基于粒子群优化BP神经网络的激光扫描投影系统畸变预测方法

为了精准、高效地预测和校正激光扫描投影系统的畸变误差,研究了基于粒子群优化BP神经网络的畸变预测方法。建立了BP神经网络结构,并融合粒子群优化算法对BP神经网络的权值和阈值进行优化,得出基于粒子群优化BP神经网络的激光扫描投影系统投影畸变预测模型。选取距激光扫描投影仪器两米的待投影面上的理论坐标点及各点相应畸变值Δx作为粒子群优化BP神经网络的训练数据集,将待投影面上实际投影位置坐标代入训练好的粒子群优化BP神经网络进行预测得到预测畸变值输出,并与实际畸变值对比,最后,引入Elman神经网络预测模型的预测结果与所研究预测方法进行对比。结果表明:在±30°的全视场扫描投影范围内粒子群优化BP神经网络预测模型的均方根误差为0.0176 mm,解算时间仅需22.4 s,相较于Elman神经网络效率提升78.33%,预测精度及时间明显优于Elman神经网络,可以有效预测激光扫描投影系统的畸变误差。

用激光扫描投影法检测核燃料模拟组件变形

鉴于核燃料组件变形水下检测的需求,本文提出了一种基于激光扫描投影的模拟组件整体轮廓变形检测系统的原理和实现方法:首先在光路部分分析了组件的变形情况及其各自的评价标准,以及位移测量法和CCD成像法的局限性;在数据采集和软件算法上,着重对信号调理部分采用的特殊整形方法和引入相对测量以提高系统精度作了介绍;最后给出了一批静态尺寸测量数据,对测量精度作了验证。

基于改进Fleury算法的激光扫描投影路径规划方法

为改善激光扫描投影系统在扫描复杂图形时由于扫描频率远小于20 Hz而引起的严重闪烁问题,基于图论理论将Fleury算法应用于激光扫描投影路径规划,并针对该算法无法优化非欧拉路径的局限性,提出了改进的Fleury算法。应用MATLAB对上述算法的扫描路径优化效果进行仿真分析,并应用到已有的激光扫描投影系统中进行实验,实验结果表明:基于改进的Fleury算法的激光扫描投影路径优化技术可以使激光扫描投影频率提升至20 Hz左右,有效解决频闪问题,提高绘制图像的质量,从而提升自主研发激光扫描投影仪器的实际应用价值。

基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正研究

为了解决自研的激光扫描投影系统在实际扫描投影零部件外形轮廓时会存在拖尾、缺失和非预期的圆角过渡等图形偏差,严重影响投影出零部件外形轮廓的形状准确度的问题.通过分析拖尾和缺失偏差、转角偏差产生的原因,研究了基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法,得出了补偿时间与采样率间的关系,建立了时间补偿与投影图形转角角度间的数学模型.应用所研究方法在自主搭建的激光扫描投影系统中进行验证实验,并与国外FARO激光扫描投影系统的投影图形进行对比.实验结果表明:对优化投影路径后的5行5列棋盘格图形进行投影时,比较偏差补偿前后实际投影图形效果,补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm.基于时间补偿的激光扫描投影偏差校正方法可以有效地补偿拖尾和缺失偏差、能够优化非预期的转角偏差,该方法应用于自主研发的激光扫描投影系统能够显著提高投影图形准确度,具有良好的实际应用价值.

融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法

为解决现有激光扫描投影系统中需要手动标定的问题,提出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法。首先建立了融合单目视觉技术的激光扫描投影系统模型,给出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法;其次建立了单目相机与激光扫描投影系统、被投影物体之间的数学模型;最后运用Matlab软件进行模拟仿真,证明融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法可以解决上述问题。同时为验证融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法的精度是否满足激光扫描投影系统的需求,将Matlab软件求解的实验结果与SA软件求解的实验结果进行对比,并分析精度与距离、角度等外部因素的关系。仿真实验结果表明:当距离一定时,单目相机旋转角度为55°时,单目相机距离投影仪和被投影物体的范围为1.5~3 m,且满足投影仪的精度要求。同时通过自主搭建新型激光扫描投影系统,证明了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法具有实际可操作性和可行性。

激光扫描投影系统背向反射目标扫描方法

激光扫描投影前,需要对待投影工件上的背向反射目标进行扫描,并计算背向反射目标在投影仪坐标系下的中心坐标。研究了不同的背向反射目标扫描方法,提出了向日葵形扫描方法和外摆线形扫描方法。不同背向反射目标扫描方法的扫描时间不同,对应边缘扫描点的数量和位置也不同,会影响背向反射目标中心提取的准确性。实验结果表明,外摆线形扫描方法的扫描时间为0.612 s,数据使用率是光栅矩形扫描方法的6.719倍,平均中心提取误差为0.227935 mm。向日葵形扫描方法的扫描时间为0.36 s,数据使用率是光栅矩形扫描方法的6.231倍,平均中心提取误差为0.055710 mm。因此,向日葵形扫描方法能够缩短扫描时间,提高扫描数据的使用率,提取更精准的反射目标中心。

基于三维激光扫描投影系统(Iris)实物的安装应用

本文采用的Iris是一种非接触式三维激光扫描投影系统。该系统利用光学技术扫描获取实物表面的三维数据,利用三维点云数据可快速建立结构复杂、不规则场景的三维可视化模型,并将模型及安装要素精准地投影在船舶舱室的实物安装位置。经实船安装应用,Iris能很好地满足生产过程中实物的安装要求,不仅扫描范围大、速度快、精准度高、操作简单,而且可大大降低劳动强度,节约劳动成本,为精度造船、绿色造船提供借鉴和参考。

基于路径补偿的激光投影图形转角偏差矫正研究

在先进装备制造业中广泛应用的激光扫描投影技术在扫描投影复杂图形时易出现图形转角偏差,严重影响投影图形形状准确度,影响实际零部件定位装配。为解决此问题,分析了转角轮廓偏差产生的原因,研究了基于转角点处路径补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法,在自主搭建的激光扫描投影系统中应用所研究方法进行验证实验。实验结果表明,优化后的插补路径数据信息点可以压缩至51.92%,补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm。所研究方法能够优化非预期的转角点处的图形偏差,在自主研发的激光扫描投影系统中,可显著提高投影图形的形状精度,具有良好的实际应用价值。

基于特征自适应的激光扫描投影图形控制点提取及优化方法

提出一种基于特征自适应的激光扫描投影图形控制点提取及优化方法,该方法依据各相邻点的曲率和法向量夹角划分待投影图形的特征区域和非特征区域,实现针对不同图形特征的投影控制点自适应分布。同时,为了保证投影图形控制点在稀释处理后的形状准确度,提出基于人眼空间分辨率的控制点数量稀释和优化方法。最后,将优化得到的投影图形控制点作为扫描投影点完成待投影图形轮廓的循环扫描投影。实验结果表明:将所提方法应用到激光扫描投影系统中,可使投影图形控制点数减少20%以上,有效解决了扫描投影复杂图形时的"闪烁"问题。

基于激光测距的激光扫描投影系统标定技术研究

为解决现有激光扫描投影系统至少需要4个合作目标点才能实现坐标转换关系标定,并且经常因迭代算法不收敛而需要多次、长时间才能完成坐标转换参数解算等问题,提出并研究了融合激光测距的激光扫描投影系统标定技术。研究了加入和未加激光测距模块的激光扫描投影系统数学模型,并运用粒子群优化算法仿真分析其标定精度。针对测距误差对系统标定精度有较大影响的问题,提出粒子群导数标定算法改进标定算法,最终实现了仅需3个合作目标点的快速标定,且标定精度可提升至10-7 mm。

提高激光扫描投影系统精度的方法研究

在激光扫描投影校准过程中,激光投影的光斑大小直接影响校准精度,进而影响投影系统的投影精度。为达到激光投影扫描系统对精度的要求,提出了一种能提高激光扫描投影精度的方法,即采用固定倍率准直扩束镜组和动态聚焦镜组相结合的方式,在减小激光束发散角和激光投影光斑的同时,使投影系统在投影工作距离上具有足够的焦深,以获得较大的激光能量密度,进而实现平场聚焦。利用ZEMAX光学设计软件进行了仿真并通过实验进行了验证,在4~5 m的工作距离上,激光束经过固定倍率准直扩束镜组及动态聚焦镜组后,有效减小了激光束发散角及投影光斑大小,提高了目标定位点上投影光斑的能量密度,最终使激光扫描投影系统满足了对投影精度的要求。

基于激光扫描投影的轨道客车精准装配技术研究

为提高轨道客车装配时车体零部件的定位准确度,解决现存人工划线、制作模板等传统工艺引起的定位精度差、工作效率低等问题,基于激光扫描投影技术建立了全新的精准辅助装配系统。通过研究系统的数学模型,分析了其在不同投影角度上的投影误差,并依据上述分析得出了站位布置模型。将系统应用于实际装配中,实现了定位准确、工作效率高的特点。实际应用效果表明,定位精度可优于0.5mm,有效克服了现存定位装配工艺中需制造大量专用模板工装,工装定位位置不准确,人工描线定位精度极差等缺点。

激光扫描MEMS投影系统推动汽车抬头显示系统技术进步

本文介绍了汽车HUD系统中的液晶显示器(LCD)、数字光处理(DLP)HUD以及激光扫描MEMS投影系统,通过比较,激光扫描MEMS投影系统比基于帧的DLP或LCD显示系统更适用于汽车增强现实HUD。

应用于单目3D相机中MEMS镜的扫描角度补偿

为了提高单目视觉相机的测量精度及测试数据的可重复性,提出了一种应用于激光扫描投影中扫描镜的闭环控制方式来提高投影出的条纹位置的稳定性。利用集成在扫描镜上的压阻传感器提供的反馈信号进行闭环控制,同时针对压阻传感器的温度特性,设计了测试系统来标定压阻输出与温度关系曲线。通过记录每一个温度下压阻的反馈输出值,生成反馈输出与温度的关系表。在室温至70℃的温度区间内,扫描镜的扫描角度的变化量由3.52°减小到0.05°。通过对扫描镜的扫描角度补偿控制后,单目视觉相机的三维测试精度以及测试数据的可重复性都得到了大幅提升。

基于相关双采样探测的非连续扫描方法研究

为解决激光扫描投影系统标定过程中易受环境光干扰、合作目标扫描时间长等问题,首先研究了应用于激光扫描投影合作目标定位的相关双采样探测方法,设计了适用于激光扫描投影仪的探测模块,经实验验证,设计的相关双采样探测模块在输入信号干扰比为-29.5 dB时仍能稳定地检测出激光光斑是否落在合作目标的高反射区。然后,针对相关双采样探测的特点,设计了一种基于二分原理的非连续扫描方法,以实现合作目标中心位置的快速提取。最后,使用此方法与栅矩形扫描方法对投影距离为3000 mm处的三个合作目标进行扫描探测和中心位置提取,实验结果表明,栅矩形扫描方式需获取10000个扫描点,而基于相关双采样探测的非连续扫描方法减少了97.4%的扫描点,且中心定位偏差优于0.06 mm。所研究的方法能够提高激光扫描投影系统合作目标探测过程的环境光自适应能力,大幅减少扫描点的同时还能保证中心位置提取精度。

核燃料组件变形测量系统的研制

本文介绍基于激光扫描投影法的核燃料组件变形测量系统,该系统包括激光扫描检测系统、组件装夹定位和垂直扫描运动系统、硬件电路和数据采集系统、组件变形测量软件系统四大部分。