Short Range Laser Rangefinder Employing False Target Rejection

Till now a laser rangefinder has been used to find the range of a stationary target or the variations and deformities of a plane surface like in the manufacturing processes.New concept in the design of a laser rangefinder for a moving target is described.It is based on triangulation method of ranging and combines with a threefold false target rejection circuit to eliminate the possibility of false target indication due to light reflected by any obstruction in the line of sight of laser source and the target. The false target rejection is done twice through hardware and once through software.

基于机器视觉的带式输送机高精度煤流检测研究

针对现有基于机器视觉的带式输送机煤流检测方法存在的图像细节缺失、在多处断裂或断裂间距较大区域拟合效果较差的问题,基于直射斜收式激光三角测量原理,提出了一种基于机器视觉的带式输送机高精度煤流检测系统,将线激光发射器布置在带式输送机测量位置正上方并垂直照射煤堆,煤堆随带式输送机匀速运动,利用相机在斜上方实时拍摄包含激光条纹的煤堆表面图像。对煤流检测系统进行标定,包括相机内参数标定和激光平面标定,得到煤堆的高度信息;对煤流截面激光条纹图像进行处理,从提取精度、算法实时性等角度对比分析了灰度重心法和区域骨架法,根据对比结果选用区域骨架法提取激光条纹中心;针对利用图像膨胀操作进行激光条纹断裂修补拟合效果较差的问题,提出采用最小二乘法作为激光条纹断裂修补算法,相较于闭运算,最小二乘法拟合处理的平滑效果更好,精度较高;建立煤流截面积计算模型,通过计算每一帧上煤堆的横截面积,即可得出不同带速下的煤流体积。实验结果表明,当带速分别为0.25,0.5,1 m/s时,煤流检测系统误差均较小,最大误差分别为2.78%,3.61%和3.89%,验证了煤流检测系统具有较高的准确性。

基于线激光三角测距法的鱼体测距研究

针对水下单目非接触测量鱼体大小问题,通常需要测量水下鱼体距离获取其表面的三维信息,提出了一种基于线激光三角测距法的鱼体测距方案,并对水下激光测距技术展开研究。根据光路原理测距需要测量多个参数,过程复杂且误差大,计算速度慢。本研究测距方案首先通过张正友标定法实现了图像的畸变矫正还原了图像的真实性。使用OpenCv开源库识别鱼体表面的激光轮廓,自定算法提升了轮廓识别的准确率,对激光轮廓进行重心分析法并得出激光亮度重心坐标。通过分析激光图像点坐标与空间坐标的位移关系,拟合一元五阶多项式回归模型预测距离,简化了参数。结果显示:激光重心识别并不连续,但在鱼体身上都能准确识别。测距模型平均误差5.6 mm,测试的样本中80%预测结果的误差都在7.0 mm内,最大误差也在标定的2 cm内,能够满足鱼体测距的误差大小。研究表明,本方法可为进一步研究鱼体尺寸大小的表面三维信息获取提供参考。

轮对踏面三维图像检测系统研究

轮对踏面作为轮轨唯一的接触面,车轮尺寸和踏面状态的自动检测是保证列车运行安全的重要前提之一;针对轮对踏面二维图像检测系统和人工测量轮对尺寸检测精度低、误报率高、环境依赖性强以及人工效率低等问题,研制了踏面三维图像检测系统并附带轮对尺寸检测功能。该系统基于激光三角法确定被测对象的深度信息,通过改进的高斯型光心提取算法,准确地提取每一条踏面曲线,最终由1800条踏面曲线还原了轮对踏面的三维状态信息。通过大量故障模拟试验发现:系统不但能够准确识别模拟的故障,而且能够排除轮对上的污渍、水渍等深度信息未发生变化干扰情况,同时识别率达到95%以上,为踏面的状态检测以及轮对尺寸检测提供了一套更加适用的三维检测系统。

激光三角法位移测量中数字散斑相关法的研究

在三角法位移测量中散斑是一种噪声,当成像光斑过弱而湮没于散斑中时,抑制散斑已没有意义;但散斑同样是位移信息的载体。为此针对激光三角法位移测量系统,研究数字散斑相关法;对强散射、粗糙界面的位移进行了实测,且进行了数据分析。结果表明,在激光三角法位移测量中运用数字散斑相关法对强散射、粗糙界面进行位移测量是可行的,测量范围可达微米级,测量误差小于2%。此法可改善三角法位移测量系统在强散射、粗糙界面的情形下传统测量方法的缺陷,有效提高了测量精度,并扩展了激光三角法位移测量的实用范围。

激光三角测距中光斑细分定位方法研究

介绍了激光三角测距传感器的基本工作原理和激光光斑成像噪声处理的主要方法,将平方加权质心法应用于激光在CCD中成像的细分定位,并与传统质心法、多项式插值法和高斯曲线拟合法进行了较为系统的比较;通过实验表明,平方加权质心法是一种较为理想的细分定位方法,不仅简单、易于实现,而且具有更高的定位精度以及抗噪声的能力。

激光三角法在物面倾斜时的测量误差研究

相比传统的触针式测量,激光位移传感器因其高精度和非接触式测量的优点,在机械工程中已广泛使用。鉴于激光三角法的设计原理,当工件产生倾斜角时,激光位移传感器会产生误差。通过激光位移传感器、精密电移台、精密旋转台构建了实验测量系统,对测量数据使用Matlab进行分析,所用电移台的重复精度小于5μm,测得了不同倾斜角度下激光传感器的误差,用最小二乘法拟合进行了误差补偿。实验证明:误差标定后,激光传感器在测量倾斜物面时仍能保证高精度。

激光扫描三角法大型曲面测量中影响参数分析

介绍了基于光学三角理论的激光扫描大型曲面测量原理．详细分析了影响其测量精度的几个主要因素，即被测物体表面的光学性能、物面倾斜、光学系统畸变及散斑等对测量精度的影响．针对大范围测量时，光斑图像占用多个像素及诸多因素造成的光斑图像强度分布不均，以致于很难读取真正光斑几何中心的问题，文中提出了基于Ｈｏｕｇｈ变换的光斑中心提取方法．

激光扫描三角法测量精度因素的分析与研究

对激光扫描三角法在用于三维非接触测量中的精度影响因素进行了较全面的分析与研究，并提出了该方法在提高测量精度方面应采取的措施，特别是基于神经网络的多维拟合标定方法可大大提高测量的精度，给出了实验研究的结果。

CCD分段测量的光学位移测量系统

为了高精度地实现大量程的位移测量,采用传统激光三角法的测量原理,提出一种基于虚拟探测器的激光三角法来测量位移。该方法基于3个CCD分段测量的思想,将3个CCD互相独立且沿光轴均匀分布,以此扩大传统方法测量的范围。使用平面反射镜作为虚拟探测器进行探测,当成像光束经平面镜反射后在CCD上成像时,系统相当于增加了一个CCD,扩展了测量量程。由准直系统、偏振片、光阑组成准直滤光系统,缩小探测器光敏面上像点的直径,减小被测表面非理想光点对测量精度的影响,从而实现了较高精度下的大位移测量。最后通过实验验证了方法的可行性。

基于激光三角法的大内径测量系统

为了实现工业大尺寸内径参数的测量,这里设计了一套基于激光三角法的大尺寸内径精密检测系统;首先,通过TMS320F2812采集激光位移传感器的相对位移;然后,通过Zigbee无线模块实现DSP与PC机之间的数据与控制通讯,同时将极坐标下的位移量转化到直角坐标系下,最后通过最小平方中值法剔除粗大误差,然后用最小二乘法得到内径参数,使其平均误差是常规最小二乘法1/6,并且对激光位移传感器的倾斜误差以及测量臂的偏心误差提出了校正和补偿方案,提高了系统的精度。

激光非接触式彩管荫罩Q值测量机研制

为提高彩管荫罩Q值测量的效率和精度,提出了一种综合运用开放式数控和激光非接触式测量原理的测量方法,并研制出了Q值测量机样机。介绍了系统的主体结构,机械传动执行机构和控制结构;激光三角测量法和Q值测量的原理及软件功能。给出了测量实例数据,通过与现有接触式测量机的测量数据比较,得出了在保证测量精度的基础上,该测量机可以大大提高测量效率的结论。

物面倾斜对激光三角法测量误差影响的分析研究

针对传统方法测量位移时出现的分辨率低、准确性差、操作不便捷等问题,提出采用激光三角法非接触测量物体位移,而物面倾斜是影响测量精度的主要因素。通过分析激光三角测量的基本原理,基于朗伯定律,利用光散射原理研究了物面倾斜角与光能质心之间的关系;由沙氏条件下的几何光路关系,推导得到测量误差与倾斜角之间的关系式;通过实验数据对激光扫描测量产生的误差进行分析,验证理论推导的结果,在测量中具有避免出现粗大误差的实际意义。

一种激光三角测量的标定方法及误差分析

为了解决激光三角测量法在标定时,不能直接准确地测量激光器端口与标定物的距离的问题,采用了一种基于距离差进行标定的方法。该方法利用标定物移动的距离作为标定输入,改进了测量系统的标定方法;采用高斯-牛顿迭代法计算测量系统的参量,分析了测量系统在标定时可能产生的激光像点提取误差和非垂直误差。结果表明,测量距离的精度可达到4.000mm。该方法能够准确标定激光三角测量系统的参量。

基于激光三角法的倾斜角测量系统

显微测量中倾斜会导致显微图像的变形。本文利用多光束改进传统的激光三角法,提出一种多光斑激光三角法检测光学成像系统倾斜角度和方向。首先利用双楔镜分离扩束后的激光光束,形成近似平行的四束光束;然后将四束光束同时投射到平面镜上,反射后利用CCD接收到四个光斑。由于四个光斑间距的变化只与成像系统倾斜角度有关,对成像系统前后的平移不敏感,因此避免了平移带来的影响。通过计算四个光斑间距的变化可以补偿成像系统倾斜角度,减少倾斜所带来的图像变形。实验结果表明,构建的多光斑激光三角法测量光路能够准确快速的检测出倾斜角度变化。该方法可以应用在固体核径迹检测、面型检测等要求检测小角度变化的领域。

激光三角测距法自动调焦模型的建立与分析

为了满足工业TFT-LCD检测系统中显微镜对主动自动对焦的要求,提出了一种基于激光三角测距法主动自动调焦的方法,建立了相应的数学模型并进行了实验数据分析。该方法在可见光光路中加入一路808 nm波长的红外光,红外光在被检测物体表面反射后经过一系列光学器件投射在CCD相机上形成一个光斑,以对焦完成时CCD上光斑半径最小为基准,给出了离焦量δ与光斑信息探测量r之间的数学关系,据此实时控制PZT进行自动调焦。初步以50×物镜进行实验,结果显示其在焦平面±30μm范围内的实际测量值与理论值吻合,线性度优越,调焦精度达到0.2μm。与传统的显微镜调焦方法相比具有精度高、线性度好、调焦速度快等优点,满足工业检测自动化的实际需要。

钢管管端内外径测量系统的设计与实现

为了实现对钢管管端内外径、不圆度的自动化非接触快速测量,设计并实现了一种钢管管端内外径测量系统。该系统利用转台带动激光三角法位移传感器绕钢管中轴线转动的方法来测量管端截面整个圆周的外径和内径尺寸,然后利用圆心拟合算法修正转台中轴线与钢管中轴线不重合带来的误差。通过平移台自动调整测量截面与管端的距离,大型升降台调节管心对齐高度,双臂平移台调节可测量管径范围,自动实现对不同管径钢管的非接触测量。实验结果表明:系统测量精度小于0.05mm;重复性限小于等于5μm;每个管端截面测量500个点时,测量时间小于25s。设计的系统具有精度高、操作简便、测量速度快的优点,满足无缝钢管生产在线检测的要求,并已经在天津天管元通管材制品有限公司通过离线测试。

激光内径测量系统参数校正及算法优化

基于激光位移扫描的大尺寸内径测量系统中,测量数据存在多个系统误差参数并易受到粗大误差的影响.在分析该系统工作原理的基础上,分析了测量传感器安装倾斜误差和回转臂偏心误差,并提出了相应的校正补偿方案.针对动态测量、管壁划痕、斑迹等引入的粗大误差对测量数据的最小二乘圆拟合精度影响较大的问题,提出了一种剔除粗大误差的方法:根据最小平方中值法构建基准圆,剔除孤立点,再用最小二乘法拟合,实验结果表明该算法的精度优于直接最小二乘法5倍.

一种大尺寸孔轴线非接触测量方法研究

为了快速,精确的获取大尺寸孔的轴线空间位置,实现轴孔组合零件的高精度装配,基于激光三角位移测量原理,提出了一种针对大尺寸孔轴线的非接触精密测量方法,据此设计出一种光学探头非接触测量系统,建立了对应的数学模型,数据处理上借助MATLAB最小二乘法实现对扫描轮廓曲线、孔中心轴线的拟合,最终得出被测孔轴线的空间位置方程,同时对测量系统进行了误差分析与补偿,该方法可以快速,高精度的获取大内径孔轴线空间位置,为后续轴-孔零件的高精度装配提供装配基准。

激光三角法在锥管螺纹轮廓测量中的应用

设计了基于激光三角测量原理的锥管螺纹轮廓测量系统,以非接触扫描的测量方法实现螺纹轮廓的自动测量。系统以ADu C845单片机为核心,采用激光三角位移传感器、精密丝杠和编码器分别获取螺纹垂直(Y轴)和水平(X轴)方向的原始数据,进而得到螺纹轮廓的坐标值。对数据进行相应的滤波和处理后综合得到螺纹轮廓,通过参数的算法模型得出螺纹的牙高、螺距和锥角等参数。