Mathematical model for light scanning system based on circular laser

A novel light scanning system based on circular laser trajectory for welding robot is developed. With the help of image processing technique, intelligent laser welding could be realized. According to laser triangulation algorithm and Scheimpflug condition, mathematical model for circular laser vision is built. This scanning system projects circular laser onto welded seams and recovers the depth of the welded seams, escapes from shortcomings of less information, explains ambiguity and single tracking direction inherent in “spot” or “line” type laser trajectory. Three-dimensional （3D） model for welded seams could be recognized after depth recovery. The imaging error is investigated also.

运动目标空间位置坐标激光跟踪测量的数学模型

运动目标空间位置激光跟踪测量是国际计量测试领域的前沿课题，该测量系统集激光干涉测距、精密机械、计算机及控制系统和现代数值计算于一体，对空间运动目标进行跟踪并实时测量其坐标和姿态。它的测量范围为１～５ｍ，测量精度为５０μｍ／ｍ。它的测量原理主要是干涉法和三角法。在干涉法中，根据跟踪测量机构数量的多少又可分为一站法和多站法。一站法采用球坐标测量法，多站法通过解最小二乘方程组计算出被测点的坐标。文中对各种测量方法的数学理论模型进行了较为详细地论述。

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。

激光跟踪系统“鸟巢”坐标的球面标定法

深入分析了激光跟踪测量系统坐标系的特点,建立了采用高精度约束球面标定激光跟踪测量系统(LTS)的初始状态参量和结构误差参量的方法.通过数学仿真搜索出采用约束球面进行系统标定时的最佳约束球半径、最佳采样点个数等,并采用仿真方法评估系统噪声对标定结果的影响.使用三坐标测量机和QC20-W高精度伸缩球杆仪建立了球面约束标定的实验装置,对激光跟踪系统执行了球面约束标定实验.实验结果表明,采用高精度约束球面作为约束条件可以提高系统的未知参数标定精度和测量精度.

全息干涉法在条形药包离面位移场研究中的应用

以新型红宝石激光照相装置为基础,进行动态全息实验系统研究及设计,实现了一次爆破加载获取四个动态过程爆破模型的位移场条纹图,用此研究了线型载荷爆破时质点离面位移振动的变化规律。研究表明:端部延长线方向离面位移值在全场所有剖面始终最小,发现在线型载荷离面位移场和应力场一样,同样存在端部效应现象;中垂线上的最大位移值在不同时间都高于其它计算剖面位移极值;瑞利波产生的位移衰减很慢。

基于小型PLC的有轨小车寻线高精度控制数学模型设计

提出以激光循迹小型PLC为基础的有轨小车运输方式提升效率,并对有轨小车实现高精度控制设计。利用激光发射器射出的光线对不同物体呈现不同颜色的特点,将收集的高低电平导入PLC系统中,对高低电平开关量编码,建立包括步进电动机模型、传动机构模型和小车转向系统闭环状态空间模型的小车寻线模型,并建立以PLC系统为基础结合PID控制器完成GPC-PID控制系统,利用该系统及时调控小车动态过程,根据动态性能变化完成控制器参数的重新调整与设定,通过GPC算法调整该系统目标函数的增量,确保小型PLC有轨小车寻线轨迹的精确度。实验证明,利用该方法可有效地确保基于小型PLC有轨小车寻线的精度。

矿井提升机运动位置测量高精度算法的研究

基于红外激光定位技术的矿井提升机位置跟踪系统的研究是利用工作在红外波段的激光,通过测量“调制光波”往返于被测距离上相位差的方法来测定距离。其精确位置跟踪系统的算法是依据卡尔曼滤波估值理论方法, 建立了目标和激光测量值的数学模型, 然后讨论了跟踪数学模型线性变换方法以及对滤波器精度的影响, 在此基础上提出了红外激光跟踪系统应用于矿井提升机高精度位置跟踪的方法。

星载周扫式跟踪转台运动轴与光轴关系的建模分析

星载周扫式跟踪转台作为激光通信装置,通过扫描的方式确定目标,建立链路,实现捕获、对准、跟踪功能。由于通信装置在传递信息过程中要实时跟踪,跟踪转台作为通信终端,其瞄准姿态会随着通信终端之间的相对位置变化而发生变化,这就要求确定跟踪转台的运动轴与光轴之间的运动规律。文中利用向量旋转与坐标变换理论,将反射镜的旋转看作是坐标系旋转,通过旋转矩阵,建立数学模型,计算出在指向和跟踪过程中运动轴与光轴关系运动规律的数学表达式,为转台机构的实际设计奠定基础。文中提出的方法对类似的激光通信系统具有借鉴意义。