大视场星敏感器标定技术

星敏感器是一种高精度的空间姿态测量装置,精度标定是其高精度测量的重要保障.在分析影响大视场星敏感器测量误差因素的基础上,针对常用标定方法(如多项式畸变模型法和直接映射法)的缺点,提出遗传算法优化的BP神经网络算法进行大视场星敏感器标定.根据此方法建立了大视场星敏感器标定系统,并进行了实验测试.实验结果表明:该标定方法使得单星测角误差由标定前的0.14°降低到0.0053 °,有效提高了大视场星敏感器测角精度,并且代码效率高、稳定性高.     

基于RANSAC的便携式激光扫描测量臂手眼标定方法

便携式测量臂和激光扫描测头手眼关系的确定是便携式激光扫描测量臂系统中的关键问题。针对测量臂末端相对运动旋转轴之间的夹角和测量臂与扫描测头相对运动的旋转角差值这两个影响手眼标定精度的因素,设定激光扫描测量臂标定数据筛选原则,提出一种基于随机采样一致性的自适应阈值手眼标定算法。蒙特卡洛仿真实验和激光扫描测量臂实测实验结果表明,提出的算法对四元数方法求解的相对旋转轴和平移向量误差标准差精度分别提高了2.42%,4.14%,可以满足便携式激光扫描测量臂系统的测量精度要求。     

三维微触觉MEMS传感器测试校准的方法与系统

针对微纳测量领域的需要,设计了一种三维微触觉MEMS传感器.为了标定该传感器的性能参数,提出了以高精度纳米测量机(NMM)为核心的测试校准方法;加工了NMM测头模块;制作了压阻信号调理和采集电路;搭建了测试校准系统.该系统具有移动范围大,精度高,更换方便,易于控制和记录数据等特点.利用它对传感器在Z轴方向的输出作校准,结果证实校准曲线线性良好,传感器在三个方向上耦合很小,其Z方向测量分辨力能够达到30 nm,迟滞性小于±0.05%.     

一种面向融入式测量系统的手持式测量装置标定方法

融入式测量系统需要配合手持式测量装置(手持式测靶)进行工作,所以针对测靶探针尖端中心位置(测头)的标定是必不可少的过程,目前主要用最小二乘法对其进行标定,该方法容易受到微小位置误差等噪声的影响从而产生较大的标定误差,针对此问题,在最小二乘法的基础上对传统标定算法进行改进,利用正则化总体最小二乘法(Regularized...     

一种用于机器人三维表面扫描系统的手眼标定算法

将线结构光测头安装在机器人末端,构成自由曲面非接触测量系统,利用齐次坐标变换理论建立测量系统的数学模型,针对该模型中的手眼标定问题,使用平面作为参考物,控制机器人以特定的位姿测量该平面,建立关于手眼关系的约束方程,并给出手眼参数的封闭解.通过对实际系统进行标定实验,验证了算法的有效性.     

一种基于视觉的自由曲面三维测量系统

采用线结构光和单CCD摄像机构成自由曲面三维测量系统。探讨了摄像机标定、激光平面标定、被测物体点三维坐标计算及多视角测量数据融合等关键技术。在多视角测量数据融合中采用Screw理论，将坐标系关系求取中带约束的多变量非线性优化问题转化为线性方程组的最小二乘问题。简化了计算的复杂性，提高了求解过程的稳定性．进行了实验研究，给出了实验结果。     

基于单个读数头的角位移传感器自标定方法

在保证角位移传感器自标定精度的前提下,为克服多读数头安装的一致性问题,同时尽可能避免对标定系统硬件上的苛刻要求,提出一种基于单个读数头,借助测量数据微商的傅里叶级数,实现角位移传感器自标定的方法。推导了该自标定方法引入的误差,并据此提出一种对应的优化方法。将其应用于时栅角位移传感器的标定中,实验结果表明,在相同测量环境下,该自标定方法的标定精度接近借助外部参考基准的传统标定方法,达到约±0.8″;优化后的自标定方法能够有效提高标定精度与标定效率,并且在大微元长度快速标定时,其标定精度可优于传统标定方法接近5倍。     

在线检测技术在飞机结构件检测中的应用

本文根据飞机结构件在线检测的工程实际应用特点,提出了基于触发式测头的在线检测系统构建方案,针对在线检测中存在的主要问题,对测量后置处理程序的设计、测头标定方法、测头误差补偿方法等关键技术进行了研究,并在五轴机床上实现了飞机结构件的在线检测,验证了方案的可行性。     

基于MEMS的微位移传感器及其应用研究

对一种基于MEMS探针进行开发,以实现微纳米尺度下的几何量测量。该探针是静电梳齿型结构,含有定齿和连接有主梁的动齿。主梁顶端的探针能够感知样品表面形貌而引起梳齿间位移,梳齿间位移能够带来梳齿间电容的变化。设计了测头的电容信号检测电路。搭建测试系统,利用该系统进行进针实验,标定测头的灵敏度为2.323nm/mV,实验表明测头的非线性误差小于0.22%。利用该测头作为SPM测头,搭建小型SPM系统,对108nm台阶高度的光栅结构进行了扫描。     

两种典型扭振式粘度测头的灵敏度对比分析

针对扭振式粘度测量中,不同测头形状所受到的粘性力不同,进而对测量灵敏度产生影响的问题,基于FBG扭矩微振粘度测量原理,研究柱形与球面两种测头装置的测量精度及灵敏度.通过对不同形状的测头建立数学模型,得出相应的电压-粘度关系式,在实验室环境下通过标定实验确定待定系数,并比较两种测头的测量特性.实验数据表明,柱形测头的测量精度及灵敏度高于球面测头,验证了理论分析.同时,对测量误差来源进行了分析,为后续研究提供了理论基础.     

大尺寸复杂形状组合测量系统的全局标定与多视数据融合

为解决大尺寸复杂形状全局测量与局部精度控制的矛盾,提出以大空间测量设备为全局控制手段,集成终端近距离测量设备的组合测量、全局标定与数据融合方法.在多站位下观测测量控制网以获取冗余观测数据,利用测量平差优化技术完成控制网的高精度标定.建立全局测量坐标系与测量控制网的物理关联,实现测量空间基准定义的唯一性.布设扫描仪观测目标并建立基准坐标系,为扫描仪位姿空间定位提供观测目标.建立扫描仪坐标映射模型,基于平差优化技术完成模型的高精度标定.测量过程中通过移动扫描仪获取多视角精密测量数据,利用激光跟踪仪完成局部视角位姿的动态跟踪,结合控制网的坐标观测实现局部视角测量数据的全局标定与数据融合.实验结果表明,所提出的组合测量与标定方法有效地拓展了测量空间并控制了全局测量误差,同时避免了额外标定设备与标定操作的介入对测量工作的干扰.     

嵌入式转动角度采集系统

在控制与测量系统中,转子的旋转角度是一个要求测量的重要参数。以ARM-Linux为核心的嵌入式系统平台,采用MPU6050传感器,利用卡尔曼滤波技术使加速度传感器和陀螺仪传感器的数据进行融合,得到准确、可靠的数据,然后对数据进行分析选择合适的参数进行优化处理,同时采用了数据校准机制使得到的数据更稳定。研究结果表明,该系统能够精准得到360°范围的旋转值,并且能够可靠稳定地工作,为设计测量角度的嵌入式系统提供了有利参考。     

一种测量设备的便携式动态标校方法

针对赴野外执行任务的测量设备不具备完整标校设施、常规标校方法受限等问题,为提高标校效率,满足精度评估需求,提出了一种可以遂行测量的便携式动态标校方法。该方法通过对旋翼无人机加装小型GPS/BDS接收机作为动态目标,利用GNSS系统的动态载波相位差分技术(RTK)实时获取动态目标的高精度空间坐标信息,并作为测量设备的动态标校数据;分析了技术路径、数学模型和实现可行性,重点对硬件集成过程、飞行航线设计、标校组织步骤、数据处理方法、实测数据分析等内容进行了详细介绍。通过测试验证表明,该方法能够实时、快速、精确地评估测量设备的测量精度。相比于常规标校方法,该方法不受场地条件限制,具备独立性好、操作性好、便携性强、时效性高等特点。     

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.     

靶场末区多传感器数据配准研究

从工程应用观点出发,研究靶场末区多传感器数据融合系统设计,通过分析各传感器的特点,给出了一种具有全天候和可靠测量的靶场末区融合系统结构,主要研究了融合系统中光电经纬仪时间和空间的数据配准方法,并给出靶场末区多传感器数据融合处理的主要步骤。试验结果证明:该融合系统能够提高落点测量的可靠性和精度。     

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.     

基于融合模型的高精度倾角测量系统设计

针对现有倾角测量在宽范围内误差大的问题,提出了一种基于融合模型的高精度倾角测量系统设计方案,首先通过测量误差机理分析建立双MEMS加速度计的融合模型,再拟定标定方案确定模型相关参数,最后对硬、软件进行设计,可实现0~360°内角度的高精度测量。经高精度转台对比实验验证,该设计系统具有功耗低、宽测量范围内精度高等优点,能够实现在宽范围（0~360°）的高精度测量,且测量精度达到±0.05°。     

光电经纬仪站址与测角测距误差校准

光电经纬仪校准是实现目标精确测量的关键,在设备经过一段时间的使用或移站后均需进行校准.针对近期一次光电经纬仪校准工作中,以设备旋转中心测量值作为站址坐标真值进行其他参数校准时产生了无规律且较大测角偏差的问题,提出一种基于地面控制的光电经纬仪站址与测角测距误差校准方法.相比其他类似校准方法,该方法将站址坐标、测角误差和测距误差均作为未知量进行校准模型构建,通过平差计算,得到一组最优的校准数据作为光电经纬仪测量的基准.经试验验证,该方法有效提高了光电经纬仪测量精度和可靠性,同时校准结果可直接用于光电经纬仪数据处理软件,保证光电经纬仪测量处理的规范化.     

高温应变片参数标定系统的设计与实验研究

高温应变片参数标定系统是进行高温应变片参数稳定及提高精度研究的重要装备.设计的高温应变片参数标定系统具备恒力加载、恒位移加载两种加载形式,可提供稳定均匀的热场环境,获取室温至1 273 K高温应变片测量参数.高温应变片标定系统可模拟构件实际测量的热机耦合环境,获得高温应变片参数随时间、温度等变化的特性参数,为高温应变片测量精度的提高提供了必要的修正模型.本文通过仿真和实验手段对所设计的高温应变片标定系统进行了热机耦合仿真研究,并得到实验验证,表明其具有良好的温度、应变以及力载适应性,可以为高温应变接触式测量提供必要的实验基础.     

多气参测量的压力型基准大气数据系统研制

针对某飞行器嵌入式大气数据传感(FADS)系统的飞行试验校准问题,研制了一套压力型姿态角测量的多气参基准大气数据系统。设计了可实现高线性度、解耦的压力型姿态角测量空速管,并配套研制了大气数据计算机。解决了有限空间内多气路之间密封、同时精确取气和压力测量、飞行器机体干扰下的风洞试验标定、多参数拟合修正的气参解算等难题,获得了机体干扰下的空速管测量修正解算公式,实现了基准气参的高精度测量。在完成基准空速管的风洞试验标定和联调试验后,实现了对全系统正常工况下的飞行参数测量精度及系统稳定性考核,最终成功应用于飞行试验中。