基于公共光学基准的大尺寸空间角度测量关键技术

提出了基于公共光学基准的大尺寸空间的角度测量方法。通过在数米至十几米的大尺寸空间内建立公共光学基准,结合视觉测量和计算机图像处理技术,借助测量公共方向基准与各个几何元素之间的夹角,可简便地实现对大尺寸空间的异面几何元素之间夹角的测量。分析了建立公共光学基准的方法。按照所提出的测量方法,对相距7m的两条异面直线的空间夹角成功地进行了现场测量。     

基于惯性基准的大尺寸空间角测量

针对大型装备装配过程中的大尺寸空间角测量问题,提出一种基于惯性基准的大尺寸空间角测量方法并且设计了相应的测量系统。该测量系统利用自准直原理获取被测轴线方向,通过内部陀螺仪和编码器测量被测轴线在惯性坐标系中的单位向量坐标,然后根据每个被测轴线在公共基准内的单位向量坐标值实现空间角的计算。建立了大尺寸空间角测量的数学模型,并对测量系统的测量不确定度进行分析和计算。最后搭建了测量系统的原理样机并利用原理样机在实验室进行了模拟测量实验。实验结果表明,原理样机的实际测量误差为14",满足了测量精度的要求。该方法采用惯性空间作为公共测量基准,有效地解决了测量大尺寸空间角时测量基准难以建立和传递的难题,使得测量过程更加灵活、高效。     

激光扫平仪检测方法与调校系统

激光扫平仪是为一些工程应用提供平面或直线基准的一种便携式仪器。通过对扫平仪的扫平原理分析 ,提出并设计了一个以数字方式给出激光束空间关系的检测与校正系统 ,该系统大大提高了扫平仪的检测和校正精度和效率 ,降低了对检测空间的要求     

基于结构光的白车身面差三维测量方法

针对白车身测量面差特征存在人工测量精度差、效率低、难以满足工业应用领域中精密测量的需求等问题,提出了基于结构光的白车身面差三维测量方法.该方法通过线激光投影至被测区间并对采集的图像亚像素提取光条纹中心,得到解算后的三维点云,在面差特征点识别过程中将斜率差值极大值点作为面差特征点,采用RANSAC算法进行基准直线拟合.分...     

基于跟踪仪的空间角测量

为了解决大尺寸空间角测量中测量基准难以建立、传递的难题,提出一种基于跟踪仪的空间角测量原理,并用自准直仪结合多面棱体对其测角误差进行标定。首先利用跟踪仪测量出基准参考轴和被测轴在惯性坐标系中的单位向量坐标,然后建立空间角测量的数学模型并实现空间角的计算,同时利用自准直仪结合多面棱体标定其测角误差。最后构建了测量系统的原理样机进行测量实验。测量结果表明样机的实际测量误差为11',满足测量精度要求。该测量原理采用跟踪仪的的惯性测量基准坐标系作为公共测量基准,有效的解决了空间角测量中测量基准难以建立、传递的难题,使得测量过程变得更加灵活。     

扫描平面激光坐标测量系统校准方法的优化

介绍了一种基于旋转平面激光单站测角、多站交汇的坐标测量系统,并对其校准方法进行了优化.分析了系统的测角方式和多传感器交汇测量的特点,阐述了基于传统方法的单基站方位信息测量原理及系统结构,并提出了相应的单站结构参数和系统参数校准方法.针对转轴直线和光平面的特点,设计了配套附件并借助经纬仪标定了结构参数,同时通过接收器确定...     

短基准孔的同轴度测量

三坐标测量机在测量零件时,首先在被测表面采点计算出该几何元素,通过数学找正或转换,可以得到被测几何元素的尺寸或相互位置关系,减少了零件的辅助基准和检测量具的设计、加工,而测量的     

基于双频激光干涉的坐标测量机测量不确定度检定系统

分析了现有坐标测量机精度检定的方法,设计了基于双频激光干涉仪为测量基准的三坐标测量机测量不确定度检定系统,给出了检定过程中测量数据的处理方法和测量不确定度的表达式.该系统利用高精度的直线静导轨和动导轨的组合可快速方便地实现三坐标测量机单轴和测量空间内测量不确定度的检定.     

宽厚板板形测量系统与标定方法研究

针对当前宽厚板板形在线智能化检测的需求,设计一种单激光器多相机的宽厚板板形测量系统,提出一种基于唯一激光平面的多相机坐标系姿态校准标定方法。板形测量系统由分别位于宽厚板矫正机前后的两个相同的子系统组成,子系统采用多相机测量视野拼接的方式,实现宽厚板板形的检测;利用相邻相机公共视野中同一姿态标定板世界坐标系的唯一性,将多个相机的坐标系映射在基准坐标系下,根据实际激光平面的唯一性将多个相机坐标系统一为同一姿态,并通过统一坐标后相邻相机点云数据的位置关系,实现多相机测量数据的快速拼接,完成多相机结构光测量系统坐标系的标定。试验结果表明,该方法准确有效,为大视场结构光三维测量提供了一种有效的测量标定方法。     

基于LabVIEW的测量角度自动修正的位移测量系统

针对传统位移计只能测量被测面垂直位移反应,不方便应用于一些特殊场合的情况,提出了基于LabVIEW软件的测量角度自动修正的位移测量系统。测量系统首先利用3D角度传感器测量初始安装平面与变形表面的空间矢量夹角,在随后正式的测量过程中根据夹角余弦值(或正弦值)对激光位移计测得的位移值进行角度修正,由此可得到被测面的准确位移值。     

基于空间距离约束的姿态角现场精度评定方法

针对大型精密工程现场姿态测量精度评定的需求,提出了一种利用长度计量基准溯源姿态测量结果的姿态角现场精度 评定方法。 首先,介绍了激光跟踪姿态测量系统的基本组成及测量原理;其次,基于六自由度并联机构的正向运动学研究,建立 了空间距离与靶标姿态之间的数学模型,并通过蒙特卡洛法仿真分析距离约束测量精度、控制场布局以及系统工作距离等因素 对评定模型精度的影响;最后,搭建实验平台,利用精密转台的相对转动量作为角度基准,对本文研究方法的可行性进行了验 证。 结果表明:当距离约束测量精度为 0. 038 mm,控制场大小为 1 400 mm×1 400 mm 时,在-20° ~ 20°的姿态角变化范围内,评 定模型方位角精度为 0. 055°,俯仰角精度为 0. 058°。 本文研究方法避免了基于角度基准评定方法中较为严格的坐标系配准要 求,能综合反映测量系统现场使用状态,可为六自由度激光跟踪测量系统中姿态角现场精度评定方法提供参考。     

非合作目标姿态测量的嵌入式算法

针对一系列含有圆和直线特征的航天器,提出了基于嵌入式算法来实现非合作目标的姿态测量。该算法在现场可编程门阵列(FPGA)中完成边缘点的检测和边缘图像的细化;在数字信号处理器(DSP)中通过基于弧段的快速椭圆检测方法检测目标上的椭圆特征;同时用快速高精度的二次Hough直线检测方法检测目标上的直线特征。最后,针对实际在轨任务进行了地面模拟实验,基于椭圆特征和直线特征计算了目标飞行器和一个CCD相机的相对姿态。结果显示:该嵌入式方法所需资源较少,更新率优于3Hz;其测量精度随着测量距离的变大而变差,同一距离3个方向的测量精度不同,近距离(小于4m)、深度方向的测量精度优于100mm,其他方向最高优于60mm,角度精度优于1°,满足嵌入式系统对资源、在轨更新率和精度的要求。     

Distance measurement based on pixel variation of CCD images

This paper presents a distance measurement method based on pixel number variation of CCD images by referencing to two arbitrarily designated points in the image frames. By establishing a relationship between the displacement of the camera movement along the photographing direction and the difference in pixel count between reference points in the images, the distance from an object can be calculated via the proposed method. To integrate the measuring functions into digital cameras, a circuit design implementing the proposed measuring system in selecting reference points, measuring distance, and displaying measurement results on CCD panel of the digital camera is proposed in this paper. In comparison to pattern recognition or image analysis methods, the proposed measuring approach is simple and straightforward for practical implementation into digital cameras. To validate the performance of the proposed method, measurement results using the proposed method and ultrasonic rangefinders are also presented in this paper.     

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。     

用于外场试验的交会测量

提出结合坐标系转换和按行独立的加权总体最小二乘法(RWTLS)的交会测量方法用于外场试验。该方法利用空间坐标系转换方法获得目标点在大地坐标下的空间角度参数;通过多余观测数建立条件方程确定起算数据间的角度位置关系,用RWTLS和高斯-牛顿迭代方法求得运动目标点在任一时刻的空间角度坐标;最后,利用对静态目标点的观测获得基距,结合目标点的空间角度坐标求得其轨迹曲线。实验结果表明:观测站的坐标误差在±0.15m以内,运动目标在X、Y、Z方向上的坐标误差在±0.4m内。与传统的两站前方交会测量方法相比,该方法无须校正经纬仪坐标系,也不必已知观测站位置参数,从而减少了对起算数据的需求,减少了布站工作量,具有直接简便、收敛速度快、精度较高等优点,在飞行目标外场测试中有良好的实用性。     

非合作旋转目标闭环检测与位姿优化

若要实现空间失效卫星、空间碎片等非合作目标,尤其是具有自旋运动特性的目标的在轨服务或者离轨清除,需要精确测量追踪航天器与目标之间的相对姿态。当目标旋转一周后,对重访区域的闭环检测与位姿优化是减小累积误差,提高测量精度的重要保证。首先,本文介绍了视觉词袋库的建立和基于视觉词袋的非合作目标闭环检测策略。然后,基于相似性变换,对图像序列关键帧集和当前帧进行了联合位姿图优化,实现了对刚体变换矩阵的校正。最后对不同运动角速度下的不同目标,采用不同相机进行地面模拟测试实验,验证了方法的有效性和可靠性。实验结果表明:对于以12(°)/s角速度运动的非合作目标,当测量稳定后,绝对角度误差约为1(°),相对角度误差约为1%,平均角速度误差约为0.12(°)/s。可以满足非合作目标相对姿态测量的任务需求。     

空间失稳目标线阵激光成像建模及参数优化

线阵激光成像雷达兼具激光测距和线阵成像的优点,是空间失稳目标远距离精密测量的重要工具,其获取的线阵图像既能用于运动估计也能用于空间目标三维测量。为模拟不同平面分辨率线阵激光成像雷达对空间失稳目标的数据采集,本文根据线阵激光成像雷达的成像机制及空间失稳目标的运动规律提出了一般性的空间失稳目标线阵激光成像建模方法,为不同地面验证方案提供了数据支持。同时,为优化雷达参数选取,本文通过计算单位区域特征获取率提出了一种基于数据采集完整性评估的线阵激光成像雷达参数优化方法,实验分析了与成像分辨率相关的性能参数对多种运动形式空间失稳目标数据采集的完整性。实验结果显示数据采集完整性与线阵规模及采样频率正相关,在线阵规模达到100元以上、采样频率200Hz以上,与空间目标自身运动形式几乎无关,建立的对应关系将为参数优化提供指导和参考依据。     

基于电容变化的角位置检测理论新方法的研究

结合工程实践，提出了一种新的检测角位置的理论方法。通过在旋转轴周围加工一个特定形状的工件，在空间上形成一个数值可变的电容器，让其容值与空间角位置建立一个对应关系，从而把对角位置的检测转化为对电参数的检测，由此实现了角位置的非接触测量。通过一个近似的模型，推导出了检测需要的理论公式，并给出了具体的检测方法与思路，还就该方法与目前常用方法的性能进行了简单对比。     

利用无人机对特高压线路上方电场强度实测

随着输电线路电压等级的提高,输电线路周围空间的电磁场强度越来越大,因此对它的空间电磁场分布研究变得越来越重要。针对输电线路上部空间电场强度值实际测试的难点,提出了一种采用小型无人机搭载测试设备进行输电线路上部空间电场强度的实测方法,通过对电磁场测试仪数据和所测试空间的位置数据实时采集,利用iO SD系统将测试数据进行实时合成,把测试数据存储并且传输到地面控制站,从而实现特高压线路电场强度的实测。通过对浙北-福州1 000 kV特高压交流等实际线路的实测分析,同时与Ansoft软件的计算值对比分析,在距离边相导线45 m内,仿真计算与实测值误差在7%以内,说明这种测量方法的有效性,为输电线路空间电磁环境研究具有重要参考意义。