光学靶标遮挡条件下掘进机定位解算方法

针对目前常用的基于惯导+视觉测量+光学靶标的掘进机组合式导航定位存在的光学靶标被遮挡情况下掘进机定位中断问题,提出了一种光学靶标遮挡条件下掘进机定位解算方法。首先,采集4个呈矩形分布的靶标点组成的光学靶标在无遮挡情况下的图像,得到靶标点在相机内成像光斑的像素坐标并构造成矩形,再按照一定比例扩大构造辅助矩形区域框。其次,采集部分靶标点被遮挡情况下的图像,得到无遮挡靶标点在相机内成像光斑的像素坐标,根据靶标点的成像光斑与辅助矩形区域框顶点的欧氏距离,确定无遮挡靶标点与成像光斑的对应关系,进而确定被遮挡的靶标点。然后,利用已知的靶标几何尺寸和惯导提供的靶标姿态信息,建立投影后的靶标点与成像光斑的对应关系,进而求解出被遮挡靶标点对应的光斑像素坐标。最后,利用N点位姿透视求解(PNP)算法求得光学靶标中心位置的空间坐标,实现掘进机定位解算。试验结果表明,光学靶标被遮挡情况下,通过推算被遮挡靶标点对应的光斑像素坐标,可以解决掘进机定位中断问题,保证了掘进机定位的实时性,且定位误差满足掘进机实际定位需求。

应用高精度全站仪动态标定光学靶标的新方法

光学靶标是一种用来在室内检测大型光测设备跟踪性能和测量精度的标校装置,其运动时给出的目标空间角度值可以用来标定光测设备的动态特性。针对光学靶标运动时空间位置动态标定的问题,本文提出了一种应用瑞士Leica公司生产的高精度全站仪TDA5005对其进行自动跟踪标定的新方法。标定结果显示,光学靶标的动态位置误差小于5″,满足标定精度要求。

基于光学靶标的天线型面高精度摄影测量

天线型面的高精度测量是天线研发与生产过程当中的一个重要环节,特别是天线表面镀有镀膜的情况就需要用到非接触式的高精度测量方式,文章介绍了利用光学靶标投射器投射光学靶标代替传统反光标志点的非接触工业摄影测量技术,并对该技术的适用性与精度进行了一系列的对比测试,利用该测量技术得出的测量精度指标RMS与三坐标测量机所测RMS值进行比较,结果表明两者RMS值仅相差0.002 mm,同时与传统粘贴人工反光标志点测量RMS值相比较优于后者0.002 mm。以上测量结果对比验证了利用光学靶标投射器对镀膜天线型面的摄影测量的可靠性与测量精度满足高精度天线型面检测需求,实现了基于光学靶标的真正意义上的非接触高精度测量,为基于光学靶标的摄影测量在镀膜天线型面检测等方面的应用提供参考。

光学靶标成像质量评估技术研究

针对成像光学靶标现有的考核体系不能全面反映导引头鉴定试验真实需求的情况,通过对自动目标识别成像质量评估体系中的诸多度量指标进行相关度分析,提取最能反映成像靶标实际使用要求的指标,采用数学仿真验证的方式,探讨了使用该指标指导光学靶标建设的可行性。

光学动态靶标动态精度检测实验研究

针对光学动态靶标动态精度的测量问题,研制了一套自准直法检测光学动态靶标动态精度的实验装置,对实验原理和实验过程进行了阐述,并对该系统进行仿真计算,结果表明该系统精度满足使用要求;介绍了光学动态靶标轴系精度的傅立叶级数展开的分析方法,对光学动态靶标动态精度进行了分析。研究的光学动态靶标精度自准直检测的方法能在360°的旋转锥角范围内进行连续的动态精度测量,结构简单,容易实现。

新型光学检测靶标静态指向误差修正

为检验新研制的光学检测靶标空间静态指向精度是否满足±5′设计指标要求,分析了引起指向误差的各项误差源,利用齐次坐标变换法建立了检测靶标机构的指向误差模型。通过高精度Leica全站仪标定出检测靶标的方位角误差和俯仰角误差,进一步合成检测靶标指向误差。结果显示:在标定域内最大空间静态指向误差θmax=275″、均值θ=165.9″,均方根值σθ=71.5″,满足设计指标但富余量较小。为进一步提升检测靶标指向精度,利用误差模型及标定出的数据样本,采用最小二乘法曲面拟合出误差模型中的各系数,并作为方位角误差与俯仰角误差修正模型。指向误差经模型修正后,检测靶标机构在标定点和特定轨道处的总指向误差均值分别为21.1″和20.9″、均方根值分别为10.6″和7.2″,表明经误差修正后,可很大程度上减小检测靶标的空间静态指向误差。

新型光学检测靶标静态指向精度评价分析

静态指向精度是新型光学检测靶标的主要设计指标之一。为了对检测靶标的静态指向精度进行评价,结合靶标机构运动形式找出影响指向误差的主要误差源,运用齐次坐标变换法构建了指向误差理论模型;在数学模型基础上,利用MATLAB软件对指向误差进行了统计意义下的仿真分析,得出在全工作空间内靶标指向误差分布规律,比对了各误差对指向误差的影响程度;实验标定了检测靶标的空间静态指向误差。结果表明,在工作空间内靶标静态指向误差范围为70″-245″,达到了静态指向精度设计指标5＇。整个研究对新研制靶标的检测性能有了全面了解,为后续的误差补偿等奠定了理论基础,也为其它机构误差研究提供了参考。

新型光学检测靶标直线运动系统加强组件优化设计

新型光学检测靶标能够在内场模拟复杂运动轨迹的外场目标,得益于结构组件中直线运动系统,但直线运动系统以悬臂梁形式安装,跨距大、刚度低,不能够保证靶标的检测精度。为此,首先根据欧拉-伯努利梁理论,提出了在有限空间内对其进行结构加强的解决方法;其次,结合线性模组结构动力特性,在其周围合理布置加强梁、加强板,并采用集成优化设计确定加强组件的最优尺寸;最后,对安装后的直线运动系统进行模态分析与测振实验。仿真分析与实验结果显示:直线运动系统加固后整体结构一阶、二阶固有频率分别为36、55 Hz,与仿真设计值32、54 Hz吻合的较好,与加固前一阶固有频率14 Hz相比较,提高了1.86倍。结果验证了加强组件设计的合理性与可靠性,加强后的直线运动系统结构性能满足新型光学检测靶标所要求的质量轻、刚度高、抗干扰能力强等要求。

光学动态靶标精度的自准直检测方法研究

针对光学动态靶标精度的检测问题,阐述了其主要功能和检测光电经纬仪等电视跟踪系统性能的工作过程,介绍了目前已有的三种检测光学动态靶标精度的方法及其优缺点,着重提出了通过改造原有靶标的结构并对其特征点处进行运动特性分析,最后利用自准直光路实现榆测光学动态靶标精度的方法,并探讨了此方法的优点和可行性.

基于机器视觉的便携式坐标测量系统

针对飞机、汽车及船舶等先进制造业现场的关键尺寸在线测量,利用手持式光学靶标、双目相机和计算机设计并实现一套光学靶标式的便携式坐标测量系统。该系统采用中心坐标易于提取和编码的回光标志点,利用双目视觉特征提取和匹配技术,解算光学靶标测头球形探针中心的空间坐标,实现与之接触的关键尺寸测量。手持式靶标设计适用于测量带有深孔等易受遮挡部位的复杂结构零件,并具有便携、低成本和测量范围广等特点,一定程度上可以在工业现场代替三坐标测量机。

星载InSAR基线矢量方位动态测量方法研究

星载InSAR干涉基线矢量方位角的测量精度对整个系统的测绘精度有着十分重要的影响。针对星载InSAR测量系统对其干涉基线矢量方位角的测量要求,给出了一种基于图像处理的CCD摄像测量方法。利用CCD摄像测量法对主副天线在平面内的相对位移进行了精确测量。分析了系统的理论误差,构建了完整的实验系统,并对光学靶标的固定步长位移进行验证性实验测量,实验结果与理论分析值具有较好的一致性,测量系统的测量精度优于1σ,证明了该测量方法具有很好的可行性。

大跨距同步带直线驱动机构运动特性分析

为了满足一种新型三自由度光学检测靶标的直线运动机构在大行程、高速度情况下的精度要求,提出利用大跨距同步带直线驱动机构作为该系统的直线运动机构。利用UG软件和Recur Dyn软件建立了同步带直线驱动机构的虚拟样机并进行多体动力学仿真计算,分析了导致负载在直线运动过程中产生直线运动误差的主要因素和同步带初始张紧力、负载加速度和质量对负载直线运动误差的影响规律,研究表明负载直线运动误差随初始张紧力的增大而减小、随负载加速度和质量的增大而增大,为同步带直线驱动机构在长距离直线运动精密机械中的应用提供了参考。

激光基准桥梁挠度检测图像处理算法研究

针对桥梁结构健康安全运行自动化检测的需求,利用激光基准的嵌入式桥梁挠度图像式检测原理,设计了透射式靶标的光斑中心检测算法。针对透射式激光靶标光斑中心的高精度实时检测,提出了一套光斑中心坐标的快速读取方法。该方法首先对第一帧光斑图像采用金字塔模型获取其ROI区域;然后,采用基于序列图像块搜索方法快速获取后续图像的光斑图像的ROI区域;最后,在ROI区域内检测光斑的边缘,通过椭圆拟合的方法获取光斑图像的亚像素中心。该算法从应用层面解决了高精度和实时性的矛盾,保证了测量精度和效率。经实测发现:该算法挠度值的测量误差小于0.1像素,数据更新时间小于200 ms,同时满足了高精度和实时性的要求。

旋转平行光管主镜背部柔性支撑设计与仿真分析

针对光学动态靶标进行光电跟踪光端机的跟踪精度的测试时,旋转的光电平行光管由于离心场的存在导致主镜面型误差过大的问题,提出了一种基于挠性梁减小旋转平行光管离心工况下主镜面型误差的方法。文章首先针对主镜支撑点径向位置最优布局进行求解,其次在Isight优化平台上对主镜背部支撑挠性梁的关键设计参数进行尺寸优化,最终利用Sigfit软件分析了离心工况下主镜面型误差。采用优化后的主镜支撑方案,反射镜在1.64g离心力作用下,主镜面型精度RMS优于0.03λ(λ=632.8nm),组件一阶固有频率为167Hz。采用4D干涉仪对平行光管的波像差进行检测,检测结果表明,平行光管光机系统的波像差RMS值优于0.067λ。经过仿真分析与检测实验证明,采用挠性支撑的旋转平行光管镜的动态刚度与面形精度满足光学动态靶标的应用要求。