三维旋转激光扫描测量系统的设计

为了实现三维激光扫描仪的旋转扫描测量问题,用于实现形状复杂的三维柱形物体的数字化测量,在普通三维激光扫描仪的基础上,增加了一个可以自动旋转的数控转台,从而实现了旋转测量的目的。通过在转台上安装标定球的方法来实现转台中心轴线的精确标定,获得了新的转台中心轴线的标定方法和后期的拼合和处理方案。     

基于多个线激光传感器旋转扫描的铸钢车轮在线三维测量技术

提出一种基于二维轮廓数据的旋转扫描系统标定方法。分别对每个传感器采集的二维轮廓数据提取关键特征,通过建立特征间的匹配关系来实现多传感器相对位姿的精确标定;利用激光平面、标靶和转轴三者的几何约束关系来求解转轴的初始解,同时根据标靶的几何尺寸建立目标优化函数,迭代求解出转轴的精确解。实验结果表明,系统测量精度可达0.08 mm,测量时间为20 s,所提方法不仅可替代人工检测,实现车轮尺寸的在线测量,还可以推广应用到其他大型回转体三维测量中。     

线激光器的手眼标定方法

为解决线激光器与多轴式机器人组成测量系统时,激光器与机器人位置关系不确定的问题,提出一种适用于线激光器的手眼标定方法,以空间定点在基坐标系下的坐标不变为基础,通过多姿态测量固定点,求解出手眼标定矩阵。同时设计了以标准球为靶标,以标准球球心为定点的寻点方案,提高了测量精度与可靠性。     

基于旋转台参数标定实现多视角点云拼接

针对如何方便快捷且准确地获取物体完整面形三维点云数据的问题,提出一种利用旋转台参数标定结果辅助实现多视角三维点云粗拼接的新方法。该方法将一个二维标定靶作为坐标系转换桥梁,仅需两个位置的坐标系关系,即可建立转台转角和不同局部测量坐标系之间的非线性模型,实现对多个测量视角下三维点云的粗配准,为最近点迭代(ICP)算法提供了良好的初值,增加了ICP算法的稳健性。实验表明该方法操作简便、快捷、易实现,拼接后点云误差不大于0.12 mm。     

大视场线结构光两轴测量系统

提出了一种由CCD摄像机、线结构光投射器和两个回转工作台构成的大视场线结构光2轴测量系统。通过两个回转工作台的转动使线结构光平面扫过被测物体1周,在1次装夹下测量出物体的1周全貌。首先建立了由二维摄像机像面坐标系向被测物体转台坐标系变换的数学模型;利用标准球作为标定器具,根据线结构光平面中标准球的球心坐标和2转台转角可确定1个"共轭对",利用多组"共轭对"求出了系统模型中的未知参数;从而根据两个回转工作台分别转动的角度和CCD二维图像可获得线结构光平面上点的三维数据。实验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能在1次装夹下完整测量结构复杂物体的1周全貌,同时具有视场大、结构简单和成本低的优点。     

基于星图自动辨识的光学系统精确标定方法

为实现光学测量系统的精确标定,通过星空图像处理及星象质心提取得到星体像空间坐标,基于天体自动辨识和多天体视位置同步计算技术,精确计算恒星视位置并修正大气折光影响,得到星象对应天体的物空间坐标,进而解算光学系统的镜头畸变等内外部参数,本文提出一套基于星图自动辨识的光学系统精确标定方法.     

基于多视角红外传感器的三维重建方法

为了实现有特征物体和无特征物体更精准的三维重建，本文研究了多视角传感器下三维点云的自动拼接算法。首先由不同视角的传感器双目标定后进行轴线数据的标定，接着在三维空间内对多条轴线数据进行分析并提出了一种基于多视角传感器轴线融合的点云拼接方法，从而计算出误差最小的最优轴线数据，最后以拟合出的轴线数据为轴心在世界坐标系内进行三维点云的拼接。实验结果表明，在1.3～1.9 m的测量范围内，本文所提出的拼接方法对直径为144.954 2 mm的标准球进行三维重建的误差在0.037 mm以内，重建无特征点物体和有特征点物体都能有较好的拼接效果且拼接时间不受点云总量大小的限制。该拼接方法基本满足三维重建的稳定性好、效率快、精度高等要求。     

三维旋转激光扫描测量系统中的多视数据拼合

在三维旋转激光扫描测量过程中,如果被测物体为不规则的圆柱类产品,则需要从不同的方位对被测对象进行测量,然后对这多个方位的数据进行拼合。在多视拼合过程中,对重叠区域的数据处理是一个非常关键的问题。为了解决这个问题,本文提出了两种方法,即基于基准点的标记法和点集之间最小距离和方法,同时给出了具体的测量实例。     

基于多边法的多轴转台相交度测量方法

随着导航、光电跟测和飞行仿真等技术的飞速发展,对多轴转台的测量精度要求越来越高。轴线相交度是多轴转台重要的技术指标,为此,提出一种基于多边法的激光跟踪干涉仪测量多轴转台相交度的方法。该方法首先对激光跟踪干涉仪位置进行自标定,构建坐标系;其次将靶球依次安装于双轴转台（方位轴和俯仰轴）的测量平面,利用多台激光跟踪干涉仪跟踪靶球,分别测量两轴的转动轨迹,采用最小二乘法对获取的轨迹进行拟合,通过所有轨迹点建立双轴转台回转轴线相交度的求解方程,以实现其相交度测量;最后重点分析了测量方法的主要误差来源,对测量不确定度进行评价。实验表明：所提方法相较传统测量方法测量误差更小,减小了动态测量盲区,无需辅助工件,且不受轴数限制,能够无接触、高精度测量。     

一种基于双轴位置转台的现场标定方法

针对激光陀螺捷联惯性测量单元(LSIMU)的系数会随时间变化的问题,基于双轴位置转台提出一种激光陀螺的现场标定新方法。该方法在3个位置对激光陀螺进行标定,根据其标定模型建立9个方程,通过正反旋转消除地球自转角速度在非转动轴上的影响,以及常值漂移在各个输出轴上的影响,最后求解出激光陀螺的标度因数和安装误差。实验结果表明,该方法可在缺乏高精度速率转台的条件下完成激光陀螺的标定,其精度与传统实验方法精度相当,缩短了标定时间。     

A calibration method of external parameters of 2D laser in rotary 3D scanning

Aiming at the problem of external parameter calibration in the combined rotating three-dimensional (3D) scanning process of laser radar and turntable, a fast 3D data scanning and accurate equipment calibration method suitable for industrial application scenarios is proposed. The coordinates of the center of the circle in the laser radar coordinate system are obtained by fitting the coordinates of the center of the circle with the scanning arc. Through the standard size and rotation angle of the target ball, the coordinates of the ball center in the turntable coordinate system are obtained. The rotation parameter R and the translation parameter T of the minimum value of the data set conversion error function in the two coordinate systems are calculated. The experimental results show that the error between the converted data and the actual data is within 0.1 mm, which meets the actual work requirements. This calibration method has the advantages of high accuracy and strong robustness.     

大视场远距离摄像机外部参数标定算法研究

针对现有的标定方法不适用于大视场远距离测量系统的现场标定,以高炮武器随动系统性能为测量对象,提出了一种新的摄像机现场标定方法.该方法借助于球状标定物,对标定物在不同角度拍摄一组图像,通过测量炮身管位置坐标拟合运动轴心位置,可得两摄像机相对于炮台轴心的平移矩阵;计算空间直线在两摄像机坐标系中的位置信息,得出两摄像机间的旋转矩阵.实验表明,该方法在大视场远距离测量情况下,能够快速稳定地实现两摄像机外部参数的现场标定,并可获得较高的标定精度.     

分光轴式多源图像融合系统近距离配准方法研究

为了解决分光轴式多源图像融合系统近距离图像配准问题,建立了一种双目成像配准模型,分析了分光轴系统的镜头中心距对配准精度的影响。该模型以物点对不同镜头的入射角差为切入点,以入射角差作为配准精度的判别依据,分析了配准精度随镜头中心距和物距的变化关系。结合探测器角分辨率和光轴调校精度,给出了分光轴系统像素级配准的距离范围计算公式,并且引入光轴初始夹角和图像像素平移量,实现近距离变视距图像配准。计算结果表明:分光轴系统光轴平行时可对某一最近距离至无穷远范围内配准,当调节系统对更近距离配准时,可在一段有限范围内配准,缩小镜头中心距和提高光轴调校精度可以扩大系统的配准范围。利用提出的配准距离范围计算方法,结合目标测距,实现了分光轴式红外与可见光图像融合系统近距离变视距图像配准。     

线结构光三维测量系统中旋转轴的标定方法

为简化旋转轴心线的定位,提出了一种基于平面参照物的现场标定方法.将一个绘制有棋盘格图案的靶标倾斜地放在旋转平台上,控制旋转平台任意旋转几个角度,并拍摄下每个位置处靶标的图片.通过处理这些图片获取靶标上特征点的空间坐标,对这些特征点作圆拟合得到一系列的圆心点,再对这些圆心点作直线拟合,建立起旋转轴的直线方程,完成旋转轴的标定.实验验证了该方法的可行性,实测物体的均方根误差为0.04 mm.     

基于机器视觉的平磨表面粗糙度检测

为了对平磨表面粗糙度进行快速在线检测, 基于机器视觉原理提出了一种平磨表面粗糙度检测方法, 研究了平磨表面粗糙度评定参数。该方法利用CCD提取粗糙度Ra在0.1～1.6 μm之间的平磨表面图像, 运用中值滤波、图像边缘增强和图像二值化等对图像进行预处理, 然后通过特征参数提取平磨表面粗糙度信息。试验结果表明, 在入射光强为0.7×104～1.3×104 lux、入射角为30°～50°时, 均方根(RMS)差随Ra的减小而不断减小。当光源入射角在30°, Ra>0.3 μm的情况下, 陡峭度与Ra具有良好的相关性; 当光源入射角在50°, Ra>0.4 μm的情况下, 陡峭度与Ra具有良好的相关性。     

基于视觉测量的回转轴线标定方法研究

为了实现高压涡轮叶片上的气膜孔特征的高精高效测量,设计并搭建了一套非接触式的四轴视觉坐标测量系统。针对其中的回转轴线的空间位置标定难题,结合工业影像测头的成像特点,提出了一种基于视觉测量的回转轴线标定方法。在标定过程中,采用了定制的长方体标定块,并通过回转工作台与三坐标测量机之间的配合,使工业影像测头对焦于标定块的表面并采集到其锋利棱边的图像,而后再通过边缘提取、像素距离计算、物理距离转化和代数运算等步骤,最终确定了回转工作台的轴线在机器坐标系中的空间方位。最后,选用一个标称尺寸为80 mm的标准量块作为被测物体,以对标定方法及标定结果进行验证,各次测量结果的误差均小于±0.01 mm,并进行了合成标准不确定度的分析。实验结果表明:文中所提出的回转轴线标定方法能够达到较高的标定精度和较好的重复性,能够满足气膜孔形位参数的检测要求。     

基于激光位移传感器圆径测量的角度安装误差研究

基于激光位移传感器的工件圆径和圆度测量被广泛应用于工业现场的产品质量检测过程中。文中研究了激光位移传感器的角度安装误差对工件圆径测量结果的影响,并提出校准方法。首先,将定量分析位移传感器的角度安装误差与计算得到的圆径结果的误差之间的关系。其次,提出了一种位移传感器角度安装误差校准方法,该方法可在标准圆圆径未知的情况下,根据不同位置下的3个位移传感器的测量值,精确计算出传感器的角度安装误差。详细说明了该校准方法的建模过程,通过仿真确认角度安装误差校准方法的有效性。最后,利用三坐标测量仪对角度安装误差进行校准。实验结果表明,校准后的圆径测量误差从20 μm提高到1.5 μm。     

车载天线整车测试系统集成与实现

针对自动驾驶、车联网等新技术场景下汽车天线整车性能测试的新需求,借鉴近年来近场测量技术的研究成果,设计采用半球面近场与平面近场相结合的方式,集成了一套汽车天线整车测试系统.系统基于8 m直径的方位转台实现了中小型汽车的车载天线测试定位,基于12 m直径的弧形多探头采样架实现了 400 MHz～6 GHz工作频段内的车载...     

基于LABVIEW的MIMU 24项误差参数的快速标定方法

针对传统微惯性测量单元(MIMU)标定方法过程繁琐、标定周期长且标定设备复杂等问题,该文设计了一种通过LABVIEW上位机控制小型三轴转台对MIMU进行快速标定的一种方法。首先建立MIMU标定模型,再通过分别构建陀螺仪和加速度计的卡尔曼滤波器来减小运算量和标定时间。以小型三轴转台的姿态与速度为基准求得速度误差与姿态误差作为观测量,通过LABVIEW上位机控制三轴转台按照所设计好的标定路径转动,采集MIMU输出并使用卡尔曼滤波器LABVIEW的子函数（VI）进行MIMU的24项误差参数估计。实验结果表明,该方法能实现对MIMU中的陀螺仪和加速度计的快速标定,与传统分立式标定法相比,其安装误差与常值漂移的精度基本一致,标定因数相对误差小于0.006,标定时间由3 h减少至30 min。