最小二乘支向量机在焊缝跟踪中的应用

为了克服传统焊缝跟踪方法精度低等问题,采用最小二乘支持向量回归机( LSSVM)进行焊缝跟踪.最小二乘支持向量机通过构造回归函数解决焊缝跟踪问题.与支持向量机不同的是,最小二乘支持向量机通过构造一个新二次损失函数,将支持向量回归机的二次规划问题转变为求解线性方程,从而改进了原支持向量机的跟踪精度.为验证所设计控制器的有效性,进行了焊缝的跟踪实验,并设计了实验条件;实验结果表明基于LSSVM的焊缝跟踪误差小于径向基(RBF)神经网络,可见采用LSSVM的控制更能够适应实际焊接过程的变化.     

加权整体最小二乘法在光学自准直法测量挠曲角中的应用

建立了基于光学自准直法的测量系统,利用该系统提取转台的十字丝坐标,完成了对三维物体的挠曲角测量.首先,采用Sobel提取算子对CCD拍摄到的十字丝图像进行边缘检测.然后,采用了自适应的阈值分割进行直线提取;由于转台上有其它划痕存在,采用局部最小二乘进行十字丝的提取.最后,采用加权整体最小二乘法进行十字丝两条线的直线拟合,联立两方程,得出交点坐标值.结果表明,此方法获取的两直线斜率之积的精度在±1％以内,非常接近十字丝斜率之积的真值(理论真值为-1).使用徕卡经纬仪(精度为0.5″)的角度值作为真值进行精度标定,测得a的精度为3.59″,β的为3.76″,完全满足系统挠曲角测量的精度要求.     

一种机器视觉加权最小二乘解法

为了进一步提高机器视觉的重建精度,本文首次从参数方程的角度来重新审视机器视觉系统以及在此方程上提出了加权的最小二乘方法。机器视觉系统中,重建精度将随相机布局的不同而不同,即随相机与特征点的距离以及旋转矩阵的不同而变化。原有解算方法,并不区分这些不同,利用最小二乘法求取拟合误差最小点。针对这一不足,本文首先改变了机器视觉系统的基础,利用参数方程来描述系统模型,在此基础上,推导了加权的最小二乘方法,给有大误差布局的相机较小的加权,从而进一步提高精度。这种算法的关键是对权重的估计。文章最后的仿真和实验验证了本文算法的有效性。     

最小二乘法在转子流速仪检定中的应用探讨

本文从转子流速仪检定原理入手导出了流速仪的检定公式，对流速仪检定精度及其误差问题进行了讨论，对计算机编程及提高检定质量具有一定意义。     

基于多直线对应和加权最小二乘的位姿估计

为了求解复杂环境下目标的位姿,提出了基于多直线对应的加权最小二乘位姿估计算法。首先对模型直线进行等间隔采样,并沿采样点投影法线方向搜索图像点对应;然后利用图像点对应局部和全局特性对样本点进行加权;最后通过优化法向距离实现目标位姿的优化求解。为了解决模型-图像对应错误引起的优化失败问题,算法在模型-图像点匹配阶段为每个采样点保留多个图像点对应,通过随机Hough变换(RHT)算法将图像点对应约束在直线上,并为每条模型直线保留多图像直线对应。在对样本点进行加权时,综合考虑了样本点自身的属性和样本点同周围点的关系,有效提高了算法对纹理,背景,噪声等的鲁棒性。实验结果表明:提出的方法能够实现复杂环境下目标位姿的优化求解,其在x方向、y方向和z方向的角度估计误差分别优于0.4,0.3和0.1°;在垂直光轴方向和沿光轴方向的相对位置误差则分别优于0.03%和0.1%。相比单假设方法,提出的方法能够更有效地克服复杂背景干扰,实现特殊视图目标位姿的稳定估计。     

基于最小二乘原理的多传感器加权融合算法

以存在随机扰动环境中的不同参数多传感器为研究对象，基于最小二乘原理，提出了一种加权融合算法，推导出各传感器的权系数与测量方差的关系。并且根据测量信息，提出了一种方差估计学习算法，实现对各传感器测量方差的估计，从而对各传感器的权值进行合理的分配。该算法简单，能快速、准确的估计出待测物理量的状态信息。     

二维声学数值计算的梯度最小二乘加权

针对传统有限元法求解声学问题由于刚度矩阵过硬导致较大的色散误差,以及在较高波数和网格扭曲时计算精度过低甚至错误的问题,采用移动最小二乘权函数对传统有限元法的声压梯度进行加权重构,推导了梯度移动最小二乘加权(Gradient weighted by moving least-squares,GW-MLS)的二维声学计算公式。对声压梯度的加权重构使得GW-MLS模型的刚度相对于FEM模型得以软化,刚度更接近真实模型刚度。采用与有限元法相同的方式构造质量矩阵和边界积分矢量,保证质量矩阵和边界条件的正确施加和积分精度。通过二维管道声腔模型和二维车内声腔模型算例对所提出的算法进行验证,数值分析结果表明,GW-MLS有效地减少了色散误差的影响,提高了计算精度,尤其是对较高波数和网格扭曲时表现出良好的适应性。     

激光跟踪仪多基站转站精度模型与误差补偿

为实现大空间域激光跟踪仪的高精度测量,本文针对由转站误差导致的激光跟踪仪分时多基站测量精度难保证的问题,提出了基于多站位下单台激光跟踪仪测量误差的转站误差模型与转站参数修正的补偿方法。首先分析了激光跟踪仪测量误差的来源以及具体形式,阐述了激光跟踪仪测量误差影响空间任意点测量精度的具体形式;其次分析了激光跟踪仪的随机测量误差和系统测量误差对多基站转站参数求解精度的影响。在此基础上,建立了考虑随机、系统测量误差的激光跟踪仪多基站转站误差模型和转站参数误差补偿模型。蒙特卡洛仿真结果表明:当激光跟踪仪的长度测量误差为0.5μm/m,角度测量误差为5μm+6μm/m时,最大转站误差为0.174 7mm,补偿后最大转站误差为0.04mm,转站精度提高了77%。分时多基站转站测量实验结果表明:直接转站测量时最大转站误差为0.054 2mm,补偿后转站误差为0.033 1mm,转站精度提升了38.9%。激光跟踪转站补偿后测量精度有明显的提高。     

最小二乘圆法在对刀仪中的应用

对刀仪在测量刀具时,采用最小二乘圆法来测量刀尖半径;将最小二乘圆法和三点求圆法用现场采集的数据进行计算结果比较,得到这两种方法精度的高低.     

基于加权最小二乘法的光纤管分类研究

针对光纤管内径的精确测量和快速分类问题,将光纤管孔径与标准检测棒之间摩擦力呈线性变化的原理应用到光纤管分类处理中。开展了对已采集的各类标准光纤管孔径与标准检测棒之间的实际摩擦力数据的分析,并通过加权最小二乘法进行了数据拟合,获取了各类光纤管孔径下的标准摩擦力模型,通过计算标准摩擦力模型的特征数据得出了相应的摩擦力模型数据库,建立了各类光纤管孔径与摩擦力模型数据库的关系,提出了通过将实际采集的光纤管摩擦力特征数据与标准摩擦力模型数据库进行对比以实现光纤管分类的方法;在DSP上对该分类方法进行了评价,并进行了各类光纤管分类实验。实验结果表明,该光纤管分类方法可行,其准确性高达99%,并且能够实现每分钟检测18根光纤管,提高了检测准确率和速度。     

光束平差在激光跟踪仪系统精度评定中的应用

对自主研制的激光跟踪仪的精度评定进行研究,以期解决大尺寸空间坐标测量系统的空间坐标精度难于评定的问题.考虑现场环境条件、仪器状态和操作者技能等因素对测量精度影响都很大,提出了基于光束平差原理对激光跟踪仪系统进行精度评定的方法.通过Matlab软件对激光跟踪仪的精度评定进行了仿真,仿真结果显示光束平差法能客观地反映激光跟踪仪的测量精度.另外,使用Faro生产的激光跟踪仪进行了实物实验,实验结果显示其水平角精度σH为1.97″,垂直角精度σV为2.61″,测距精度σD为3.75×10-6,对比Faro生产的激光跟踪仪精度(σH =2.0″;σV =2.0″;σD=4 μm)可证明采用光束平差法评定自主研发的激光跟踪仪测量精度是正确、可行的.该方法为探索激光跟踪仪新的应用技术、开展面向对象的测量不确定评定奠定了基础.     

激光跟踪仪多边测量的不确定度评定

激光跟踪仪多边测量是大型高端装备制造现场溯源的重要手段,正确评定其不确定度是确保制造过程量值统一、结果可靠的关键。本文提出了一种准确、快速的激光跟踪仪多边测量的不确定度评定方法。从仪器误差、环境干扰及靶球制造误差等方面分析激光跟踪仪多边测量的不确定度来源。针对多边测量的输出量为多维向量的特点,重点研究基于多维不确定度传播律(GUM法)的不确定度合成方法,同步评定目标点坐标和跟踪仪站位的不确定度。最后,介绍了点到点长度的不确定度计算方法。实验表明:GUM法评定的不确定度结果与蒙特卡洛法(MCM法)的结果相比,坐标不确定度偏差小于0.000 2 mm,相关系数偏差小于0.01,满足数值容差,且GUM法用时仅为MCM法的0.08%;点到点长度测试的En值均小于1。因此,基于GUM法评定激光跟踪仪多边测量的不确定度具有可行性及高效性,且评定结果正确、可靠。     

多站大尺寸测量仪坐标系转换的Procrustes方法

提出了用7参数Procrustes方法建立了具有尺度因子的7参数坐标转换模型对多站大尺寸坐标测量仪坐标数据进行转换。首先,根据大尺寸测量仪坐标转换的原理,建立了7参数大尺寸坐标转换的非线性模型,并具体分析了Procrustes方法及其对坐标转换的适用性和重心法的转换过程。然后,列出了7参数Procrustes坐标转换方法的具体算法步骤;最后,利用该方法对一台Faro激光跟踪仪在移站前后的实际测量数据进行了坐标转换验证。对所得结果与激光跟踪仪配套软件移站的结果以及重心法的测量结果进行了比较,还利用所得的转换参数对一已知长度的基准尺两端坐标值进行转换验证。结果表明：利用7参数Procrustes方法得到坐标转换后x、y、z三个轴的最大误差分别为24.5 μm、42.5 μm和32.8 μm,转换结果的中误差为17.1 μm,远远高于配套软件以及重心法的转换精度。另外,用转换后的坐标值计算基准尺长度的极差为36 μm。该坐标转换方法也可用于不同种类的坐标测量仪的数据匹配。     

基于激光跟踪仪标定五轴数控加工中心主轴

为了满足高精度加工大口径光学元件的需求,对原有的三轴机械加工中心上进行了一系列技术改造,从而实现了光学元件的五轴数控加工.介绍了三轴系统数控加工中心到五轴数控加工中心的改造过程,并提出了一种标定改造后主轴参数的方法.该方法运用高精度激光跟踪仪建立坐标系、采集数据,计算系统几何参数,由此对主轴的杆长、摆角等参数进行精确标定和精度分析.结果显示,角度量标定精度优于10.000″,长度量标定精度优于0.040 mm.实验证实提出的方法对类似的工作具有普适性.     

齿轮滚刀最短有效切削长度的计算

齿轮滚刀的最短有效切削长度是指能切出齿轮全齿高所需的滚刀最短轴向长度 (Ｌ0ｔ) ｍｉｎ。在齿轮加工中 ,需要计算滚刀最短有效切削长度的情况很多。如滚切双联齿轮的小齿轮时 ,若小齿轮为斜齿轮且与大齿轮相距很近 ,则需验算滚刀滚切小齿轮时是否会与大齿轮相碰。滚刀外径越小 ,轴向长度越短 ,与大齿轮相碰的可能性就越小。但是 ,滚刀外径过小会影响齿根键槽部分的强度 (此时可考虑将滚刀与刀轴做成一体 ) ;此外 ,如滚刀轴向长度过短 ,可能无法切出完整的小齿轮。因此在这种情况下需要计算滚刀的最短轴向长度。此外 ,(Ｌ0ｔ) ｍｉｎ也是…     

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。     

自适应滤波在近红外无创生化分析中的应用

提出用血流容积差光谱相减法来消除近红外无创生化分析中组织背景的干扰.为提高光谱相减中所需获得的脉搏波近红外光谱信号的信噪比,研究了自适应滤波处理方法.介绍了最小均方算法(LMS)自适应滤波的基本原理,在此基础上提出了一种适用于处理本实验脉搏波光谱信号的自适应滤波方法;采用实验室自行研制的16元近红外脉搏波采集系统,获得人体脉搏波光谱信号;最后,利用提出的自适应滤波方法处理脉搏波光谱信号并分析其滤波效果.结果表明,利用该方法处理采集的脉搏波信号,可使血流容积光谱相减后血液光谱吸光度噪声由800 μAU降低至12 μAU,相邻波长的脉搏波相关系数由0.994 0提高至0.999 9.分析结果说明该自适应滤波方法可以有效地应用于近红外无创生化分析中.     

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。     

基于改进径向基函数神经网络的激光陀螺温度补偿

传统的径向基神经网络(RBFNN)在激光陀螺零偏的温度补偿过程中会由于随机选取中心不合适而导致算法效率降低和数值病态,故本文提出了一种基于Kohonen网络和正交最小二乘(OLS)算法的RBFNN温度补偿方法。介绍了该方法的原理及建模步骤,设计了常温和变温环境下激光陀螺的数据采集试验及其温度补偿试验。由于结合了Kohonen网络的模式分类能力和OLS的优化选择能力,该方法可以快速、准确地辨识出受温度影响的激光陀螺零偏。利用逐步回归法、RBFNN法及其改进方法对多种温变环境影响的激光陀螺零偏进行了辨识与补偿试验,试验结果表明,在常温环境下,三者的辨识能力相当;随着温变速率的上升,改进RBFNN法不仅节省了时间,其补偿后的零偏也均小于5×10-4(°)/h(1σ),提高精度均能达86%以上。得到的结果表明改进RBFNN法提高了辨识精度且稳定、有效,适用于多种温度变化环境下激光陀螺零偏的温度补偿。