数字孪生驱动的掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法研究

掘锚自动化作业是煤矿巷道智能掘进的关键,针对当前掘锚设备交替作业过程中相对位姿测量和碰撞检测难题,提出一种数字孪生驱动的煤矿井下掘锚设备跟踪定位与碰撞检测方法。首先,为克服井下掘进工作面低照度、高粉尘、复杂背景干扰的影响,以多点红外LED标靶作为信息源,通过工业相机采集红外LED特征点图像,利用Hough轮廓检测与质心法提取光斑中心并通过二进制编码识别标靶ID,采用改进稀疏光流算法对光斑进行跟踪,同时建立基于PNP的掘锚设备位姿解算模型,采用对偶四元数获得设备间相对位姿。其次,利用数字孪生技术,基于Unity3D平台建立对应实际尺寸的掘锚设备及工作面数字孪生模型,利用Socket通信方式实现虚拟空间与物理实体之间的实时数据传输与交互,在虚拟空间中实现掘锚设备实时位姿的三维可视化,结合任意多边形OBB(orientedboundingbox)碰撞检测算法,实现掘锚设备虚拟碰撞检测。最后,搭建实验平台进行掘锚设备位姿测量试验,同时对虚实运动轨迹和碰撞检测效果进行验证。实验结果表明:掘锚设备跟踪定位实验的位置误差不超过20mm,角度误差不超过0.30°;虚实位置坐标对比中X轴方向最大误差不超过1.14mm;Y轴方向最大误差不超过1.10mm,能够保证系统虚实一致性和同步性,满足掘进工作面作业过程中掘锚设备实时跟踪定位及碰撞检测的要求。

基于实体GIS设备试验的局部放电光学信号传播特性研究

光测法具有电磁免疫性,特别适用于具有封闭结构的气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear, GIS)局部放电检测,但是光信号在传播过程中易因传播距离增加或部件遮挡而快速衰减。为此,基于110 kV实际GIS设备开展局部放电光学信号传播特性试验,研究传播距离和绝缘子遮挡对导杆尖刺缺陷和悬浮电位缺陷局部放电光信号的影响规律。结果表明,随着传播距离的增加:尖刺缺陷检测到光信号最大幅值和放电数均有所衰减,放电谱图变化不大;悬浮缺陷放电光信号幅值明显衰减,放电数不变,放电谱图特征逐渐失去“矩形”特征。此外,当光学信号透过带有通气孔的绝缘子传播时,光学信号明显衰减,且幅值波动较大。

基于CMOS相机近眼显示的关键光学性能测试系统

设计一种基于双目CMOS相机的近眼显示测试设备,在此基础上提出了主要光学参数的测量方法。根据NED光学相关原理,通过推导建模、系统设计和标定实验,实现了对NED器件光学参数的快捷、低成本测量。最终通过实验可见,本测试系统比传统系统的测量时间节省约60%,并且关键参数测试误差小于5%。

基于光纤传感技术的井下机电设备参数监控技术

矿井机电设备零部件损坏、工作发热通常会导致安全事故的发生。基于光纤传感技术,设计了一种井下机电设备参数监控系统,主要包含ASE光源、光纤传感器、光纤解调仪、报警监控系统等部件。通过现场对3种常见机电设备参数的现场试验,测试了24 h范围内的温度和振动频率变化情况,实验结果显示:机电设备参数在工作一段时长之后均呈现较好的规律性且数值趋于稳定,现场测试结果均低于一级报警阈值,现场无报警发生,该设备能够较准确地实现机电设备参数测定及现场监控预警。

靶场光测图像事后判读技术研究

靶场光测图像的处理和分析是对试验武器和装备性能检验的重要途径,利用数字图像处理和摄像测量的基本原理,获得目标的脱靶量,对目标的跟踪角度误差进行修正。对靶场光测图像事后判读技术进行了研究,介绍了事后判读的图像处理步骤,对图像判读原理、预处理的原理进行了说明,并提出了利用目标的矩来实现质心坐标的计算。在VS2010开发环境下,设计并开发了一款软件,经过测试,能够满足靶场事后图像判读的需求。

飞行目标3维姿态测量的新方法

针对传统光测方法通常用于测量目标的点运动轨迹 ,而难以获得目标的 3维姿态参数的情况 ,提出用数字图像处理手段 ,对目标图像建立特征点 ,结合特定的算法 ,得出目标的俯仰角、偏航角、滚动角、漂移量等 3维参数 ,从而获取更多的目标姿态参数的新方法。

CAN总线分布式自动调焦控制系统设计

目前光电经纬仪自动调焦控制系统采用集中式控制的方式,该方式存在许多缺点并且调焦精度较差,为进一步提高使用要求和系统性能,设计了一种基于CAN总线分布式自动调焦控制系统,每个镜头内安装的智能调焦控制单元与上位机的信息交互通过CAN总线,给出了该控制系统的总体方案和硬件结构设计,调焦控制单元采用DSP和FPGA的控制架构,采用CTM1050T芯片实现带隔离的CAN收发电路功能,对该系统进行多次数据通信和自动调焦实验表明:该控制系统实现了自动调焦功能,工作状态稳定且提高了调焦精度,调焦精度可达±0.012mm,另外该系统极大的简化了设备走线,提高了可扩展性、稳定性以及抗干扰能力,具有较高的应用价值。

油罐区光纤安全监测系统设计与实现

研制了一种新型的油库罐区光纤安全监测系统。具体地介绍了由光纤液位计、光纤液位高位报警器、温度信号以及 ADVANTECH工控机构成监测系统的设计与实现方法。该系统有传统方法不可比拟的优势 。

车载光测设备平台倾斜的测量与数据处理

车载平台倾斜对光测设备的测角精度影响较大,为了消除这种影响,提出了采用编码器测倾装置测量平台倾斜角度并进行事后修正的方法。首先,分析了光测设备工作时,车载平台倾斜的原因;其次,采用编码器测倾装置测量平台倾斜角度,并将测得的数据传送到控制计算机;最后,根据车载光测设备静止和工作时的不同特点,对存储的数据进行滑动均值滤波处理和滑动加权均值滤波处理,将处理后的数据用于事后测角误差的修正。实验结果表明,将编码器测倾装置测得的数据进行滤波处理后,减小了噪声对倾斜数据的影响,提高了数据的可使用性,为下一步车载光测设备测角误差修正模型的建立奠定了基础。

基于TCP/IP协议的光测设备图像数据传输方案

根据光电测量设备远距离回传数据的需要,介绍了一种以太网数据传输方案。该方案采用网络协议处理芯片实现TCP/IP协议,使用现场可编程门阵列作为主控制器,具有系统设计简洁、传输效率高、可远程控制的特点,已成功应用到多型光电测量设备图像记录系统。

基于光纤温度传感器的分布式温度测量系统设计

为实现航空武器装备维护保障中环境温度监测的精细化管理,设计了一种基于光纤温度传感器(FOTS,fiber optic temperature sensor)的分布式温度测量系统。首先利用光纤温度传感器的特点,对分布式温度测量系统进行了总体设计;其次研究开发了其硬件与软件,实现了系统的层次化设计,然后结合C/S网络通信模式实现了系统的网络化管理;最后对分布式温度测量系统进行了功能和性能测试。经系统测试验证表明,该系统可以实现航空武器装备维护保障中环境温度的精细化管理,具有高可靠性、易于扩展、远程访问,测量精度高,且系统的温度测量误差小,并将温度误差控制在1%以内。

基于惯性导航和里程仪的煤矿采掘设备定位

分析了国内外煤矿惯性导航技术的研究和应用情况,指出惯性级光纤捷联惯导技术适用于煤矿采掘设备定位;将惯性导航和里程仪相结合进行协同定位和导航,利用里程信息对惯性导航测量数据进行校正,以提高定位导航精度;给出了惯性导航动态初始对准方法,惯性导航与里程仪协同定位具体方法,以及用于误差估计、修正和补偿的卡尔曼滤波方程。实验结果表明,采用惯性导航与里程仪协同定位技术后,工作面直线度测量最大误差为90mm、平均误差为60mm,高程测量误差为20mm,符合工作面直线度测量精度要求。

自动数据采集系统的研究与应用

数据采集系统是企业制造执行系统中必不可少的一部分。为满足企业日益增长的对市场快速反映的要求,提出了一种基于Holon思想的低成本和可重构自动数据采集的方法,给出了此方法的功能模型和特点。同时以某光纤生产企业为基础,通过对单模光纤用各种检测设备的分析,基于此方法,利用Holon思想,采用与计算机串行通讯而建立了光纤用检测设备的自动数据采集系统,给出了其硬件连接方法和部分软件程序。同时实现了其与企业ERP系统的信息集成。

基于3D对齐技术的冲压件在线检测设备

针对当前生产中复杂冲压件的质量检测方法的缺点,提出一种全新的在线质量检测设备。先进行设备功能需求分析以及设备检测原理论述,然后基于逆向工程3D对齐技术、光学扫描技术对该设备的软硬件系统的结构方案进行论证和设计。在ADAMS虚拟环境中建立其概念样机,为其后续研究打下基础。对于实现冲压件生产在线检测的数字化和自动化,有重要的参考价值。

光测设备特种载车结构设计

光测设备特种载车是光测设备实现机动布站的专用运输工具和承载平台。在光测设备载车结构设计时,除采用普通车辆的设计方法外,还提出了针对四轮独立悬挂式特种载车的设计方法,重点对载车有别于其他特种车的厢盖、厢体、底盘及辅助设施的结构设计方法进行了阐述。并对关键零部件进行了强度校核计算。通过对光测设备载车的平顺性实验,光测设备各典型部位的振动加速度均方根值小于0.5G。为同类型光测设备载车的设计提供了可供参考的依据。

光纤荧光温度传感器用于高压设备温度在线监测的研究

设计了一种基于荧光寿命的光纤温度传感器,用于高压开关柜触头温度的监测。采用稀土作为敏感材料,将其粘贴到被测体表面,实现了非接触测温。

角变形实时测量系统中计算机控制系统的实现

研制一种新型的角变形实时测量系统, 其利用布设在甲板上的光电自准直平行光管和折转光管等相关设备, 通过计算机控制系统实现实时测量艇体两维动态变形量。计算机控制系统接收两组光电自准直平行光管的视频信号, 进行实时图像处理, 得出动态脱靶量, 并对两路图像的测量结果进行叠加得出舰艇的相对变形量。本系统已成功应用在某舰艇的实时测量系统中, 准确完成了实时变形的测量任务。

光测设备引导数据的误差分析

在光测设备实时数据处理过程中,往往容易碰到由于数学模型建立不准确或滤波参数取值不合适,导致数据滤波预测效果不理想的情况。为了能建立较为准确的数学模型,较好地配置滤波参数,从而提高设备的测量精度,提出了一种基于现代误差理论的数据分析方法。通过对引导数据应用最小二乘拟合残差法、隐周期辨识法和基于AR(p)模型的相关噪声估计法等,将实际引导数据分离成理想轨迹、隐周期噪声,相关噪声和白噪声;然后,综合理想轨迹和随机噪声选用合适的滤波器,通过理想轨迹建立实时数据处理的数学模型、通过各随机噪声确定各滤波参数估计值。显然,这种基于数据分析方法的滤波器选择和滤波参数确定是更有针对性的,与传统的滤波器选取和参数现场试凑方法相比,也更为有效。

高精度光电跟踪设备主摄影自动调光机构的研究

由于高精度光电跟踪设备所处工作环境比较复杂,随着环境的改变,目标在光电跟踪设备主摄影焦平面上的成像也有不同程度的偏移,为了保证成像质量,应对胶片上的背景光进行控制.本文从保证成像质量出发,介绍自动调光机构的工作原理,详细阐述了自动调光机构的核心元件变密度盘的设计并对调光机构未来的发展趋势进行了阐述.

基于模拟目标的光测装备实战化训练方法研究

为解决当前光测装备因缺乏接近武器装备试验实际情况的合作目标而不能进行实战化训练的难题,提出了基于模拟目标的光测装备实战化训练方法。根据光测装备及目标的实际情况,构建目标三维模型,对其分别进行可见光、红外成像特性处理,生成目标的光学特性模型。采用3次B样条曲线拟合目标弹道曲线,进行运动姿态处理后获得姿态控制信息,与特征事件等信息一起封装生成目标运动特性模型。利用计算机仿真技术构建虚拟三维空间,在其中仿真光测装备跟踪测量目标的场景,在光测装备上无缝生成模拟目标,对光测装备进行实战化训练。在现役光测装备上进行了应用验证,实现了光测装备基于模拟目标的实战化训练,结果表明该方法切实可行。