基于wMPS的室内导航系统的实用性技术

为了构建精度高、柔性好、可并行测量的室内导航系统,结合wMPS坐标测量方法在室内定位方面的优点,提出了室内导航系统内部全向接收器技术。讨论了应用位姿测量技术中的三点法和最小二乘法对三维位姿的求解过程。为了提升最小二乘法内部迭代计算效率,利用L-M算法对阻尼系数进行自动调整,以此获取最优解的迭代初值。在初值估计过程中主要利用SVD分解法求解迭代初值,计算出测量点质心坐标。

wMPS测角不确定度研究

室内空间测量定位系统(wMPS)是一种基于多向定位原理的新型网络式测量系统,为分析系统单站的测角不确定度,建立了角度测量模型,分析了影响系统测角精度的误差源并给出误差的评估方法,利用蒙特卡罗统计法进行了仿真,获得了测角误差的分布。提出一种以多面棱体和平行光管作为调整手段,多齿分度台为角度参考基准的发射站水平角不确定度分析平台,实验结果表明该平台的有效性并获取测量空间内发射站的水平角不确定度为2.2″。

wMPS系统在飞机水平测量中的应用

本文针对传统飞机水平测量技术的缺点及劣势,将基于工作空间测量定位系统的数字化测量技术应用到飞机水平测量工序当中,精度得到提高的同时,使得测量周期由原来的一天缩短到了一个小时。此外,示范应用效果表明,工作空间测量定位系统十分吻合大尺寸测量及装配等生产应用需求,应用前景十分广泛。

基于小二乘-卡尔曼滤波的wMPS系统跟踪定位算法研究

wMPS(workspace Measuring Position System)是一种新型的基于平面交会原理的网络式测量系统,在静态测量研究的基础上,研究了动态跟踪测量的问题。为了减小运动引入的测量误差,利用运动方程提高测量精度,采用了最小二乘法对接收器的位置进行静态估算,将其结果作为伪观测值,然后利用卡尔曼滤波做进一步处理,该方法避免了观测方程中的非线性误差,实现了接收器在运动过程中的高精度跟踪定位。通过试验对最小二乘法和最小二乘-卡尔曼滤波法进行了比较,结果表明最小二乘-卡尔曼滤波法的估值精度远高于最小二乘法。

基于WMPS的多光谱光轴平行性检测系统设计

设计了一种新型多光谱多光轴武器装备通用化的光轴平行性检校系统。采用高精度平移平行光管的方法,使平行光管出射的平行光束分别进入武器平台各个光电系统,由平行光管产生无限远白光、微光、红外目标,对待检测多光轴武器系统进行光轴平行性检测。利用WMPS单发射站测角模型,结合摄影测量PNP问题,建立高精度空间坐标定位系统,对平行光管在移动过程中进行精准位置姿态测量,并根据测量结果进行高精度姿态恢复,保证平行光管平移精度。该系统能够适用于多种不同类型光电武器装备,实现自动化检测,并给出了数字化光轴误差量,具有良好的通用性和可扩展性。

基于wMPS的新型位移测量方法研究

随着参试产品尺寸不断增大,试验规模也不断扩大,传统的容栅式位移传感器已经不能适应型号试验发展的需求。室内空间测量定位系统(workspace measuring position system,简称wMPS)是一种基于光平面交会定位原理的大型结构网络式测量系统,在空间三维坐标测量方面有着广阔的应用前景。本文针对航天器结构静力试验中仅关注被测量点相对变形的特点,利用wMPS系统的角度测量数学模型,辅以激光测距,对测量系统进行优化,实现了目标点的轴向位移和径向位移同时测量。该方法具有多点实时测量与跟踪,精度高,试验前无需标定,安装简便等特点。试验表明,wMPS系统测量误差小于0.1mm,完全可以替代传统的容栅式位移传感器。

基于wMPS测量刚性结构振动频率的可行性研究

工作空间定位系统(wMPS)是一种基于光电扫描的新型网络式大尺寸三维坐标测量系统,具有精度高、动态性好、并行测量的优势,是针对工业测量中大尺度结构开发的仪器。针对全球卫星导航系统(GNSS)、自动全站仪(RTS)等大地测量设备无法完全满足人形天桥等小型刚性结构的固有参数测量的问题,把wMPS引入结构健康监测领域中。采用逆向工程法建立试验台模拟结构振动频率,应用快速傅里叶变换(FFT)分析随时间序列变化获取的位移数据来确定wMPS测量结构固有参数的可行性及其测量范围,并采用GNSS-RTK进行对比试验分析。试验结果表明,wMPS能识别结构固有参数,当位移幅值大于3 mm小于30 mm时可以识别到4 Hz的频率,为相对刚性结构健康监测提供了新的参考途径。

wMPS系统中扫描光面的拟合与评定技术

工作空间测量定位系统是一种采用光平面交汇原理的大尺寸坐标测量系统,测量过程中发现扫描光面并不是理想平面,影响了测量精度。提出了一种思路:利用二次曲面方程来描述扫描光面。运用线性最小二乘法对扫描光面上的离散点进行拟合,得到二次曲面方程,在正交线性变换的基础上,分析了扫描光面的形状。对同一组测量点数据分别用二次曲面和平面进行拟合,将拟合的效果进行比较,结果表明:利用抛物柱面方程能够更准确地描述扫描光面。

基于WMPS的飞机大部件对接测控技术

现有的飞机大部件对接系统主要利用激光跟踪仪对部件位姿进行测量定位,可以达到较高精度。但由于激光跟踪仪每次只能测量一个靶球,故在效率上满足不了对接需求。工作空间测量定位系统(WMPS,Workspace Measuring and Positioning System)作为一种新型的、采用光平面交会原理的大尺寸三维坐标测量系统,具有测量精度高、测量效率高、测量范围大等特点,在大尺寸数字化测量及装配等领域具有重要应用价值。提出了一种基于wMPS系统进行飞机大部件对接的测控技术,能够同时满足对接过程中测量精度和测量效率的要求。

wMPS测量原理算法及优化

wMPS测量基本原理算法适用于两台wMPS基站测量,存在精度低、稳定性差的问题。为了满足工业现场应用需求,提高wMPS的测量精度和wMPS系统在工业应用中的可靠性、稳定性,需要采用多发射站测量。通过数学分析,采用矢量法与最小二乘法相结合的方法,实现了多发射站同时测量某一待测点坐标的求解算法。该算法将矢量法应用在多个发射站测某一待测点算法中,从而提高测量精度及稳定性等,同时避免了原始算法中先求解水平角和垂直角,再根据两个发射站之间的距离进行待测点坐标解算,降低了运算量。

wMPS测角精度评定方法

室内空间测量定位系统(workshop measuring and positioning system,wMPS)作为一种新型的网络式大尺寸坐标测量系统,其发射站测角精度直接影响最终测量精度.针对wMPS缺乏有效的测量精度评价方法,设计了wMPS单站测角精度评定装置,研究了利用多齿分度台、自准直仪等高精度仪器作为精度溯源基准的测角评定方法,分析了该方法引入的系统误差.实验表明:wMPS单站测角精度优于2″(k=1).最后,利用激光跟踪仪与wMPS进行空间坐标比对,比对结果验证了该测角精度评定方法的准确性,表明wMPS具有较高的测量精度,满足大尺寸测量要求.

wMPS测量模型及仿真分析

wMPS是测量空间内多站光电扫描交汇测量系统(Workspace Measurement Position system),优点在于多点实时测量与跟踪,测量精度高,有广阔的应用前景。本文阐述了wMPS的主要工作原理,系统的主要组成部分。通过几何关系建立系统测量模型,研究了模型解算方法,运用Matlab进行了仿真计算,对仿真结果进行分析,验证了测量模型的可行性,表明模型方法可以满足测量系统的要求。

wMPS测量系统中的新型电源控制箱设计

设计了为室内空间测量定位系统(w MPS)供电的新型电源控制箱。该电源控制箱从机械结构上进行了优化,能够实现工业现场的快速布站,同时引入无线控制功能,完善了通讯协议,可以及时准确监控测量系统的运行状态。实验结果表明,该设计大大提高了测量系统的便携灵活性,并可通过无线功能配套相关协议,实时监控测量系统状态,为测量系统的可靠运行提供必要的技术保障。

WMPS系统软件设计

基于西门子"WinCCV5.0"组态软件平台,设计开发了动态监控程序,在计算机上实现监控整个系统的设备运行状况,同时进行参数设定等功能。采用现场总线技术和共享内存方式成功地解决了设备间的通讯问题,介绍了上位机和下位机的软件编程的方法和技巧。

基于数据加权融合的wMPS系统定向方法

为了提高室内空间测量定位系统(wMPS)的定向精度,提出了一种数据加权融合实现wMPS各发射站间定向的新方法。方法引入激光跟踪仪控制场三维坐标约束和wMPS发射站光平面约束,将测量不确定度转化为权重进行优化分配,推导了误差传递函数,将摄影测量中的坐标系转换方法用于单个wMPS发射站与全局坐标系间的坐标转换初值的计算,最终建立数据加权融合的定向数学模型并实现解算。仿真表明,利用本文方法,定向平移量误差在0.09 mm以内,用四元数表示的旋转角误差在2.4"以内。按照本文方法定向后的系统,在8m×5m×4m的范围内进行实验,点位测量精度优于0.21mm,基准尺长比对精度优于0.1mm。实验表明,本文方法与传统的利用已知控制点进行定向的方法相比,定向精度得到了明显提高。

基于wMPS的工业机器人定位精度自动补偿方法

针对智能制造场景下工业机器人高精度定位控制需求,引入具有大空间多点并行测量能力的新型工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System:wMPS)及机器人操作系统(ROS:Robot Operating System),实现工业机器人末端执行器位置的自主感知及自动补偿。通过设计具有周向感知能力定位的工业机器人末端定位补偿传感器,解决了复杂操作现场定位遮挡问题;针对wMPS与机器人自身坐标系标定的问题,设计基于坐标点集匹配的坐标转换标定方法,实现了坐标系转换参数精确解算,坐标系转换算精度在0.25 mm;针对工业机器人在大范围移动后定位精度降低的问题,设计了基于快速扩展随机树(Rapidly-exploring Random Trees,RRT)的控制补偿算法,通过wMPS测量反馈提供控制补偿坐标,在末端实现闭环小范围移动,以ABB机器人为研究对象,实现了wMPS与ROS系统集成,并实验验证了补偿算法的精确性,机器人定位精度提升90.14%。

基于光电扫描的三维坐标测量系统

wMPS测量系统是一种新型的基于光电扫描的坐标测量系统,当系统工作时,激光测站分布在测量空间四周,扫描信号覆盖整个工作空间,位置传感器通过扫描信号测量与多个测站之间的方位角计算三维坐标。与其他测量系统相比,具有能够同时跟踪测量多个目标、抗干扰能力强、自动化程度高、简单易用等特点,适用于现场条件下的大尺寸测量。针对数字化装配的需求,介绍了系统的组成及结构,通过几何关系推导出系统的测量原理,给出了测量的几何模型,搭建了完整的验证平台。测量结果表明:系统的角度测量重复性精度优于5″,坐标测量精度优于0.5 mm。

基于光电扫描的网络式大尺寸测量系统定位算法研究

wMPS(workspace Measuring Position System)是一种新型的网络式大尺寸测量系统。与基于角度交会的定位方法相比,基于光平面交会的定位算法避免了方位角的计算,消除了发射器装配误差的影响。通过对两种算法的证明和比较,分析了主要误差来源,并通过实验进行了验证。实验结果表明,在6m×6m×3m的工作范围内,测量误差小于0.15mm,满足大多数现场大尺寸测量需求。

融合光电扫描定位的大构件整体形貌测量方法

针对航空、航天、船舶等制造领域大构件形貌测量的大量程、高数据密度、高效率、结构复杂等特点,研究了一种融合光电扫描全局定位和终端形貌测量技术的大构件高分辨率几何形貌整体测量方法。通过条纹投影摄影测量系统在构件局部表面投射相位条纹,获取高精度稠密点云,设计了位姿测量算法,解决了复杂现场不满足交会条件时无法实现位姿测量的问题,在室内空间测量定位系统(workshop Measurement Positioning System,wMPS)组建的全局测量网络体系中,对条纹投影摄影测量系统进行全局定位。从而在不依赖软件拼接算法的情况下,通过数据融合完成了大构件整体形貌测量。实验结果表明:该系统的点云密度为50点/mm^2,整体测量精度可达0.22 mm。

面向先进装备制造业的室内空间测量定位系统

在以航天航空、造船为代表的大型装备制造业中,精密测量技术是产品质量的重要保证,目前以激光跟踪仪为代表的传统单站式测量系统已无法适应如今超大空间与高效率的测量要求。作为分布式测量系统,室内空间测量定位系统因其扩展性好、可并行测量等优势,已被广泛应用于先进装备制造业。本文详细阐述了室内空间测量定位系统的基本传感机理,梳理总结了整套系统的关键技术,并介绍了室内空间测量定位系统的相关工业应用。