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。

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。

一种新型自动激光经纬仪引导跟踪方法

针对传统电子经纬仪需要人眼瞄准读数,测量效率低下且测量精度易受瞄准误差影响的问题,本文提出一种新型的自动激光经纬仪系统,无需人眼瞄准即可实现经纬仪系统自动瞄准测量。该方法采用精密二维转台和高分辨率相机代替人眼,利用TM5100A的马达驱动功能将经纬仪的望远镜指向相机视场范围,实现引导跟踪功能。然后,再进一步识别并瞄准视场内的目标,完成对目标的识别和测量过程。本文主要就该系统中的跟踪引导算法进行了研究和分析。仿真和实验结果表明,该引导方法效率高,实用性强,能够较好地实现相机对经纬仪激光点的准确引导,保证了经纬仪测量系统的引导精度。

激光跟踪仪转镜倾斜误差的标定及修正

为了提高激光跟踪仪的测量精度,分析了跟踪仪的几何结构误差,重点研究了其转镜倾斜误差的标定和修正方法。利用矢量分析和坐标转换相结合的方法建立了跟踪仪转镜倾斜误差模型,推导出了跟踪仪几何空间坐标修正公式,并基于自准直仪、多面棱体和可调反射镜建立了高精度误差标定装置。利用标定装置分析了误差标定方法,通过系统仿真研究了转镜倾斜误差对系统测角误差及最终坐标测量误差的影响。利用误差标定实验检测出的系统转镜倾斜误差约为4″,将其带入坐标修正公式,并与修正前的坐标进行了比对分析。对比结果显示,经误差修正后系统空间坐标测量误差可减小约2×10-6,验证了转镜倾斜误差标定和误差修正方法的有效性,表明利用该方法可在不改变系统硬件结构的基础上提高测量系统的测量精度。

激光跟踪测量系统软件设计

激光跟踪测量系统在航空航天、汽车制造、高能粒子加速器准直测量等工业大尺寸精密测量领域有着广泛的应用。本文针对激光跟踪测量系统的应用需求和特点,设计了基于VC++的激光跟踪测量系统软件。该软件通过TCP/IP协议实现与系统硬件的网络通讯;集成了误差补偿功能,可对系统测距和测角值进行实时误差补偿;可对系统数据进行数据处理分析;根据用户需求对系统数据进行数据库管理;并利用VTK技术实现数据库中所有数据的三维实时显示和相关人机交互操作。实验结果证明该软件可有效地实现激光跟踪系统的坐标测量及相关功能,满足激光跟踪测量系统用户的需求。

激光跟踪仪精密跟踪系统的设计

对激光跟踪仪的跟踪伺服控制系统进行了整体研究并给出了总体设计方案。针对跟踪目标的精密探测问题,研究了新型探测手段以及微弱光电信号的精细调理技术与数字滤波方法,使得脱靶量探测稳定性优于±2.0μm。针对跟踪角度精密测量问题,设计了圆光栅数据采集系统,实现了角度脉冲的细分、辨向与准确计数;基于谐波分析方法建立了跟踪过程中的误差补偿模型,将角度测量精度由3.5″提高到1.5″。建立了跟踪伺服电机的数学模型,分析了电流环在跟踪控制中的作用机理,提出了电流、速度、位置三闭环控制结构和复合跟踪控制策略。跟踪实验表明:系统最远跟踪距离不小于41.7m,跟踪速度不低于2.0m/s。该项技术还能为空间动态目标跟踪、激光通信等提供有益借鉴。

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。

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=4μm)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。

激光电子经纬仪动态跟踪引导系统的设计

设计了一种基于视觉的激光电子经纬仪跟踪引导系统来提高电子经纬仪工作效率,实现其在大空间范围内目标点的动态测量。介绍了跟踪引导系统结构组成并分析了外置扫描设备以及激光电子经纬仪的运动特性。建立扫描设备运动学模型,说明了利用空间坐标转换关系,通过光轴搜索法实现了经纬仪激光点自动引导的策略。然后,给出了镜头的变焦控制方法。最后,提出了基于扩展Kalman滤波估值的运动目标动态跟踪方法,将动态目标物与经纬仪激光点同时定位于摄像机视场中心区域。实验结果表明,所提方法能够正确预测估计运动目标状态,经纬仪激光点引导精度最终可达0.08(°)/m。该系统结合了激光跟踪动态测量以及电子经纬仪不受测量目标类型限制的优势,实现了基于激光电子经纬仪的传统空间角度交汇方法在动态精密测量领域的应用。

基于数字微镜阵列的协同目标跟踪系统设计

针对多镜头目标跟踪系统协同性差及单镜头系统目标跟踪观测过程中视场小、无法实现宽视场跟踪的现状,设计了能同时实现宽视场跟踪窄视场局部目标检测的协同跟踪系统。该系统基于数字微镜阵列高反射率、高性能视场分割的特点。验证实验中,宽窄视场分割系统实现了50ms的协同成像周期;窄视场像中心调整系统不超过2%的绝对位置误差,为局部目标光束中心难以与窄视场成像系统视轴重合问题的解决提供了实验依据。

基于光电的钢轨探伤车超声探轮自动对中系统设计及验证

钢轨探伤车超声探轮对中控制技术是探伤车高速检测的一项关键技术,在实际运用中因对中控制技术不足易造成钢轨伤损漏检。在既有对中控制技术基础上,采用自主化技术研究全新的基于光电的对中系统设计方案。针对钢轨夹板和道岔的干扰问题,优化自动对中软件的钢轨廓形测量算法;针对不同偏移量的对中控制问题,优化对中控制软件的控制参数及控制算法。此外,根据现场用户静态测试需求,开展探轮自动对中系统静态响应指标试验;根据现场用户动态测试需求,开展探轮自动对中系统运行测试试验。结果表明:新设计的对中系统能够在60 kg负载情况下对5 mm阶跃信号的动态响应可上升时间57 ms、超调量18.6%、稳定时间156 ms,并在铁路线路实测中对中标准差可达到2.46 mm、极限偏差不大于7.19 mm,且无对中不良情况出现;全路60辆80 km·h^(-1)的GTC-80型探伤车全部完成了激光对中改造,现场运用良好,设计的基于光电的超声探轮自动对中系统能够满足探伤车在80 km·h^(-1)时的探伤检测需求。

天线型面自动测量系统设计

针对现有的天线测量技术中全站仪测量技术的不足,研究了多模式目标识别与视觉引导技术,构建了基于视觉引导的天线型面自动测量系统。该系统是在全站仪坐标测量原理的基础上,将图像传感器和马达驱动全站仪相结合,实现目标的自动识别和视觉引导技术。根据实际应用需求,设计了基于VC++的测量系统软件,实现了测量系统硬件和软件的实时通讯及目标图像的实时采集和处理;可通过标定操作对测量数据进行误差补偿;并可进行测量数据的处理和分析;同时可实现测量数据的实时存储、数据库管理及人机交互等功能。实验证明该测量系统可实现与硬件系统的实时通信,并实现坐标测量和数据处理等相关功能,满足用户的测量要求。

基于VTK的激光跟踪测量可视化软件设计

测量数据的三维可视化是激光跟踪测量数据处理的关键步骤之一。结合大型激光跟踪测量软件系统的开发实践,对VTK技术特点和体系结构进行深入研究,设计实现了对测量数据进行处理和显示的类和接口。在此基础上,基于Microsoft Visual Studio 2010平台,利用C++和VTK技术开发了一款三维测量数据处理及可视化软件,实现了测量点云拟合、三维图形显示以及交互功能,并通过实例验证了软件的有效性和可用性,证明了VTK在工业测量可视化领域具有很大的应用价值。

基于二次精简的散乱点云精简方法

在逆向工程中,点云精简是一个重要的步骤,精简的质量直接关系到后续曲面重构的效率.分析了常用的几种点云精简方法,并针对现有方法的不足,提出一种改进的方法.该方法使用PCA主成分析法,利用点的k邻域点集拟合切平面,将点到该平面距离作为判断特征点的依据进行初始精简,再利用均匀网格的方法对初始精简后的点云进行重采样处理,保留部分关键特征点.通过初始精简和后期精简两步法完成对点云的精简步骤,并通过实验验证了该方法的有效性.

基于多尺度分析的快速相位立体匹配

基于相位的立体匹配是双目投影光栅相位法中的重要步骤,但传统的相位匹配方法在处理高分辨率图像时因存储空间大大增加,难以达到匹配速度与精度的平衡。文章提出了一种基于多尺度分析的快速相位立体匹配算法,采用分层匹配的策略,对预处理后的左右绝对相位图进行降采样以生成图像金字塔,利用低分辨率的视差匹配结果以预测下一层视差,以此降低下层高分辨率图像的视差搜索范围,达到匹配速度与精度的平衡。实验结果表明,所提算法在保证精度的情况下能有效提升相位立体匹配速度,实现高分辨率相位图快速准确的立体匹配。

一种基于视觉引导的激光经纬仪自动测量系统

为了实现对目标自动识别和自动测量,建立了一种基于视觉引导的新型激光经纬仪自动测量系统。利用两台TM5100a激光经纬仪作为精密角度传感器,采用二维精密转台带动相机代替人眼对被测区域进行扫描,引导经纬仪望远镜指向相机视场,进而对视场中的目标点进行识别和瞄准测量。对系统的自动视觉引导方法进行了研究。首先通过对精密转台和双经纬仪系统的标定实时引导经纬仪激光点进入相机视场,分别利用质心法和椭圆拟合法对视场内的激光点和目标点进行特征提取和定位;建立系统判别跟踪模型,实现对视场内各目标点的逐一跟踪瞄准;最后利用系统定向结果和双经纬仪系统瞄准目标的方位角度值,解算出目标三维坐标。实验结果表明:该方法对目标点的测量误差为亚mm级,维持在0.3 mm以内。

双向运转混合锁模掺铒光纤激光器

构建了基于混合锁模机制的双向运转掺铒光纤激光器。激光器采用σ型腔,腔内无隔离装置,以反射式半导体可饱和吸收镜和非线性偏振旋转效应为混合锁模机制,通过精细调节聚焦到半导体可饱和吸收镜上的激光光斑大小和腔内波片的角度,实现了稳定的自启动双向锁模运转。激光器运转在孤子锁模状态,腔内双向运转的2个脉冲分别由2个偏振分束器耦合输出。输出的2个脉冲序列重复频率相同,为60.72 MHz;逆时针、顺时针方向输出功率分别为23.7mW和1.3mW,信噪比分别为67.5dB和66.5dB。逆时针、顺时针方向输出功率相差较大,这是由采用的锁模机制造成的。

基于共线向量与平面单应性的双目相机标定方法

现有双目相机标定的方法是通过矩阵变换求得各个相机间的旋转平移关系,再通过优化求得最终参数。非线性优化步骤多,相机内外参数与镜头畸变存在耦合,时间花费较大。提出一种畸变矫正与平面单应性矩阵结合的双目相机标定方法。根据三维空间直线投影到像平面仍然是直线的法则,对于无畸变的图像,直线上任意两点所构成的向量的方向相同时向量夹角应为零。基于此特征求解双目相机的畸变系数,再通过平面单应矩阵构造测量矩阵,然后通过矩阵分解求得相机内、外参的初值,最终通过非线性优化求得双目相机的各个参数。仿真和实验结果证明,该方法稳定性高,精度与传统标定方法的精度相当,且计算时间短,标定效率优于传统标定方法。

基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统

提出了一种基于二维振镜与位置灵敏探测器的高精度激光跟踪系统;基于光线追迹方法建立跟踪系统的几何光学模型,并对跟踪系统进行误差分析,通过仿真对激光跟踪系统的指向精度以及跟踪性能进行分析。仿真结果表明:在跟踪距离100 m处,跟踪系统的位置指向精度可达0.35 mm,角度指向精度为0.72″,跟踪范围为-10°~10°,最大跟踪速度可达3.6 rad/s,能够实现对远距离快速运动目标的高精度实时主动跟踪。

基于白光三角法的凸点封装高度测量仿真研究

随着集成电路制造技术的发展,封装尺寸变得更加细密,焊料变形导致的互连短路问题日益突出,针对芯片凸点进行共面性缺陷检测即测量凸点高度的需求更加迫切。为实现这一目的,建立了基于白光三角法的芯片凸点高度测量仿真模型,系统分为光源整形模块,精密狭缝、显微投影系统和显微成像系统。分析了样品移动过程中凸点顶部反射光斑的变化情况,同时对比本系统会聚光线和传统平行光线对于凸点顶部成像光斑的影响,针对上述分析提出适用于凸点高度检测的方法,并使用仿真结果加以证明模型准确性,为搭建实物系统完成真实样品检测任务提供参考依据。