应用激光跟踪仪和单目视觉检测三维水模体定位精度方法研究

针对三维水模体检测方法较少、检测过程复杂等问题,提出基于激光跟踪仪和单目视觉的三维水模体定位精度检测方法。激光跟踪仪三维水模体定位精度检测对比实验验证三维水模体在有水和无水的情况下定位精度一致。单目视觉三维水模体定位精度检测实验结果表明:X轴、Y轴、Z轴和空间对角线的定位误差均在0.050 mm以内,重复性分别为0.030 mm,0.064 mm,0.056 mm,0.140 mm,X轴和Y轴的垂直度为0.800 mm,Y轴和Z轴的垂直度为0.761 mm,X轴和Z轴的垂直度为0.503 mm,与激光跟踪仪的测量精度在一个量级。最后,经不确定度分析得到相邻点距离测量误差的标准差为0.0187 mm,满足检测要求。两种方法都能实现非接触测量,简化冗杂的检测过程,可满足医院对医用直线加速器的日常检测需求。

一种工具坐标系标定与公共点结合的机器人与激光跟踪仪坐标转换方法

机器人标定需要实现测量坐标系与机器人坐标系的配准关联,得到两者之间的转换关系。为克服传统基于轴线矢量坐标系转换方法操作复杂、拟合精度不高等缺点,提出一种工具坐标系标定与公共点转换相结合的解算方法。首先基于距离约束标定出光学靶标球中心相对于末端法兰坐标系的位置参数,而后通过重心化配置降低测量误差对坐标转换的影响,最后基于公共点转换采用三维七参数模型求解坐标转换齐次矩阵。实验结果表明,相比于基于轴线矢量坐标系转换的传统拟合方法,该方法的点位综合MAE减小35.44%,坐标转换精度更高,且操作方法简单,适合工业现场使用。

基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法

为准确测量工业机器人在飞机装配中的真实装配受力,提出了一种基于激光跟踪仪的机器人末端负载重力辨识与在线补偿方法。借助激光跟踪仪等外部测量设备,建立了机器人系统的全局运动学模型,实现机器人末端位姿的精准获取。利用卡尔曼滤波处理力传感器信号,以获取更加准确平稳的外部力信息。基于最小二乘法建立了末端负载重力分量与位姿的映射关系,其中,考虑了力传感器的零点偏移与机器人安装偏差带来的影响。最后开展了机器人负载重力在线补偿试验,试验结果表明,该方法具有良好的效果。

基于直线轨迹的激光跟踪仪测量精度测试方法

激光跟踪仪测量技术广泛应用于装配、制造等多个领域。为研究激光跟踪仪测量精度,研制了一套以光栅尺采集值为参考,通过多轴运动控制器实现电机运动控制、光栅尺采集、激光跟踪仪测量三者同步触发的坐标测量精度测试系统。对系统重复定位精度与激光跟踪仪同步触发坐标测量精度分别进行了试验。结果表明,系统重复定位误差在[–4.0μm,4.0μm]之间。3台不同型号激光跟踪仪在切向方向上与目标反射镜的距离为[2.7 m,3.4 m]时,其坐标测量误差随速度变化分布在[–23μm,988μm]之间。激光跟踪仪在径向方向上与目标反射镜的距离为[1.5 m,3.8 m]时,其坐标测量误差随速度变化分布在[5μm,915μm]之间。

无需公共点的高精度激光跟踪仪自标定方法

多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值,在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离,目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高,但是其精度有限。为了提高其精度,分析基于拟合的自标定方法精度较低的主要原因,提出了基于三角形结构的自标定方法,定量对比了新方法和基于球心拟合方法的精度。新方法建立非线性误差模型进行参数迭代求解,能够应用于激光跟踪仪的三维自标定。通过模拟仿真和实测实验,证明了该方法比基于球心拟合的自标定方法在精度上有了大幅度提升。文中算法无需增加额外设备,改进了原先基于球心拟合方法并提高其自标定精度,具有一定的工程应用价值。

基于激光跟踪仪高精度测距特性的转站方法研究

激光跟踪仪转站精度直接决定大尺寸测量网的测量精度,针对激光跟踪仪转站问题,基于激光跟踪仪高精度测距特点,提出一种转站参数计算方法。首先,根据激光跟踪仪测距准确的特点,利用Nelder-Mead算法对于平移分量进行求解;然后将所求平移分量作为强约束注入旋转分量的求解过程中,获取激光跟踪仪转站旋转分量,从而求得激光跟踪仪转站参数;最后,以均方根误差与转站点位误差为依据,在仿真条件下,验证了不同尺度测量场下提出的方法相较于传统SVD分解方法均有转站精度提高的效果。

激光跟踪仪双点靶球座的加工工艺

双点靶球座是激光跟踪仪的常用附件,具有较高的尺寸及形位精度要求,大外圆圆弧与小轴连接处薄弱,加工变形较难控制。对此,提出激光跟踪仪双点靶球座的加工工艺。介绍了具体工艺流程,进行了实测精度对比,确认采用所提出的加工工艺,激光跟踪仪双点靶球座的精度达到外购件水平,可以取代外购件。

激光跟踪仪在大型钢结构安装测量中的应用

详细介绍了激光跟踪仪在大型钢结构安装测量中的应用,主要包括制定技术路线、三维安装控制网的布设、测量和平差、设备安装测量等。试验表明,在120 m测量范围内,激光跟踪仪能够满足0.5 mm的平面度和直线度安装要求。

激光跟踪仪CFIII三维控制网数据采集软件研制

根据激光跟踪仪自身特点和实际工程应用需要,设计开发了一款激光跟踪仪CFIII三维控制网数据采集软件,该软件主要为高速磁浮、火箭撬滑轨测设一类具有特殊精度要求的测量工作提供外业数据采集服务。本文首先按照软件开发的一般流程进行需求分析和功能设计,并以此为基础对激光跟踪仪控制网测量等相关功能算法进行研究,然后对其中一些关键的功能算法进行阐述,再对各项子功能进行编码实现。最后,本文设计了一系列测量对比分析和仿真计算实验对软件各项功能进行可靠性验证,实验结果表明,本文研制的软件运行正常,测量结果正确、可靠。

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。

激光跟踪仪测量系统主动靶球装置设计及测试

针对目前激光跟踪仪测量工作中靶球容易断光、需要人工引导激光的问题,课题组设计出了一种能够自动对光的主动激光靶球(spherically mounted retroreflector,SMR)装置。基于STM32系列单片机实现了控制电路的设计,通过实时检测跟踪仪的转角以及靶球自身的自转角度,能够准确计算出靶球收光口与跟踪仪出射激光之间的偏角,进而控制步进电机带动靶球作相应的旋转实现对光;将主动靶球装置安装在4足机器人上进行了性能测试。研究结果表明使用该主动靶球装置可以有效减少激光跟踪仪断光次数,提高了跟踪仪在机器人在线检测等领域的测量效率,具有良好的实用性。

基于激光跟踪仪的三维坐标转换方法

为了进一步提高工程测量三维坐标转换精度,本文开展了基于激光跟踪仪的三维坐标转换方法研究。首先,介绍了徕卡AT960激光跟踪仪的原理和测量精度;其次,推导了目前常用的大旋转角非线性13和7参数转换模型;最后,设计实测实验进行精度验证。实验步骤如下:利用徕卡AT960激光跟踪仪采集不同测站下的公共点三维坐标信息,然后利用非线性13参数和7参数模型将各个公共点坐标归算到统一坐标系下,对归算后的坐标进行精度分析。结果表明:非线性13和7参数转换模型的单位权中误差分别为9.79μm和9.54μm,整体精度基本一致,说明基于激光跟踪仪的三维坐标转换精度可以达到微米量级。

基于激光跟踪仪的俯仰角度测量方法研究

针对现有俯仰角度测量技术抗干扰能力弱、适应场景单一的问题,提出了基于激光跟踪仪的俯仰角度两种测量方法。一是通过测量点拟合圆的圆心角计算俯仰角,二是通过测量点构成直线之间的夹角计算俯仰角。结果表明:方法2的测量效果优于方法1,其非线性误差为0.051%,迟滞误差为0.019%,重复性误差为0.027%,总误差为0.061%。

基于激光跟踪仪最佳站位的飞机数字化自动测量

在飞机数字化测量过程中,由于飞机尺寸大、结构复杂、水平测量点分散等特点,只使用单个测量站位很难完成全部测量任务,通常采用多个测量站位协同完成测量任务。每个测量站位下测量光路的可达性决定了测量任务实现的完整度,测量光路的可达性主要由测量仪器的有效测量范围和测量光路的遮挡共同约束。因此,需要合理规划测量站位,在满足约束条件的情况下,同时使有效测量范围最大化。首先,基于GJK碰撞检测算法解算测量光路和障碍物的明可夫斯基差,进行测量光路遮挡判定,并结合激光跟踪仪的有效测量范围综合分析测量光路的可达性。然后,以测量光路的可达性为主要目标,采用下一最佳观测方位搜寻较优测量站位替代无效测量站位;最后,引入改进混合灰狼算法实现最佳测量站位的高效搜索,完成激光跟踪仪的测量站位。

一种用于激光跟踪仪的无纹波最少拍控制器

针对激光跟踪仪测量跟踪时快速性和高精度的要求,对常规永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)三闭环控制系统进行改进,在使用常规PI调节的电流环和速度环基础上,设计了一种能实现PMSM控制系统无纹波最少拍状态的位置环控制器,使PMSM控制系统在避免纹波干扰造成系统损耗的前提下能以最少采样周期跟踪上运动轨迹。通过仿真实验,验证了该改进的PMSM控制系统相较常规的PMSM三闭环控制具有明显的跟踪快速性和准确性。

基于激光跟踪仪的转台垂直度相交度检测方法

针对二维卫星调姿模拟转台的垂直度、相交度检测问题,提出了基于激光跟踪仪的非接触式检测方法,并与传统检测方法进行了对比实验。首先,提出了基于激光跟踪仪对二维转台的检测系统,并设计了转台检测工装。其次,分析了系统误差,对测量系统模型进行仿真分析。最后,使用激光跟踪仪采集工装测量点的空间坐标,分别拟合回转圆的空间平面方程,并利用圆心坐标计算回转轴。仿真结果表明,垂直度检测平均结果为了1.76″,相交度检测精度平均结果为0.02 mm;基于±5″的二轴转台实际测量结果与自准直仪检测结果垂直度相差0.53″,相交度结果与安装误差相差0.08 mm。最终结果表明激光跟踪仪的检测结果可信,为转台垂直度、相交度精度检测提供了一种简单有效的方法。

激光跟踪仪大角度不整平测量精度分析

利用全站仪进行竖井等狭窄竖向空间传递测量时,垂直角过大导致高程精度急剧降低。根据激光跟踪仪可在平躺甚至倒挂状态下测量的特点,将狭窄竖向空间的垂直角测量转化为水平角测量,可以解决竖向高程传递问题。采用独立参数推导了适用于大旋转角的坐标转换和三维边角网平差模型;利用自主设计的大角度倾斜姿态测量装置,分析了仪顶角对精度的影响,并优化设站方式,实现激光跟踪仪在整平状态、旋转45°和旋转90°的3种姿态测量。不同布设模式的控制网平差结果表明,大角度不整平三维网的均方根误差小于0.349 mm,单位权中误差小于0.582 mm,点位精度优于0.634 mm,距离差值优于0.044 mm,精度可靠,此方法可用于狭窄竖向空间的三维坐标传递。

面向起重机现场的激光跟踪测量不确定度分析与应用

本文在起重机械制造测量过程内引入激光跟踪仪测量技术,对其测量基本原理进行简要分析,提出了利用激光跟踪仪测量主梁上拱度的方法。通过理论计算得到在40 m测距处,单台激光跟踪仪进行不转站的单点测量扩展不确定度约为0.294 mm,并测量了激光跟踪仪单点重复测量精度和不同测距情况下单点最大偏移距离,在精确和快速测量模式下,单点的最大偏移距离均在0.05 mm内,在40 m测量距离内5个不同测站的激光跟踪仪的测量精度也均满足实际需求。最后对1台起重机主梁上拱度进行测量并与传统方法对比,两者测量结果均值相近,激光跟踪仪测量结果重复性表现更优。

Procrustes加权整体最小二乘法在激光跟踪仪转站中的应用

在飞机大部件装配过程中,激光跟踪仪转站的关键是坐标转换。由于转站前后存在坐标测量误差,整体最小二乘法的系数矩阵存在随机误差,因此需对激光跟踪仪转站算法进行优化。提出基于Procrustes分析法的EIV-EOPA模型的Procrustes加权整体最小二乘法,建立激光跟踪仪转站模型并进行求解,采用MATLAB进行仿真并使用Leica AT403激光跟踪仪进行实验,验证方法的有效性。结果显示,Procrustes加权整体最小二乘法比加权最小二乘法获得的参数估计值更接近设定值,单位权中误差更小,提高了转站精度,同时还省略了计算中的迭代过程。实验结果进一步证实了Procrustes加权整体最小二乘法的优势。

Radian激光跟踪仪在汽轮机检修测量领域的应用

如何高效地对汽轮机进行检修测量工作,需要测量系统从精度以及数据采集分析等能力方面有所保证。本文结合实例,对这一检测实施工作展开详细阐述,顺利实现了对汽轮机各部位的高精度检测,并配合软件进行整体的分析指导维修和装配,值得行业借鉴交流。