应用激光跟踪仪和单目视觉检测三维水模体定位精度方法研究

针对三维水模体检测方法较少、检测过程复杂等问题,提出基于激光跟踪仪和单目视觉的三维水模体定位精度检测方法。激光跟踪仪三维水模体定位精度检测对比实验验证三维水模体在有水和无水的情况下定位精度一致。单目视觉三维水模体定位精度检测实验结果表明:X轴、Y轴、Z轴和空间对角线的定位误差均在0.050 mm以内,重复性分别为0.030 mm,0.064 mm,0.056 mm,0.140 mm,X轴和Y轴的垂直度为0.800 mm,Y轴和Z轴的垂直度为0.761 mm,X轴和Z轴的垂直度为0.503 mm,与激光跟踪仪的测量精度在一个量级。最后,经不确定度分析得到相邻点距离测量误差的标准差为0.0187 mm,满足检测要求。两种方法都能实现非接触测量,简化冗杂的检测过程,可满足医院对医用直线加速器的日常检测需求。

一种工具坐标系标定与公共点结合的机器人与激光跟踪仪坐标转换方法

机器人标定需要实现测量坐标系与机器人坐标系的配准关联,得到两者之间的转换关系。为克服传统基于轴线矢量坐标系转换方法操作复杂、拟合精度不高等缺点,提出一种工具坐标系标定与公共点转换相结合的解算方法。首先基于距离约束标定出光学靶标球中心相对于末端法兰坐标系的位置参数,而后通过重心化配置降低测量误差对坐标转换的影响,最后基于公共点转换采用三维七参数模型求解坐标转换齐次矩阵。实验结果表明,相比于基于轴线矢量坐标系转换的传统拟合方法,该方法的点位综合MAE减小35.44%,坐标转换精度更高,且操作方法简单,适合工业现场使用。

基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法

为准确测量工业机器人在飞机装配中的真实装配受力,提出了一种基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法。借助激光跟踪仪等外部测量设备,建立了机器人系统的全局运动学模型,实现机器人末端位姿的精准获取。利用卡尔曼滤波处理力传感器信号,以获取更加准确平稳的外部力信息。基于最小二乘法建立了末端负载重力分量与位姿的映射关系,其中,考虑了力传感器的零点偏移与机器人安装偏差带来的影响。最后开展了机器人负载重力在线补偿试验,试验结果表明,该方法具有良好的效果。

基于直线轨迹的激光跟踪仪测量精度测试方法

激光跟踪仪测量技术广泛应用于装配、制造等多个领域。为研究激光跟踪仪测量精度,研制了一套以光栅尺采集值为参考,通过多轴运动控制器实现电机运动控制、光栅尺采集、激光跟踪仪测量三者同步触发的坐标测量精度测试系统。对系统重复定位精度与激光跟踪仪同步触发坐标测量精度分别进行了试验。结果表明,系统重复定位误差在[–4.0μm,4.0μm]之间。3台不同型号激光跟踪仪在切向方向上与目标反射镜的距离为[2.7 m,3.4 m]时,其坐标测量误差随速度变化分布在[–23μm,988μm]之间。激光跟踪仪在径向方向上与目标反射镜的距离为[1.5 m,3.8 m]时,其坐标测量误差随速度变化分布在[5μm,915μm]之间。

基于激光跟踪仪的数控机床加工误差控制研究

数控机床使用时间延长,会使加工轨迹与实际轨迹轮廓之间偏离出现加工误差,同时存在加工效率差等缺陷,为了获得理想的数控机床加工效果,提出了基于激光跟踪仪的数控机床加工误差控制方法。首先采用激光跟踪仪确定数控机床加工轨迹,引入叉耦合控制器,计算数控机床加工过程中轨迹误差估计值,然后根据误差分配结果确定加工轨迹轮廓误差补偿控制量,并根据插补值进行数控机床加工控制,最后进行仿真测试,结果表明,本方法降低了数控机床加工误差,提升了数控机床加工精度,具有较高的实际应用价值。

无需公共点的高精度激光跟踪仪自标定方法

多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值,在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离,目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高,但是其精度有限。为了提高其精度,分析基于拟合的自标定方法精度较低的主要原因,提出了基于三角形结构的自标定方法,定量对比了新方法和基于球心拟合方法的精度。新方法建立非线性误差模型进行参数迭代求解,能够应用于激光跟踪仪的三维自标定。通过模拟仿真和实测实验,证明了该方法比基于球心拟合的自标定方法在精度上有了大幅度提升。文中算法无需增加额外设备,改进了原先基于球心拟合方法并提高其自标定精度,具有一定的工程应用价值。

基于激光跟踪仪的工业机器人校准应用研究

绝对定位精度是反映工业机器人性能的一项重要技术指标,工业机器人高精尖应用领域均要求较高的绝对定位精度,例如航空制造、精密医疗等。针对目前绝对定位精度普遍较低的问题,分析了精度误差来源,提出了一种基于激光跟踪仪的精度校准方法。利用激光跟踪仪对工业机器人进行了校准试验,对D-H参数、减速比及耦合比等参数加以修正。对比校准前后试验结果,绝对定位精度由校准前的2.56mm提升至0.66mm,绝对定位精度提升了74%,验证了该校准方法的有效性。研究结果对以非机械式的方式提升工业机器人绝对定位精度具有一定的指导意义和应用价值。

基于激光跟踪仪高精度测距特性的转站方法研究

激光跟踪仪转站精度直接决定大尺寸测量网的测量精度,针对激光跟踪仪转站问题,基于激光跟踪仪高精度测距特点,提出一种转站参数计算方法。首先,根据激光跟踪仪测距准确的特点,利用Nelder-Mead算法对于平移分量进行求解;然后将所求平移分量作为强约束注入旋转分量的求解过程中,获取激光跟踪仪转站旋转分量,从而求得激光跟踪仪转站参数;最后,以均方根误差与转站点位误差为依据,在仿真条件下,验证了不同尺度测量场下提出的方法相较于传统SVD分解方法均有转站精度提高的效果。

激光跟踪仪双点靶球座的加工工艺

双点靶球座是激光跟踪仪的常用附件,具有较高的尺寸及形位精度要求,大外圆圆弧与小轴连接处薄弱,加工变形较难控制。对此,提出激光跟踪仪双点靶球座的加工工艺。介绍了具体工艺流程,进行了实测精度对比,确认采用所提出的加工工艺,激光跟踪仪双点靶球座的精度达到外购件水平,可以取代外购件。

激光跟踪仪CFIII三维控制网数据采集软件研制

根据激光跟踪仪自身特点和实际工程应用需要,设计开发了一款激光跟踪仪CFIII三维控制网数据采集软件,该软件主要为高速磁浮、火箭撬滑轨测设一类具有特殊精度要求的测量工作提供外业数据采集服务。本文首先按照软件开发的一般流程进行需求分析和功能设计,并以此为基础对激光跟踪仪控制网测量等相关功能算法进行研究,然后对其中一些关键的功能算法进行阐述,再对各项子功能进行编码实现。最后,本文设计了一系列测量对比分析和仿真计算实验对软件各项功能进行可靠性验证,实验结果表明,本文研制的软件运行正常,测量结果正确、可靠。

激光跟踪仪在大型钢结构安装测量中的应用

详细介绍了激光跟踪仪在大型钢结构安装测量中的应用,主要包括制定技术路线、三维安装控制网的布设、测量和平差、设备安装测量等。试验表明,在120 m测量范围内,激光跟踪仪能够满足0.5 mm的平面度和直线度安装要求。

基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化研究

由于飞机部件尺寸大,装配现场工装分布复杂,导致激光跟踪仪通视不佳,在引导装配或下架检验时需要反复调整激光跟踪仪站位,严重影响了测量稳定性及效率。为解决此问题,提出基于数字孪生的飞机装配激光跟踪仪站位优化方法。建立了面向飞机装配的激光跟踪仪测量约束模型,构建了基于飞机装配现场要素精准仿真的数字孪生系统,完成了对激光跟踪仪布站位置的优化,最后通过对数字孪生系统中激光跟踪仪的测量仿真,验证了遗传算法求解激光跟踪仪最佳站位的可行性。研究结果表明,优化后激光跟踪仪对测量点的覆盖率提高了110%,测量点的重合率由11.7%提高到55.5%,激光跟踪仪对测量点的覆盖率和测量点的重合率均有显著提升。

激光跟踪仪几何结构误差标定及修正

为了提高激光跟踪仪坐标测量精度,分析了跟踪仪的几何结构误差,研究了横竖轴平移误差、横竖轴倾斜误差、激光平移误差和激光倾斜误差的标定和修正方法。利用几何分析法建立了几何结构误差模型,基于投影图像测量仪和检棒、PSD搭建了几何误差参数的标定装置,实现对几何误差的快速自动高精度标定及补偿。最后,利用误差标定实验测量出的几何误差代入误差补偿模型,与标尺的长度进行比对分析。实验结果表明:经几何误差修正后的跟踪仪坐标测量误差从13μm/m减小到4μm/m以内,测量精度约提升了9μm/m,验证了几何误差标定和修正方法的正确性,该方法可以提高激光跟踪仪的坐标测量精度。

基于激光跟踪仪的机床误差快速测量方法

几何误差测量是机床几何精度评定的关键一环。现有的几何误差测量方法在测量效率、测量空间上存在着不同程度的弊端。为此,提出一种基于激光跟踪仪的机床误差快速测量方法。首先,通过测量机床工作空间中不共面的4个位置的坐标,实现机床坐标系和跟踪仪坐标系的对准;其次,通过测量机床直线轴行程内若干位置的坐标,求解出机床各直线轴的3项位置误差和各直线轴间的垂直度误差;再次,通过测量机床工作空间体对角线上若干点的位置坐标,实现机床空间误差的测量;最后,在一台卧式加工中心上和XM60多光束激光干涉仪进行了对比试验,结果表明两仪器测量得到的误差曲线具有较高的相似性。该方法为机床误差测量提供了新手段和新思路。

激光跟踪仪测量系统主动靶球装置设计及测试

针对目前激光跟踪仪测量工作中靶球容易断光、需要人工引导激光的问题,课题组设计出了一种能够自动对光的主动激光靶球(spherically mounted retroreflector,SMR)装置。基于STM32系列单片机实现了控制电路的设计,通过实时检测跟踪仪的转角以及靶球自身的自转角度,能够准确计算出靶球收光口与跟踪仪出射激光之间的偏角,进而控制步进电机带动靶球作相应的旋转实现对光;将主动靶球装置安装在4足机器人上进行了性能测试。研究结果表明使用该主动靶球装置可以有效减少激光跟踪仪断光次数,提高了跟踪仪在机器人在线检测等领域的测量效率,具有良好的实用性。

基于激光跟踪仪的飞机总装数字化测量场构建方法

航空制造业正逐步朝着高精度、高质量的方向发展,数字化测量技术已成为飞机总装的关键。然而,目前的测量场构建主要依赖技术人员的经验,在实施过程中需要反复试错并调整,效率低且人力投入大。为了解决上述问题,提出了一种基于激光跟踪仪的飞机总装数字化测量场构建方法。首先,将飞机总装数字化测量场作为物化模型进行分析研究,提出关键的影响因素。然后,采用模型分析、归纳总结等方法对测量场构建技术进行了研究,通过确定测量场覆盖范围、合理布局增强参考系统(Enhanced Reference System, ERS)点阵、建模仿真、标定ERS点、建立全局坐标系、评价不确定度等步骤,构建了一个科学合理的测量场。该方法在AG600飞机总装中得到了应用验证,证明了其有效性和可行性,可支撑工艺人员高效、准确地构建数字化测量场,满足了飞机总装高精度测量的需求。

基于激光跟踪仪的三维坐标转换方法

为了进一步提高工程测量三维坐标转换精度,本文开展了基于激光跟踪仪的三维坐标转换方法研究。首先,介绍了徕卡AT960激光跟踪仪的原理和测量精度;其次,推导了目前常用的大旋转角非线性13和7参数转换模型;最后,设计实测实验进行精度验证。实验步骤如下:利用徕卡AT960激光跟踪仪采集不同测站下的公共点三维坐标信息,然后利用非线性13参数和7参数模型将各个公共点坐标归算到统一坐标系下,对归算后的坐标进行精度分析。结果表明:非线性13和7参数转换模型的单位权中误差分别为9.79μm和9.54μm,整体精度基本一致,说明基于激光跟踪仪的三维坐标转换精度可以达到微米量级。

基于激光跟踪仪的俯仰角度测量方法研究

针对现有俯仰角度测量技术抗干扰能力弱、适应场景单一的问题,提出了基于激光跟踪仪的俯仰角度两种测量方法。一是通过测量点拟合圆的圆心角计算俯仰角,二是通过测量点构成直线之间的夹角计算俯仰角。结果表明:方法2的测量效果优于方法1,其非线性误差为0.051%,迟滞误差为0.019%,重复性误差为0.027%,总误差为0.061%。

基于激光跟踪仪的工业机器人性能测试与评价分析

本文首先围绕工业机器人性能测试相关要求、检测指标设置进行了分析。为做好针对工业机器人的性能测试与评价工作,本文围绕实验对象及测试设备的选择、工业机器人性能测量系统构建及工作原理等基于激光跟踪仪的工业机器人性能测试平台搭建要素展开分析。在此基础上,本文选择工业机器人位姿准确度及重复性、工业机器人位置稳定时间及位置超调量、工业机器人轨迹准确度和轨迹重复性三项重要项目进行测试与评价,仅供参考。

基于水准仪的激光跟踪仪精确找平方法实现

在大型精密设备拼装领域,测量范围较大,测量精度要求极高。跟踪仪平面测量精度较高,但高程方向绝对测量精度较低,而水准仪高程测量绝对精度很高,为此本文结合水准仪对跟踪仪数据进行处理,经过实测数据验证,该方法可以有效地提高激光跟踪仪绝对高程测量的精度,实现激光跟踪仪的精确找平。