基于激光跟踪仪的机器人运动学参数标定方法

工业机器人的连杆参数误差是影响其绝对定位精度的最主要因素,为改善机器人的绝对定位精度,借助了高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量仪器——激光跟踪仪,以及功能强大的CAM2 Measure 4.0配套软件,从机器人自身的运动约束出发,构建起实际的D-H模型坐标系,进而对运动学参数进行了修正,获得了关节变量与末端法兰盘中心位置在基坐标系下的准确映射关系.结果表明,标定后的平均误差及均方根误差均改善了400/0以上,且该方法易于实现,通用性强,能明显改善精度.

大空间坐标尺寸测量研究的现状与发展

大空间范围内的坐标尺寸测量是大型装备制造及精密工程安装的基础支撑技术之一，也是精密测量技术的热点和难点问题。随着当前重大基础装备工业的快速发展，大空间坐标尺寸测量的重要性和迫切性日渐突出，现有的测量方法和技术已经不能满足应用要求，必须发展新的测量方法和仪器设备，以此为背景，结合正在发展的大尺寸组合式测量方法，阐述了大空间坐标尺寸测量的应用现状、组合式测量方法、全局空间测量与控制等几方面问题，试图反映该技术领域的技术现状、关键问题和发展趋势，为相关研究和工程应用提供部分参考依据。

视觉检测技术及应用

视觉检测技术，尤其是基于三角法的主动和被动视觉检测技术具有非接触、速度快、柔性好等特点，是一种先进的检测手段，适合现代制造业的需要。文章论述了视觉检测技术原理，讨论了已经研制的多个实际视觉检测系统，从不同角度展示了视觉检测技术在现代制造业中广阔的应用前景。

精密测试技术展望

结合现代制造技术 ,就精密测试技术具有生命力的研究方向提出展望。内容包括零废品生产中的测量控制、视觉检测技术、测量方法的多样化、大尺寸测量与纳米测量。

现代制造质量的关键测量技术基础

制造质量工程是先进制造业中最为重要的一环。它解决产品的在线质量控制,是生产过程中的质量保证与质量控制的原理、方法和技术。它的研究目标是提高产品的制造质量和市场竞争力。测试计量学科的任务就是为先进制造业和国民经济重大课题服务,提高现代制造质量工程的水平。本课题研究现代制造质量控制、溯源中的几个关键性测试计量技术方法和基础理论。研究的侧重点是它们的基础性、创新性和系统性,兼顾质量管理工程。

现代测试计量技术及仪器的发展

当今制造技术的快速进步引发了许多新型测试计量问题,推动着传感器、测试计量仪器的研究与发展,促使测试计量技术中的新原理、新技术、新装置系统不断出现。和传统的技术比较,现代测试计量技术呈现出测量仪器的作用愈加重要,新的仪器不断出现,如便携式形貌测量、基于视觉的在线检测、基于机器人的在线检测与监控、微/纳米级测量和虚拟测试技术等。除此,仪器设备的精确度有了质的飞跃,自动化程度得到显著改善,同时在计算机软、硬件的支持下,其功能得到极大拓展,展现出一片欣欣向荣的景象。当务之急,是针对测试计量技术应用特点,分析我国的现状,比较与国外同类技术存在的差距,探讨在目前条件下我国测试计量技术的发展重点和趋势。在未来的测试计量技术及仪器技术的发展中,针对实际存在的问题和发展趋势,着力加大科研投入,重视基础研究,紧密联系工程应用。相信在不久的将来,我国测试计量技术定可获得快速的发展,为我国科学技术和国民经济的发展发挥更大的作用。

基于粘性目标约束和外极约束的自由曲面三维轮廓术

准确地获取实体的三维信息一直是精密测试、CAD/CAM、机器人导向等领域中的重要课题。本文提出了一种新的基于粘性目标约束和外极约束的自由曲面立体视觉测量方法 ,这种方法有效解决了立体视觉中的图像匹配问题。外极约束将可能的侯选点限制于直线分布 ,引入粘性目标用以确定光栅条纹的级次。这种方法极大地减小了图像匹配的运算量 ,同时减小了错误匹配的概率。实验表明 ,采用光栅投影主动视觉传感器能够高效准确地测量自由曲面的三维轮廓。

我国国家资格框架研究：反思与前瞻

我国国家资格框架研究取得了较大的进展,但也存在"三重三轻"的突出问题,即重比较轻基础、重文本轻文化、重经验轻反思。这些问题使得当前的研究视野变窄,不利于国家资格框架研究的拓展和深化。面对我国国家资格框架建设的紧迫任务,有必要转变国家资格框架研究的方向,即从经验到学理、从文本到文化以及从国际到本土,通过理论创新来引领国家资格框架的制度创新和实践创新,为建设中国特色的国家资格框架服务。

三维彩色扫描测量技术

采用线结构激光和一个彩色ＣＣＤ摄像机构成三维彩色扫描系统，彩色ＣＣＤ摄像机分两次对物体成像，首先摄取物体的彩色图片，然后利用滤光镜摄取激光光平面上物体的三维信息。最后采用彩色贴图技术将两次获取的信息重叠，便可得到物体的三维彩色信息。提出了激光光平面方程式三维测量方法，建立了相应的数学模型。进行了实验研究，给出了实验结果。

现场大空间测量中精密三维坐标控制网的建立

全局测量与精度控制是超大空间内精密测量的基础,决定着整体测量的性能和适用性。为提高整体空间测量精度,同时解决定向及尺度问题,必须在全局空间内布设高精度测量控制网。三维坐标测量作为几何量测量的重要代表,是建立控制网最直接且约束最强的控制条件。为建立大空间精密三维坐标控制网,采用激光跟踪仪多站位对空间全局控制点进行三维坐标测量,结合奇异值分解算法完成各站位的方位定向,并利用激光跟踪仪极高精度的测距值作为约束,对跟踪仪测角误差进行优化,进一步提高坐标控制网的精度。将该控制网建立方法应用于某飞机机翼表面形貌测量,实现激光跟踪仪全局控制与终端摄影测量的高效组合,以不同若干站位下全局控制点间距离比对结果表明该控制网对现场测量精度和可靠性的提高具有良好效果。

现场双经纬仪三维坐标测量系统

分析了经纬仪透视投影模型以及双经纬仪三维坐标测量模型。采用线性与非线性相结合的方法来求解双经纬仪坐标测量系统的参数,首先由8个以上空间点在两台经纬仪投影平面内对应的投影坐标计算出本质矩阵E,通过本质矩阵E的奇异值分解以及空间绝对距离的约束采用线性方法求出右经纬仪的投影矩阵,然后建立包含空间点在两台经纬仪投影平面内投影点固有约束以及空间点三维坐标在内的目标函数,并以线性方法求出的参数为初值,采用非线性优化的方法求解最优测量系统的参数。该方法保证了求解参数为全局最优,且求解速度快。试验结果表明,该方法切实可行。

逆向工程技术三维激光扫描测量

适应现今少量多样产品新时代的需求 ,如何运用新的测量技术 ,快速将产品的 3- D外形数字化 ,建立 3- D CAD图档 ,是逆向工程的关键技术之一 .利用非接触式 3- D测量探头 ,采用线激光及双 CCD采集技术 ,建立一套逆向工程测量系统 ,快速将样品的 3- D外形数字化 ,并利用边缘检测、滤波技术和曲线、曲面处理建模重构技术 ,建立 3- D曲面模型 ,可大大缩短产品的设计时间 .

利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法

提出一种简单的利用激光跟踪仪和线性方程最小二乘解对机器人进行标定的方法。通过将机器人运动学方程线性化,建立机器人末端凸缘盘位置误差与连杆D-H参数误差的关系方程。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,并通过圆周法求解每个关节电动机的直线方程,进而可以求得机器人的连杆扭角。通过激光跟踪仪测量机器人目标点的坐标值,并通过串口获得机器人6根轴的角度值建立标定方程。通过求解此方程,获得机器人的实际D-H参数,并将此参数应用于修正系统的运动学模型,能够提高机器人的绝对精度。最后对解算过程中的误差和原因进行说明,并对机器人的误差原因进行分析,指出标定过程中需要注意和改进的几个问题。

激光跟踪仪测角误差的现场评价

激光跟踪仪是基于角度传感和测长技术相结合的球坐标测量系统,其长度测量采用激光干涉测长方法,可直接溯源至激光波长,因此,激光跟踪仪的长度测量精度远高于角度测量精度,相对而言,测角误差就成为评价跟踪仪测量精度的重要指标。为了对现场测量激光跟踪仪的测角误差进行快速有效地评价,采用跟踪仪多站位对空间中测量区域内若干个被测点进行测量,与传统基于角度交汇原理的多站位冗余测量不同,利用各站位所观测的高精度测长值建立误差方程,并通过测长方向的矢量位移对跟踪仪测长误差进行约束,获得被测点三维坐标在跟踪仪水平角和垂直角方向上的改正值,以此来评价激光跟踪仪的测角误差。通过Leica激光跟踪仪AT901-LR进行了多站位测角误差评价实验,在现场测量条件下,跟踪仪水平和垂直方向测角误差约为0.003 mm/m(1σ),符合跟踪仪的测量误差特性。

工业坐标测量机器人定位误差补偿技术

由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐标测量系统是视觉检测技术在工业在线测量领域的重要应用。工业机器人的机械结构和控制过程复杂,因此其定位误差成为影响系统测量精度的最主要因素,但可以通过修正连杆参数的方式加以补偿。以MD-H运动学模型为基础,建立机器人工具中心点(Tool center point,TCP)的基于相对定位精度的定位误差补偿模型,避免坐标在不同坐标系转换过程中产生精度损失。对与机器人测量姿态有关的柔度误差进行针对性补偿,通过建立柔性关节的弹性扭簧模型,将柔度误差分解为外加负载柔度误差和机械臂自重柔度误差分别进行补偿。标定过程中使用激光跟踪仪作为外部高精度测量设备,只需在单点测量模式下就能实现对TCP的三维坐标采集,大大简化数据采集过程。经过补偿后,标定点处的方均根误差由之前的1.230 2 mm降至0.428 8 mm,验证点处的则由0.723 6 mm降至0.505 4 mm。

单目视觉测量技术研究

对单目视觉测量方法进行了研究、分析,其中包括几何相似法、几何形状约束法、结构光法、辅助测量棒法和激光辅助测距法。结合作者最新的研究成果,重点对结构光法和辅助测量棒法测量作了介绍。

双经纬仪三维坐标测量系统设计

在大尺寸坐标测量领域,双经纬仪坐标测量系统因其测量精度高、移站方便、非接触式测量等优点应用广泛。针对工业现场大尺寸精密测量的需求,本文基于双经纬仪前方交会测量原理,分析了两种不同的经纬仪系统标定方法,利用面向对象的VC技术设计实现了经纬仪系统的标定、通讯、测量、基本几何元素拟合等功能,并完成了系统人机交互界面的设计和基于ADO访问技术的数据管理。实验结果表明:该坐标测量系统测量精度高,操作高效实用,可广泛应用于工业现场大尺寸坐标测量中。

通用机器人视觉检测系统的全局校准技术

介绍了基于通用机器人的车身在线柔性视觉检测系统的工作原理和在复杂现场环境下使用激光跟踪仪和测量臂进行全局校准的实用方法。基于测量姿态的全局校准方法,利用机械约束将传感器坐标系和靶标坐标系统一起来,实现测量姿态时传感器坐标系与系统基准坐标系的坐标转换。基于机器人运动学模型的全局校准方法,利用机器人末端关节位姿可通过正向运动学获知的特点,在现场构建机器人基坐标系,并通过坐标变换获得与机器人运动精度无关的手眼关系,实现任意姿态时的全局校准。实际测量结果表明,应用两种校准方法后系统的重复性精度都十分理想,测量装置重复测量标准差和系统重复测量标准差分别为0.07mm和0.13mm,能够满足在线监控白车身加工尺寸变化的精度要求,系统进行坐标测量时的误差分别为±0.2mm和±0.8mm。

CCD摄像机快速标定技术

在视觉检测系统中 ,针对视觉传感器数量多 ,且每个摄像机需标定的内部参数及外部参数较多的特点 ,提出了一种新的简单的快速摄像机标定方法。分析了摄像机的各个关键参数 ,采用了全线性标定方法和矢量分析法 ,逐步求出 CCD摄像机的参数。该方法具有标定速度快、精度较高、实用和算法性能分析容易等优点 ,适用于一般视觉检测系统的摄像机参数的标定 ,尤其是大型视觉检测系统中多视觉传感器的摄像机参数的标定。实际结果表明 ,摄像机标定误差优于 0 .0 5 m m。

采用光平面交汇的大尺寸坐标测量方法

工业大尺寸测量中常用的经纬仪、跟踪仪等多站式测量系统大多使用基于空间球坐标系的角度交汇测量方式。由于这种测量方法对测站轴系结构有严格的要求,导致现有的测量设备制造成本高、组装困难,并使最终测量结果受轴系误差影响较大。介绍了一种基于光平面交汇的多站式大尺寸测量方法。采用分布于工作空间内的多台激光发射站及接收器测量待测点坐标。建立了基于双旋转激光平面的单发射站数学模型,推导了接收器三维坐标计算公式并对基于光束平差原理的测站定向方法进行了讨论。新方法降低了对测站轴系精度的要求,提高了可靠性。实验结果证明:新方法的测量精度优于0.2mm。