激光跟踪仪坐标测量精度的研究

激光跟踪仪是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,其坐标测量精度的校准目前常用标准件进行评定,但标准件的加工制造困难且易变形。因此本文利用高精度三坐标测量机及标准球,在三坐标测量机上建立虚拟三维网格标准球板,并通过移站对激光跟踪仪坐标测量精度进行实验研究。虚拟三维网格标准球板消除了由于标准件变形给坐标测量精度带来的影响,移站测量可以从不同的角度和位置全方位地测量工件各部位待测点的坐标,避免了外界环境的影响,也改善通视条件,实验结果证明该方法具有理论正确性和实际可行性。

激光制导测量机器人系统运动学分析

介绍了"光束运动-光靶跟踪"激光跟踪测量方法,研究了激光制导测量机器人技术,开发并研制了一种能够在被测对象水平面和斜面运动的小型轮臂复合式激光制导测量机器人系统。建立了机器人的爬行臂式运动学模型并对其运动特性进行了分析。最后,利用激光跟踪仪和三坐标测量机对激光制导测量机器人样机进行了性能测试,实验结果表明:该机器人能够自动高效地跟踪激光束并完成测量,验证了运动学分析的正确性,同时也解决了激光制导测量机器人技术中光靶的掉光问题。

瓦斯突出煤体的纳米结构研究方法

提出了一种研究瓦斯突出煤体的纳米结构的新方法,介绍了用原子力显微镜(AFM)对煤矿石进行扫描并得到高精度微观图像的实验过程.该方法基于AFM的纳米级分辨率,可清晰观测到煤的裂隙、孔隙等显微构造.除了显示煤样的纳米结构,AFM还可对样品成像进行多角度分析,用于煤中瓦斯气体的含量测定和煤层气的开发,以及瓦斯吸附机理和煤的微观特性的研究.

角锥棱镜精度校验

介绍了SI型激光跟踪仪及安装有角锥棱镜的球形固定反射器(SMR)的工作原理和特性,从实际应用角度分析了SMR因摔落或磕碰造成的误差.提出了校验SMR重复性测量精度的新方法,利用同一种型号的标准SMR与待校验SMR进行比对测量,分别进行了SMR的重复性测量精度实验和误差补偿半径校验实验,得到了待校验SMR的重复性精度和半径补偿精度.实验表明,待校验SMR仍然能够进行高精度地测量.这项研究工作为SMR的校验提供了一种检测方法,具有一定的实用价值.

多关节测量臂在轮毂曲面创建中的应用

介绍了多关节测量臂的工作原理,阐述了用多关节测量臂获取轮毂点云的过程,并利用逆向工程软件Imageware对轮毂点云进行曲面创建.实践表明,多关节测量臂在逆向工程技术中具有显著的特点和广泛的应用价值.

激光制导测量机器人定位算法研究

对激光制导测量机器人的定位理论进行了研究，分析了光电编码器测距原理，提出了基于此原理的激光制导测量机器人定位方法；研究了机器人的直线运动和圆弧运动定位算法；给定机器人的初始位姿，推导出了下一时刻的位姿，并实时反馈给控制系统，控制机器人准确定位；研制了激光制导测量机器人试验样机，能够实现在被测工件CAD模型的控制下，自动完成对工件的高精度测量。实验结果显示本定位算法理论是正确有效的。

激光跟踪测量系统跟踪转镜的误差分析

在研究激光跟踪测量系统结构和工作原理的基础上,建立了系统运动学模型和跟踪转镜中心偏移数学模型。分析了系统测量中基点位置变动误差、转镜跟踪目标反射器跟踪误差和转镜反射面与激光束不垂直误差等。分析结果表明:基点位置变动误差为0.017 mm,转镜反射面与激光束不垂直误差为0.004 5 mm,转镜跟踪目标反射器跟踪误差约为0。因此,在跟踪转镜结构设计中,为保证激光束反射点与基点位置重合及转镜旋转跟踪目标反射器时基点空间位置保持不变,应尽量减少跟踪转镜旋转点与镜面之间的距离。

激光光束入射角度变化对角锥棱镜测量精度的影响

为了掌握光束入射角变化对激光跟踪仪中角锥棱镜测量精度的影响规律,详细分析了角锥棱镜的工作原理和反射特性,计算了角锥棱镜在不同入射角下的实际有效反射面积,并建立了角锥棱镜有效反射面积随光束入射角变化的理论公式,进而得到角锥棱镜测量精度随光束入射角变化的规律。实验结果表明:角锥棱镜测量精度随入射角增大而减小,在最大允许入射角处发生突变。在最大允许入射角为±35.26°时,其测量误差达到0.050 mm;而在±20°内时,其测量精度优于0.010 mm;入射角在±15°内其测量精度最高,稳定性最好。所得结论证明了当角锥棱镜入射角在±20°内工作时能满足了激光跟踪仪的测量精度要求,这对角锥棱镜设计和实际测量工作具有指导意义。

激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计

研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。利用研制的角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿试验,结果表明,该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69μm减小到9.71μm,垂直角测量误差由35.43μm减小到10.03μm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度,解决了激光跟踪测量系统在动态测量中受角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致的无法连续测量问题。

激光跟踪仪校准技术及在机床检测中的应用

讨论了激光跟踪仪的校准技术,分析了测量误差来源及误差对跟踪仪产生的影响,并利用三坐标测量机对激光跟踪仪进行了校准。结合生产需要,利用激光跟踪仪高效地对大型机床进行检测,制定了激光跟踪仪检测大型机床的方法。结果显示,利用激光跟踪仪能够精确地、高效地对机床进行检测,并指导工人对机床进行维护和调整。研究结果表明,激光跟踪仪不仅能对现场的机床进行精度检测,而且能对不易搬动的零部件、生产线以及夹具等进行测量。

基于普通摄像头的心率测量方法研究

心率测量是一种监测人体生理状态和身体状态的重要手段。提出了一种基于摄像头的非接触式心率测量方法。基于光电容积描记原理(PPG),从普通摄像头拍摄到的人脸彩色图像序列中提取出含有脉搏成分的信号,并利用小波滤波得到血液容积脉搏波;用傅里叶变换进行能量谱分析并计算心率值。实验结果证明该方法测量准确度高且能够满足医药行业标准要求。由于无创,非接触,操作方便,成本低,该方法在家庭保健的普及方面有着了巨大的应用前景,也为生物医学实验提供了一项有利的工具。

激光制导测量机器人及几何误差分析

提出了基于工件CAD模型控制激光制导测量机器人的方法,并建立了激光制导测量系统,对该系统中激光制导测量机器人的主要结构误差进行了研究。介绍了基于"光束运动-光靶跟踪"理论的激光制导测量机器人技术和原理。根据系统原理,研制了激光制导测量机器人实验样机,并给出其理想的几何关系。推出了旋转轴偏心误差和光靶与两轮中心连线误差的几何误差数学模型。最后,利用高精度的三坐标测量机与激光制导测量机器人系统对样机进行了比对实验。实验结果表明:旋转轴偏心误差为0.01 mm,光靶中心偏离理想位置(x轴)的误差偏大(0.13 mm),由于旋转轴线偏心误差和光靶中心连线误差对测量精度影响较大,机器人样机结构需进行改进和完善。

光靶自动跟踪装置结构设计

在分析激光制导测量机器人技术和原理基础上,提出一种具有两自由度的光靶自动跟踪装置结构方案,介绍了光靶自动跟踪原理及特点并建立了三维数学模型。重点对光靶自动跟踪装置的机械结构进行了分析及设计,并对某些重要构件进行了强度校核,最后研制出光靶自动跟踪装置。光靶自动跟踪装置能够按照要求完成方位和俯仰运动,实现了对测量激光束的自动跟踪,不仅解决了测量过程中掉光现象,同时降低了激光束入射角度引起的测量误差,也验证了光靶自动跟踪装置结构方案的正确性和有效性。

人体皮肤彩色视频误差分析及一致性提高

人体皮肤彩色视频测量是实现远程无创生理参数监测技术的基础和关键,而视频图像的一致性常常决定着生理参数的测量精度。从视频人体皮肤测量误差出发,提出了一种基于尺度不变特征变换和小波变换的视频稳定方法并应用此方法进行皮肤视频图像一致性研究。分析了影响视频一致性的误差因素,建立了视频图像误差数学模型。在此基础上,利用尺度不变特征变换算法提取皮肤视频图像的匹配特征点对;并采用仿射变换进行视频全局运动参数估计,完成了视频运动补偿。采用统计方法评估了视频稳定前后的一致性效果。结果表明,所提出的方法能有效地改进皮肤视频图像的稳定性和一致性,为进一步利用彩色视频准确提取人体生理参数以及研究穴位光学特性奠定基础。

激光制导测量机器人系统设计及运动学分析

提出新型'光束运动—光靶跟踪'激光跟踪测量方法,并在此方法基础上研究激光制导测量机器人技术,研制并开发一种能够在水平和垂直被测对象表面上运动的小型轮臂复合式激光制导测量机器人系统。该机器人机构融合轮式机构、爬行臂式结构和真空吸附式机构的优点,具有重量轻、体积小、运动灵活和反应快速等特点,可以根据不同被测对象表面特征变换测量模式,利用轮式结构实现机器人在水平被测表面上高速远距离运动,利用爬行臂式和真空吸附式机构实现机器人在倾斜光滑表面上灵活地爬行和转向。建立机器人的运动学模型并对其运动特性进行分析,利用激光跟踪仪和三坐标测量机对研制激光制导测量机器人进行性能测试,试验结果不仅证明了该机器人能够跟踪激光束自动高效地完成被测对象实体测量,同时也验证了所建模型的有效性和正确性。

基于人脸视频的非接触式心率测量方法

基于独立成分分析(ICA)和完全总体经验模态分解(CEEMD)方法,从人脸视频中提取脉搏波,进行心率测量.用摄像头非接触地拍摄人脸并从中提取R、G、B通道源信号,即皮肤颜色变化信号,利用ICA对其进行分析得到含噪脉搏信号,再用CEEMD将其分解,提取出脉搏波后用频谱分析计算得到心率.通过实验验证该方法与脉搏血氧仪测量结果具有很好的一致性.利用该非接触式测量方法可以准确地测出人体的心率,操作简单,适用于双盲实验,且自适应的脉搏波提取算法省略了传统线性滤波器的参数选取过程,大大减少了测量者的工作量.

基于2-D Gabor滤波器的光学定穴体表特征提取方法

取穴准确性是决定针灸效果的最基本要求,这就需要对取穴体表特征进行精确地定位。文中提出一种新的人体体表特征定位的光学方法,在光学检测平台上通过相机采集不同方向的图像,选取合适的Gabor滤波器参数,得到图像的强度响应并提取局部极大值,从而获得定穴体表轮廓特征。为验证该方法的有效性和精度,采用Sobel算子、Canny算子、LoG算子以及Gabor滤波器分别对灰度图像和二值图像进行特征提取。通过对比和分析,发现经过Gabor函数滤波后得到的图像轮廓是连续且最清晰的;Gabor函数对二值图像的滤波效果优于对灰度图像。实验结果表明,所提出的方法能精确快速地定位体表轮廓特征,为进一步利用轮廓特征提取定穴体表特征点以及研究穴位光学定位方法奠定基础。

激光制导测量机器人运动系统设计

提出了一种新型的"光束运动-光靶跟踪"激光跟踪测量方法,并在其理论基础上,研制开发了一种能够在水平和垂直被测对象表面运动的小型轮臂复合式激光制导测量机器人。该机器人机构融合了轮式机构、爬行臂式结构和真空吸附式机构的优点,并且具有质量轻、体积小、运动灵活和反应快速等特点,可以根据不同的被测对象表面特征变换测量模式,利用轮式结构实现机器人在水平被测表面上高速远距离运动,利用爬行臂式和真空吸附式机构实现机器人在倾斜光滑表面上的灵活爬行和转向。对其运动特性进行了详细的分析,并利用激光跟踪仪和三坐标测量机对研制的激光制导测量机器人进行了性能测试。实验结果表明,机器人跟踪圆弧的测量精度为0.106 mm,跟踪直线的测量精度为0.094 mm,可自动高效地完成被测对象实体测量。

基于普通摄像头的心率测量系统设计

为了研究一种通过普通摄像头非接触地拍摄人脸获取人体心率的测量系统,提出基于光电容积描记法原理,从人脸图像序列中可以提取出含有脉搏成分的信号,对该信号进行小波滤波得到血液容积脉搏波,然后用改进的时间间隔差法计算得到心率值。实验结果证明,如果将脉搏血氧仪测量的心率作为标准值,该系统测量结果的95%置信区间为［-2.2139, 2.1539］,该系统与脉搏血氧仪的心率测量结果具有很高的一致性;通过调节光照强度和摄像头硬件参数等能够在一定程度上提高测量准确度。

激光制导测量机器人控制算法研究

激光跟踪测量系统是目前最新型的空间大尺寸坐标测量系统之一,具有精度高、实时快速、动态测量等特点;但在测量大型被测对象时,人工布点及测量过程繁杂,测量效率低,并造成被测对象几何形状变形,严重影响其测量精度。为解决以上问题,提出了新型的"光束运动—光靶跟踪"激光跟踪测量方法,并在此理论基础上,研究激光制导测量机器人技术,研制并开发了一种能够在水平和垂直被测对象表面上运动的小型轮臂复合式激光制导测量机器人。建立了机器人轮式运动学数学模型并对其运动特性进行了分析,给出了机器人位置跟踪控制算法、姿态跟踪控制算法和路径规划算法。通过激光跟踪仪和三坐标测量机对所提出控制算法进行了实验验证,结果证明了该算法的有效性与正确性。