的特征点信息;之后,使用特征点匹配算法让原料木板与特征点相互对应;最后,利用木板尺寸信息与木板特征长度构建分类器对原料木板进行类型判断,同时根据特征点计算木板位置坐标。实验表明,这套原料木板识别算法简单有效,识别准确率达到96%,满足托盘生产线的上料需要。     

基于激光雷达的复杂环境定位研究

针对传统定位方法中存在误差大、定位范围小、依赖标志物等问题,文章通过无人系统自身搭载的传感器实现复杂环境下的定位:无人系统配置激光雷达传感器获取周围环境点云数据,得到当前时刻在环境中的位置信息;借助机器人操作系统(Robot operation system,ROS)实时发布传感器数据;分别使用Hector算法、Car...     

三轴转台初始位姿对准误差的测试方法

雷达仿真实验用卧式三轴飞行仿真转台的三轴交汇中心与射频阵列仿真系统球面的球心同心,转台的初始姿态满足一定要求,以减小雷达仿真时的误差。为了三轴转台位姿的精确对准,提出了一种能补偿经纬仪竖直轴线铅垂度误差和俯仰轴零位误差的对准方案,首先根据精确的已知基点的坐标,通过经纬仪对各基点的观测结果采用最小二乘迭代处理方法,确定了经纬仪的三轴交汇中心的位置,再通过经纬仪对转台的内、中环轴轴端安装的靶标进行观测,确定了三轴转台的位置与初始姿态。通过实际测试与调整,解算出了三轴转台的三轴交汇中的坐标为-0.485,0.203和-0.475mm,外环轴指向误差为-59″。该测试结果在位置误差1mm,姿态误差2′的要求范围之内,实现了三轴转台的位姿对准任务。     

基于激光扫描的桁架结构测量技术研究

为实现桁架结构空间位置的定位和测量,提出并验证一种基于激光扫描测距技术的桁架结构特征信息提取方法。利用激光脉冲在一维方向上进行点云扫描,探测并处理回波信号,获得结构的特征信息。实验结果表明:激光扫描测量方式在20 m范围内,木板的尺寸识别误差在15.5 mm以内,两种模拟结构的识别特征点与真实点偏差范围在5.28%以内,其中横坐标偏差最大为5.28%,纵坐标偏差最大为0.38%,以及识别的直线段参数与真实位置偏差最大为5.63%,结果满足测量精度的要求,验证了该测量方式的有效性。     

机载激光雷达姿态角补偿及其效果验证

机载激光雷达(LiDAR)扫描被测地形获得激光点云,进而重建被测地形的三维图像。机载激光雷达测量过程中,机载平台姿态角时刻发生波动,其对激光点云密度分布及重建三维成像精度具有显著影响。为消除姿态角波动对激光雷达测量的不利影响,设计了一套姿态角补偿装置,包括机械结构设计和控制系统设计;并搭建了半物理仿真实验系统,编制了总控制软件使各子设备之间时间同步控制及数据采集,实现了对机载激光雷达工作原理及姿态角补偿原理的实验仿真和补偿效果验证,补偿后DSM高程精度的RMSE误差由3.50mm以上减小到3.28mm。实验结果表明,搭建的半物理仿真实验系统可正确模拟机载激光雷达的工作过程,设计的姿态角补偿样机对机载激光雷达点云产品质量有显著的补偿效果。     

基于激光三维视觉的散货船舱检测与定位算法研究

随着散货运输的不断发展,传统人工码头正逐步向自动化码头转变.为了实现装船机的自动化作业,提出了一种基于激光三维视觉系统的船型检测与定位算法.该算法通过对激光雷达获取的船舶表面三维点云数据进行一系列处理,从中识别出船舱的位置和形状,从而引导装船机进行自动作业.在天津港煤码头进行的相关试验结果表明,所提算法是可行并且可靠的.     

厨师手握锅具运动信息获取方法

本文主要解决两个问题,即锅具运动识别以及针对每种运动的锅具姿态和位置变化信息获取.为此,基于固定于锅具上的三轴加速度计和陀螺仪信息提出了所谓的以曲线相似度为特征的滑动时间窗搜索算法用于运动识别;利用REQUEST算法融合上述传感器和三轴地磁传感器信息得到锅具姿态信息;利用"三点定位"原理融合三个相对于世界坐标系固定的超声接收传感器与固定于锅具上超声发射传感器之间的距离信息并结合已知的锅具姿态信息得到锅具位置信息.仿真结果验证了本文所提出的方法的有效性,并且给出了实际应用时的一些建议.     

基于激光的导轨直线度检测算法研究

直线导轨是一种机电一体化的导向装置,是生产加工的重要零件.研究一种简单的检测导轨直线度的方法,将激光安装在滑块上,照射导轨末端安装的位置传感器,读出光斑离坐标轴的距离.根据该距离得到导轨倾斜角,通过倾斜角计算得到导轨直线度.考虑导轨实际轴线偏离理想轴线而产生静态误差,利用最小二乘法和改进遗传算法消除该误差影响.详细给出...     

Verticality detection algorithm based on local image sharpness criterion

In the high precision image measurement system,the verticality error between the axis of the shooting system and the measured object can bring error of the measurement result.The high demand of the system’s vertical degree is raised by measure system due to the demands of high precision and disposable full field imaging in the micro-parts imaging measurement.The existing method of optical axis verticality detection cannot meet the demand all.In order to achieve the high-precision adjustment of the system optical axis,the algorithm of detecting verticality based on regional image definition is proposed.First,the objected standard image is divided into fixed area.Then,the object plane is moved from the downside to the upside of the focus plane,meanwhile,recording the definition function values of each standard image region at each step,and fitting out the clearest positions of the regions.Finally,according to the inter-regional relations between the locations and the height difference of the each regional clearest position,the small angle between the optical axis and the measured surface can be calculated.The experiment is based on the given image of lithography template with the scale of 10 μm as move unit,and the results show that this method effective reduced the small angle between the system optical axis and the measured body in high-precision image measuring system,the evaluation accuracy is less than 0.1°,meeting the requirements in high-precision measurement.The proposed method of detecting verticality based on regional image definition can evaluate the verticality error between the axis of the shooting system and the measured object accurately,effectively and conveniently.     

五坐标端铣数控加工计算理论分析

本文介绍了五坐标端铣数控加工中的后跟角计算方法及刀位计算方法,分析了加工误差,包括直线逼近误差和刀轴摆动误差,提出了刀轴摆动误差补偿方法——刀具切触点偏置法,给出了走刀步长、走刀步距及刀具半径计算公式。     

基于阵列式压电振动频谱衰减的结冰区域定位研究

为克服传统结冰传感器无法实现翼面大范围多区域结冰探测问题,提出了一种基于灰度重心法的多结冰区域定位方法。该方法通过采集结冰前后压电阵列的振动谱,提取频谱幅值衰减率作为定位特征值,并结合基于多点结冰概率检测的重构算法和灰度重心法计算得到多个结冰区域的中心坐标,实现对平面或曲面上多个结冰区域的定位。当扫频频率范围0.5～5 kHz时,在70 mm直径的结冰条件下,铝板单结冰区域定位平均误差为27.4 mm,两结冰区域定位平均误差为29.04 mm;翼面结冰横向定位平均误差为22.6 mm。为了进一步提高定位精度,提出了一种基于小波包分解的敏感频带选择的特征提取方法。优化后的实验结果表明,铝板单结冰区域定位精度提高了34.59%,定位误差波动程度降低了45.67%,翼面结冰的横向定位精度提高了54.87%,横向定位误差波动程度降低了46.63%,实现了较高精度的多结冰区域定位探测,为面式结冰探测提供了一种新思路。     

药品生产线瓶盖缝隙的视觉检测技术研究

结合药品生产线瓶盖缝隙检测的具体需求,提出一种视觉成像采集系统的筛选与设计思路以及在此基础上的视觉图像处理方法。分析了视觉图像信息采集系统与具体生产线需求的关系,确定了图像采集系统的参数,设计了透射式照明与成像采集系统架构。在获取视觉图像后,提出使用区域标记算法、canny边缘检测算法、黑白二值化算法等,自动寻找瓶盖区域并确定瓶盖缝隙的像素宽度,最终给出实际物理宽度。测试实验表明,该系统测量的准确率为100%,最大误差值为0.016 mm,最大误差百分比为2.73%,平均误差百分比为1.15/%。     

基于像差修正的同轴度测量方法

为了实现在同轴度测量中平行偏差(平偏)和倾斜偏差(角偏)两个量的同时测量,建立了基于激光准直性的光斑接收系统。该系统由接收物镜、分光棱镜和CCD构成。以物镜光轴、准直光束几何中心线和两个CCD接收面构成的三角关系进行两个偏差量的计算;并通过对系统像差的分析,提出了显著降低物镜像差对测量结果影响的算法。理论和实验数据表明,对于平偏测量范围为±10 mm、角偏测量范围为±2°、接收物镜焦距为50 mm、CCD尺寸为1.6 cm的系统,平偏测量精度可达0.02 mm,角偏测量精度可达9.5″。因此,该系统可以满足较大范围内的旋转机械同轴度测量的需要。     

The detection of rotary axis of NC machine tool based on multi-station and time-sharing measurement

At present, the detection of rotary axis is a difficult problem in the errors measurement of NC machine tool. In the paper, a method with laser tracker on the basis of multi-station and time-sharing measurement principle is proposed, and this method can rapidly and accurately detect the rotary axis. Taking the turntable measurement for example, the motion of turntable is measured by laser tracker at different base stations. The redundant equations can be established based on the large amount of measured data concerning the distance or distance variation between measuring point and base station. The coordinates of each measuring point during turntable rotation can be accurately determined by solving the equations with least square method. Then according to the error model of rotary axis, the motion error equations of each measuring point can be established, and each error of turntable can be identified. The algorithm of multi-station and time-sharing measurement is derived, and the error separation algorithm is also deduced and proved feasible by simulations. Results of experiment show that a laser tracker completes the accuracy detection of the turntable of gear grinding machine within 3 h, and each error of the turntable are identified. The simulations and experiments have verified the feasibility and accuracy of this method, and the method can satisfy the rapid and accurate detecting requirements for rotary axis of multi-axis NC machine tool.     

基于自回归谱外推方法的TOFD检测盲区抑制

结合自回归谱外推方法与超声衍射时差法（Time of flight diffraction,TOFD）,抑制直通波脉冲宽度造成的近表面检测盲区。建立碳钢试块模型,并设置上尖端埋深d依次为2.5 mm、3.0 mm、5.0 mm及7.0 mm的底面开口槽,模拟选用中心频率5 MHz、探头中心距34.0 mm的TOFD探头实施检测。利用自回归谱外推方法扩宽傅里叶变换后的混叠信号频带,压缩时域脉冲宽度,分离了混叠的直通波与衍射波,将TOFD检测盲区深度由8.3 mm抑制到2.5 mm以内,实现四个底面开口槽的同时检出与定位。针对碳钢试块中埋深3.0 mm底面开口槽进行试验验证,定位误差为0.30 mm。与常规TOFD和频谱分析方法相比,自回归谱外推方法以高信噪比频带为基础,外推有效频带外的高频与低频范围数据,提高时间分辨率,为TOFD检测盲区内缺陷定位提供了新思路。     

飞秒激光跟踪仪光轴与竖轴同轴度的标定

考虑飞秒激光跟踪仪仪器轴系的几何误差会影响仪器的指向精度并最终影响坐标测量精度,本文研究了激光光轴与竖轴的几何误差对仪器测量精度的影响。提出了激光光轴与竖轴的同轴度标定方法,以降低其不重合带来的跟踪测量误差。首先,基于几何光学原理建立了光轴与竖轴的几何误差模型,分别分析了光轴与竖轴的倾斜与平移误差对仪器测角精度的影响。然后,针对设计的仪器提出了基于旋转成像原理的光轴与竖轴同轴度的检测方法,并设计了一套同轴度检测装置。最后,基于该检测装置,通过调节两组双光楔完成了激光光轴与竖轴的倾斜与平移误差的标定。结果显示,经标定校准后激光光轴与竖轴的角度误差为3.4″;平移误差为26.1μm,得到的结果为仪器后续建立误差补偿模型奠定了基础。     

基于双轴 TMR 电磁传感器的裂纹检测方法研究

针对单一激励交流电磁探头检测任意方向裂纹容易出现漏检问题,设计了用于检测奥氏体不锈钢表面斜裂纹的新型双激励传感器,建立了奥氏体不锈钢表面裂纹交流电磁场检测仿真模型,开发了基于新型双激励传感器和高分辨率隧道效应磁阻传感器的金属平板表面裂纹检测系统。基于理论模型和试验系统研究了试件上裂纹走向和裂纹宽度对传感器拾取到磁场分量幅值的影响规律,研究了裂纹检测与方向判定方法。仿真和实验结果表明,利用磁场分量B_x、B_y畸变特征能够以相同的灵敏度检测出试件表面尺寸为15 mm×0.2 mm、深度大于3 mm的微小裂纹,并实现裂纹方向判定。引入宽度补偿参数后减小了横向、纵向裂纹判定误差,判定误差最大为3.9°。