基于光学扫描的高精度基准孔测量方法研究

飞机部件装配连接孔的位置精度对飞机装配质量和使用寿命有重要影响。提出了一种高精度基准测量技术,利用伺服电机和光学扫描仪组成基准找正装置对基准孔进行扫描得到基准孔三维点云数据;然后对测量数据进行基准孔边界提取并通过最小二乘法计算出基准孔中心坐标;最后利用基准找正装置坐标系和数控机床坐标系的标定关系,计算得到基准孔中心在机床坐标系下的坐标。通过实验验证,证明了该方法能够对基准孔三维坐标进行精确测量,且具有一定的鲁棒性。     

一种基于运动的线结构光视觉测量系统标定方法

针对船体分段数字化测量提出了一种基于直角坐标机器人的线结构光视觉测量系统.通过控制机器人的运动,安装在其末端的线结构光视觉传感器对固定的平面靶标成像,实现了摄像机坐标系与机器人坐标系位姿关系标定;同时利用交比不变性原理获取平面靶标上的特征点坐标,完成了结构光平面参数的标定.该方法易于实现,通过对已知的标准工件进行测量实...     

接触式轮廓扫描仪系统标定算法

接触式轮廓扫描仪其原理是利用编码器返回的长度序列以及旋转平台的旋转角度来确定被测物体的轮廓坐标,由于检测钩的起始点与旋转平台中心不重合,导致直接利用所测数据绘制出的轮廓不准确。为解决这个误差,提出一种不需要建立系统的精准误差模型,而是利用测量尺寸已知的正方形标定板所得到的数据去获取系统参数,进而对轮廓坐标进行在线标定的方法。通过编程模拟仿真了测量过程,并将获取到的参数与理想参数值进行比较,模拟数据表明该算法可以使测量误差控制在0.5 mm以下,角度误差控制在0.1°以下,符合设备的精度要求,可以快速还原被测图形的真实轮廓。     

基于单目显微视觉的微球姿态测量方法

微零件的姿态测量对微装配具有重要的作用.但对于微球零件,其姿态的精确测量存在困难,影响了装配精度.针对带有微孔的微球,本文提出了一种基于单目显微视觉的微球姿态高精度测量方法.设计了一种由粗到精的微孔检测算法,实现了高精度的微孔定位.通过对相机光轴方向的标定,在相机运动后对微球图像坐标进行补偿,提高了在相机坐标系下的微球定位精度.通过对微球和微孔的精确定位,计算出微球球心与微孔圆心的空间相对位置,实现了相机坐标系下高精度的微球姿态测量.同时,根据标定出的相机坐标系与调整平台坐标系之间的旋转关系,将微球姿态转换到调整平台坐标系.实验结果表明,最大姿态测量误差0.3度,验证了本文方法的有效性.     

救援救生仿真系统中虚拟人运动控制的实现

利用起点终点的直线距离生成Hermite曲线的方法,用该方法生成的曲线能有效地逼近原始曲线.将生成Hermite曲线的方法应用到救援救生视景仿真系统中,根据全局坐标系中建立局部坐标系以确定位姿,同时将坐标系中的位姿用矩阵形式表示,利用起点坐标和终点坐标计算得到控制点坐标,并能够保证虚拟人可以运动到终点位置.结合DOF节点作为控制虚拟人运动的控制点,同时获取正确的DOF节点相对于船的位姿,实现了虚拟人随时间变化沿Hermite曲线在摇晃的船上运动.     

基于双全站仪的中子谱仪样品台位姿标定方法

中子谱仪样品台是实现样品上待测量点精确移动到衍射点并实现待测量矢量与Q散射矢量对齐的功能,从而进行残余应力测量。提出了一种基于双全站仪的位姿标定方案来实现样品台的以上功能,采用双全站仪测量系统和便携式激光扫描臂系统对各个坐标系进行标定。分别设计了样品坐标系、四轴样品台坐标系、中子谱仪衍射坐标系和全站仪坐标系的标定方案,并精确地设计了基于基准球的标定方案,由刚体变换法求得样品坐标系和全站仪坐标系之间的位姿转换矩阵,对样品上待测量点进行运动求解得到样品台的运动指令,并进行了实验验证。实验结果表明该方案能实现待测量点精确移动到衍射点,使待测量矢量与Q散射矢量对齐。     

机器人柔性视觉检测系统现场标定技术

针对江淮车身厂的轿车车身提出了一种基于工业机器人的柔性视觉检测系统．通过控制机器人在空间的位姿变换,立体视觉传感器能够依次到达空间指定测量位置采集空间特征点的图像信息,并通过计算图像数据获得该点的三维坐标数据．利用双经纬仪和精密靶标对机器人视觉测量系统进行整体标定,同时完成了测试试验数据的采集及计算,取得了较好的测量效果．该系统柔性好、测量无死角,能适应生产线多车型检测的需要．     

基于非线性优化的机器人坐标系标定方法

利用激光跟踪仪检测或校准工业机器人,须先对机器人坐标系进行标定。研究一种基于非线性优化的机器人坐标系标定方法。即在机器人末端固定一靶点,机器人运动多个位姿,激光跟踪仪对靶点进行测量,建立多位姿约束方程,并采用非线性优化算法同步标定机座坐标系及靶点坐标。该方法无须特殊机械工装,可适用于空载或末端带有各类执行器的工业机器人系统。经实验验证:相较于经典封闭解法,该方法采用非线性优化,具有良好的鲁棒性,可有效减小因机器人运动模型不准确引起的转换误差。     

双目视觉测量系统位姿解算方法研究

在大部件自动对准系统中,为了解决近距离观测无法获得被观测目标全部特征的问题,使用双目视觉位姿测量解算方法,设置其中一个相机为基准相机,利用两相机之间已知的位姿关系,将非基准相机拍摄的特征点信息转换到基准相机的相机坐标系下,然后利用位姿解算的迭代算法思想求解两部件之间的位姿关系.当特征点数目较少时,迭代算法的误差函数会陷入局部极小值,针对上述问题,设计了一种利用各坐标系之间的转换关系求解迭代初始值的方法,并通过仿真证明了算法的有效性.     

激光跟踪仪与室内GPS的协同测量组网方法

针对大型装备制造业中大部件对接测量任务的大尺寸、高精度、高效率、高可靠性的测量需求,设计了一种采用激光跟踪仪与室内GPS的协同测量方法,该方法可集成两个系统各自优势满足测量需求。在研究两种系统的测量原理和方法的基础上,提出了一种基于多传感单元观测值的基本约束方程构建方法,同时引入一维基准尺和三维坐标场两种几何约束构建相对约束方程用以提高组网精度。利用Levenberg Marquardt 迭代算法完成最优化求解,为提高迭代效率和精度设计了基于后方交汇的迭代初值计算方法。现场条件下的精度验证实验数据表明,室内GPS和激光跟踪仪组成的协同测量网络的测量误差小于±006 mm,验证了算法的正确性和精度。     

基于聚类分析的精密零件测量方法

针对目前大型精密零件自动化测量和自动化装配的迫切需求,提出一种精密零件轮廓自动化测量方法;首先利用激光跟踪仪建立全局坐标系,基于世界统一法对多个相机坐标系进行全局标定;采用像素点聚类的方式、漫水填充法等图像处理方法对存在重影以及环境光的激光光条中心进行精确提取,利用统计滤波方法对三维数据点云进行杂点的去除,结合粗匹配和精细匹配方法对多组相机下的激光光条进行三维空间点云融合,移动产品,对精密零件进行全产品扫描,最后,借助于射线法对精密零件轮廓进行超差预警;实验表明,该方法对大型零部件产品的测量误差标准差为0.25 mm,15 min可以完成20 m长的大型零部件产品的测量与分析,足够满足现有大型精密复杂产品的装配需求,突破了现有技术瓶颈,可以对精密零件轮廓进行快速精确三维重构,并且可以计算精密零件产品的结构化参数。     

新的大尺寸截面配对式视觉测量方法的研究

根据大尺寸测量系统的现状,从分析线结构光入手,提出了组建传感器对测量方法,使每对传感器具备差动测量能力,提高单点测量精度;利用坐标测量臂和激光跟踪仪的大尺寸测量能力,对传感器坐标系进行全局校准,提高校准的精度和效率;研究椭圆检测算法,提出利用椭圆平行弦中点连线必过椭圆中心基本定理,求出椭圆中心坐标,拟合出椭圆形状;通过理论分析,该方法切实可行。     

Self-calibration and mirror center offset elimination of a multi-beam laser tracking system

New methods for the self-calibration of a laser tracking coordinate measuring machine are reported in this paper. Proper calibration of a laser tracking system is essential prior to using such a device for coordinate measuring. The task is nontrivial in the absence of other measurement systems of comparable accuracy. One has to rely on a self-calibration strategy. Two calibration methods, one based on a four-tracker system and the other based on three trackers combined with precision planes to constrain the target motion, are proposed. Iterative optimization algorithms are developed. A basic assumption for these calibration methods is that there is no tracking mirror center offset. Error analysis presented in this paper reveals that measurement errors due to mirror center offsets are significant. Therefore before calibrating the laser tracking system, the mirrors must be adjusted so that the laser beams hit the mirror centers. The adjustment is a tedious manual task. In the FAU laser tracking machine, an adjustment procedure which employs a four quadrant detector has been devised for the elimination of tracking mirror center offsets. Simulation and experimental results are presented to demonstrate the effectiveness of the suggested methods.     

胶带输送机智能计量仪的设计与应用

由单片机系统及重量检测装置组成的胶带输送机智能计量仪可实现物料检测，具有自动及手动去皮、累计量实时检测计算、数据实时显示、打印、定标、通讯等功能和运行可靠、精度高等特点。     

双目立体视觉在动车车身关键尺寸检测中的应用

针对动车（CRH）车身尺寸范围大、检测项目复杂、车型变化多,不容易实现在线测量的难题,首先提出了大型动车车身关键尺寸的测量方案,利用双目电荷耦合装置（CCD）立体视觉建立各个关键尺寸的视觉测量子站,同时利用激光跟踪仪及相关坐标变换算法,完成对各个CCD相机测量子站的全局标定;各个测量子站利用立体空间球检测技术,对局部关键尺寸进行测量;同时构建了基于小波分析的神经网络温度误差补偿模型,使空间距离补偿后的精度能达到0.05 mm。将该方法与三坐标测量机测得的数据对比验证,可以发现该方法操作简单、灵活性高、精度较高,可有效解决动车车身关键尺寸检测问题。     

工业机器人视觉检测系统的现场标定技术

介绍了基于通用工业机器人柔性在线视觉检测系统的坐标测量原理。为了获得封闭和准确的系统坐标变换链,以MD—H模型为基础建立了机器人的距离精度校准模型,同时,对多个校准点运用奇异值分解的形式分步求解旋转矩阵和平移矩阵,实现机器人基础坐标系与激光跟踪仪坐标系之间的配准,进而完成多台机器人基础坐标系与车身坐标系的统一。实验表明:该方法操作简单,能够获得±0.30 mm的标定精度。     

Accuracy improvement of a 3D passive laser tracker for the calibration of industrial robots

The laser tracker has been used as the mainstream instrument for the position accuracy calibration of industrial robots for quite a long time. However, due to the complexity of the built-in dual-axis active servo tracking system, its cost is high and the target reflector has to adjust its pose frequently, so it cannot be popularized in the production and application sites of industrial robots. Based on this drawback, a 3D passive laser tracker (3DPLT) with high precision, simple structure, easy operation and low cost is proposed in this paper. Firstly, the overall structure of the system is designed, and its position error model based on the principle of spherical coordinate measurement and vector transfer method is established. Then, the error parameters are identified by experiments to formulate the error compensation model. Finally, the multi-pose and large-range spatial error compensation verification experiments of the system are carried out on a commercial coordinate measuring machine. The results show that the spatial volumetric errors of the 3DPLT can achieve within 40 μm after compensation with a good repeatability of ±4 μm. A comparison contouring test with a commercial ballbar is also carried out to validate its applicability of robot calibration.     

基于激光三角法的同步扫描形貌测量传感器

为了克服传统的激光三角非同步物体形貌测量传感器,在深度方向的测量精度和横向测量视场相互制约的固有缺点,设计了一种新型的激光同步扫描物体形貌测量传感器.传感器以激光三角测量法为基本原理,通过所设计的光路系统,实现激光投射方向与相机成像方向的同步扫描.本文研制了基于高速旋转的十二面转镜和线阵CCD相机为主体的实验样机,实现了测量深度方向和横向视场的相互独立,并结合精密电控位移导轨和激光跟踪仪等搭建了实验系统平台.在传统非参数标定方法基础上,提出了一种适用于该传感器的映射标定方法,能够准确快速的标定该传感器.系统利用激光跟踪仪进行比对实验验证,结果表明:单点重复性小于0.07 mm,测量精度优于0.25 mm.测量传感器具有精度高、速率快、稳定性好等优点,对于物体表面形貌快速精密测量有着广泛的应用前景.     

支持工业以太网接口的激光跟踪仪在线实时测量系统

激光跟踪仪是常用的大尺寸空间测量设备之一,测量精度高,便携性好,被广泛应用于工业生产过程。目前激光跟踪仪一般通过第三方软件进行控制,测量数据也通过第三方软件离线处理,具有很大的局限性,无法用于实时反馈被测对象的空间坐标信息。基于激光跟踪仪提供的底层用户函数（tracker programming interface,TPI）,用户可以自行设计应用程序操作激光跟踪仪。EtherCAT是IEC61158现场总线标准之一,具有极高的稳定性和实时性。结合激光跟踪仪程序开发和EtherCAT从站开发,利用嵌入式系统和EtherCAT从站控制器,从系统的设计到实现,将激光跟踪仪开发成为一个EtherCAT激光跟踪仪从站,实现了激光跟踪仪在现场工业以太网总线中的在线实时测量,扩展了其应用领域,最后实验验证了数据实时性达到了预期的100 ms的周期,并且稳定可靠。     

基于多传感器数据融合的准静态校准数据处理方法

静态标定后的电子测压器靶场实测时存在测不准和测试精度不高的问题,为了提高系统的可靠性和测试精度,提出了基于模拟膛压发生器的模拟应用环境的准静态校准方法.为了提高校准工作效率,提出了基于多传感器数据融合的准静态校准数据处理方法.文中详细论述了多传感器数据融合理论以及标准压力曲线上升沿校准法的合理性.用上述方法校准后的电子测压器进行靶场实测,测试数据精度高,可靠性强.