单目三点位置测量精度分析

通过理论推导,对影响三点单目视觉位置姿态测量系统的6个因素(标志器与相机的相对距离,标志器尺寸,相机量化误差,相机内参数标定误差,特征点的中心提取精度,姿态解算算法精度)以及这些因素对系统精度的影响程度进行了分析,然后通过数值仿真和成像试验验证了理论推导的正确性。实验结果表明,对测量精度影响最大的因素是测量距离,像平面方向的测量误差与靶标和相机的相对距离成正比,光轴方向的测量误差与相对距离的平方成正比;图像中提取的特征点的位置误差是测量系统误差的主要来源,位置误差包括特征点提取误差和由于镜头畸变等引起的特征点成像位置偏移;长焦距和小像元有助于减小相机的量化误差;焦距的标定误差和靶标尺寸主要影响光轴方向的距离测量精度,对其余两个方向的精度影响不大;测量系统的解算算法不是引入误差的主要因素。     

加工中心二轴联动运动精度误差分析

本文从微观上进行二轴联动运动精度误差分析并提出了误差排除方法,能较好地解决相关实现问题。     

基于视觉的三轴相交机械手姿态误差的计算与评价

针对工业生产中应用广泛的３个相邻关节轴交于一点的机器人手腔,把计算机视和机器人相结合,运用图像处理的方法来确定手腕的姿态误差,给出了具体的算法公式。还借助于文献（１０）的基于２－范数的刚体转动误差测度来评价机构性能的优劣。最后还给出实验结果证明了法的正确性。     

图像测量系统中的误差分析及提高测量精度的途径

为了进一步提高图像测量系统的测量精度,必需考虑影响测量精度的诸多因素,如:照明视场噪声、热电子噪声、CCD性能、镜头畸变、量化误差、帧存与CCD不同步、温度、振动、视频馈线等的影响。本文将分析这些误差对图像测量系统测量精度的影响,并给出消除或减小误差的有效方法,从而提高测量精度     

面向激光跟踪测量的大范围高精度姿态测量

针对我国高端制造业对高精度空间六自由度测量系统的迫切需求,提出一种面向激光跟踪测量的基于单目视觉的大范围全自动高精度姿态测量方法。阐述了面向激光跟踪测量的姿态测量系统构成、合作靶标硬件设计,并建立了姿态测量数学模型;其次,分析了自适应清晰成像的姿态测量模块特性,基于光学畸变模型与张正友标定法建立了实时相机成像模型,动态校正特征点像素坐标模型,提升了特征点的提取精度;之后,结合合作靶标几何特性、EPnP算法、Soft-POSIT算法提出一种改进的姿态测量方法,建立了姿态测量系统的自动监测纠错机制,实现测量范围内任意动态位姿的自动测量。最后,利用二维精密转台搭载合作靶标对激光跟踪测量的姿态测量系统进行精度测试。实验结果表明：在3～10 m,方位角/俯仰角为±30°、滚动角为±180°内,适配有14个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.049°;适配有10个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.065°。此方法普适性强,对合作靶标特征点布局约束较小,可以满足高端制造业激光跟踪测量的精密测量需求。     

机载设备安装姿态视觉校准中的靶板标定

基于飞机机载设备安装姿态视觉校准系统Archer-M的研发,提出针对系统中姿态测量辅助靶板的标定方法。首先,利用摄像机从不同方位拍摄靶板图像,在相差一个尺度因子的情况下确定靶点位置关系。然后,利用单个发光二极管（LED）靶点的多次精确移动和图像叠加的方法恢复绝对尺度,求解靶点的相对关系。最后,通过精确控制靶板的位姿运动,利用运动前后各坐标系之间的相对关系,求解出“靶/座"相对位姿,并进一步针对只用于物体姿态测量的靶板,提出了分别沿两个垂直方向运动的简化“靶/座"标定方法,从而大大降低了标定过程中对标定设备的要求。实验结果表明：距离为3~12 m时,姿态角度的测量标准差为0.004~0.017°,姿态测量精度与激光跟踪仪相当。     

形位误差测量的误差分析

分析了影响形位误差测量精度的各种误差因素,指出回转精度是测量仪器最重要的精度指标,轴向导轨直线度误差将影响被测工件圆柱度误差和素线直线度误差的测量精度,轴向导轨对回转轴线的平行度误差主要影响圆柱度误差评定结果,工件安装误差对测量结果的影响可以忽略。     

基于视觉的三轴相交机械手姿态误差的计算与评价

针对工业生产中应用广泛的 3个相邻关节轴交于一点的机器人手腕 ,把计算机视觉和机器人相结合 ,运用图像处理的方法来确定手腕的姿态误差 ,给出了具体的算法公式。还借助于文献 [1 0 ]的基于 2 -范数的刚体转动误差测度来评价机构性能的优劣。最后还给出实验结果证明了此法的正确性。     

精密视觉对准系统的精度分析与误差补偿

为了减小全自动视觉锡膏印刷机视觉对准系统的纠偏误差,提高锡膏印刷机的印刷精度,在介绍了视觉对准系统的组成和功能的基础上,对其进行精度分析,计算纠偏平台终端姿态,推导出视觉运动系统定位误差对终端姿态的误差传递公式,对定位误差进行定量分析和测量,并根据测量数据设计了一种误差补偿方案。通过实验结果表明,补偿方案能有效减小视觉运动系统的定位误差,提高视觉对准系统的纠偏精度,对运动系统的误差分析有一定的指导意义。     

圆度误差测量及误差分析

介绍了圆度误差的最小二乘法及其数学模型的建立 ,并分析了影响圆度误差测量的几种误差因素。     

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。     

灰色关联分析方法在双目视觉测量系统误差分析中的应用

针对双目视觉测量系统存在误差因素繁多、分析困难等问题,提出了一种基于灰色关联技术的误差分析方法。考虑视觉系统的灰色属性,将灰色系统理论及其相关技术运用于视觉测量系统的误差分析。以镜头畸变、质心定位误差及双目视觉系统内、外参数等9项因素或参数为自变量,通过基于单项因素变化的实验,获取了误差分析的数据样本;采用灰色数据处理方法及灰色关联分析技术,从无明显规律的数据样本中明确了视觉系统各项误差因素对最终测量精度的影响。分析结果证明了灰色理论用于定量分析视觉系统误差的正确性和有效性;在灰色理论意义下,镜头径向畸变、切向畸变、摄像机夹角及特征点质心定位误差4项因素对测量精度的关联度均大于等于0.859,高于其余误差因素。     

高精度直线检测算法研究与误差分析

针对图像处理中直线检测精度不足、运算速度慢等问题,对直线检测算法和精度进行研究,提出一种新的高精度直线检测算法。首先,基于任意两点计算直线参数值并以直线拟合的像素数目作为参数点的累加值;其次把累加值大于阈值的参数点保存在数据链表中并根据局部极大值或阈值判断直线;最后对算法的直线检测精度进行分析,建立直线拟合的误差模型。通过对0°到45°斜率角的直线检测进行误差分析发现,当直线段的长度为400像素时,斜率角的典型误差小于0.03°,当直线段的长度为600像素时,斜率角的典型误差小于0.01°。新算法与Hough、最小二乘算法比较,不但精度高,运算速度快,而且受噪声影响小。     

Machining accuracy improvement for a dual-spindle ultra-precision drum roll lathe based on geometric error analysis and calibration

This paper performs a comprehensive analysis and calibration on the geometric error of the ultra-precision drum roll lathe with dual-spindle symmetrical structure and cross slider layout. Firstly, the volumetric error model which contains all geometric errors of the dual-spindle ultra-precision drum roll lathe (DSUPDRL) is developed based on the combination of the homogenous transfer matrix (HTM) and multi-body system (MBS) theory. Secondly, sensitivity analysis for the volumetric error model is conducted to identify the sensitive geometric error components of the DSUPDRL using an improved Sobol method based on the quasi-Monte Carlo algorithm. The result of sensitivity analysis laid the foundation for the subsequent geometric error calibration. Then, some sensitive error components along the X and Z directions are calibrated using a laser interferometer and a pair of inductance displacement probes. Besides the volumetric error model, the concentricity error caused by dual-spindle symmetrical structure is proposed and calibrated by the on-machine measurement using a classic reversal method. Finally, a large-scale roller mold with a diameter of 250 mm and a length of 600 mm is machined using the DSUPDRL after calibration. The experimental result shows that 1.4 μm/600 mm generatrix accuracy is obtained, which validate the effectiveness of the geometric error analysis and calibration.     

基于机器视觉的直角坐标机器人热误差测量

介绍了一种利用机器视觉标定确定直角坐标机器人线性模组的重复定位精度的方法,通过分析计算得出了模组在热稳定下与从冷却到热稳定过程下的重复定位精度,同时对二者进行比较得出了热误差对重复定位精度的影响结果,并探讨了线性模组在不同速度下热误差对重复定位精度的影响。     

基于双平行线特征的位姿估计解析算法

提出了一种基于特征直线的单目单帧计算机视觉相对位姿估计算法.用几何的方法代替常规代数方法,回避了特征点算法中传统的通过求解旋转矩阵和平移向量来获取位置和姿态参数的过程.以特征直线的平行关系和四直线围成的面积作为输入,推导出了几何意义下的位置和姿态参数解析表达式,求解过程简单、直接.理论推导和实验验证表明了该算法的正确有效性.     

谐波齿轮传动系统传动误差的精细分析

分析输出刚轮切向综合误差和基节误差等多项重要误差源对传动误差的贡献及其频率,采用按随机过程理论得 到的误差平均因子和单位换算系统,建立统一的较全面反映各种误差因素的单台具有杯形或环形柔轮的谐波齿轮传动 装置的传动误差计算公式,按6σ原则,导出一批谐波齿轮传动装置的传动精度统计公式。它们可分别应用于具有杯形 或环形柔轮的谐波齿轮传动的精度评估,或应用于非线性动力学研究中传动误差环节的建模。     

基于线结构光视觉传感器的圆孔定位误差分析

针对空间圆（类圆）孔几何量测量,传统视觉测量方法一般采用双目立体模型,基于立体像对实现对圆孔空间位置的测量,由于传感器成本、体积、重量等的限制,在特殊视觉系统,尤其在发展迅速的基于工业机器人平台的柔性视觉检测系统中均凸显其不足。本文基于单摄像机架构的线结构光视觉传感器,提出圆（类圆）孔定位两步法,并对被测圆心x ,y ,z 向坐标测量误差进行了详细讨论和分析。通过对被测圆心定位误差的分析计算,在实际测量应用中,z 向测量精度可以优于±0.25mm,x, y 向测量精度优于±0.006mm。研究结果表明该方法切实可行,可以满足实际测量需求,极大地扩展了线结构光视觉传感器的应用范围。     

A three-dimensional triangular vision-based contouring error detection system and method for machine tools

Contouring error detection for machine tools can be used to effectively evaluate their dynamic performances. A triangular vision-based contouring error detection system and method is proposed in this paper, realizing the three-dimensional error measurement of an arbitrary trajectory in conditions of a high feed rate and wide motion range. First, a high-precision measurement fixture, which consists of high-precision circular coded markers and a highly uniform light source, is designed to accurately characterize the motion trajectory of a machine tool and realize the high-quality collection of an image sequence. Then, to improve the contouring error detection accuracy, a coded marker decoding and center location method for the automatic recognition and high-precision center positioning of the circular coded markers are applied. Using image preprocessing and matching, the markers’ three-dimensional coordinates in the camera coordinate system can be constructed. Moreover a data transformation method induced by the orthogonal motion of machine tools is proposed to obtain the three-dimensional trajectory in the machine tool coordinate frame and the contouring error can be calculated. Finally, a three-dimensional contouring error detection study of an equiangular spiral interpolation at different feed rates is performed in the laboratory. It is shown that the average contouring error for a feed rate of 1000 mm/min is about 3 µm, which verifies the vision measurement accuracy and feasibility.