圆结构光传感器标定方法

研究用于管件内表面三维测量的圆结构光传感器标定方法. 圆结构光传感器由激光发生器、反射锥镜和CCD相机组成,激光器发射的光经锥镜反射后与被测表面相交,通过分析传感器的成像几何关系,提出了一种快速的、采用多个圆环的标定方法,通过标定确定光曲面的关键参数. 采用标定后的圆结构光传感器对已知直径的圆环进行测量,直径测量误差为±0.2mm. 该标定方法实现简单,满足现场标定的要求,同时能够保证一定的精度.     

一种高精度多传感器融合测距系统

通过测距系统计算机器人运动路径是机器人壁障、路径规划以及协作编队关键技术之一。根据移动机器人工作环境地形复杂、光线差等特点,采用高精度激光传感器和超声波传感器协同测距,以ARM9为核心设计了软硬件,在此基础上,研究了自适应加权平均数据融合算法,并分析了各传感器的误差和方差。经实验统计,多传感器融合比单一传感器测量精度平均提高了47%,测量误差减小到0.5 cm以内,表明本系统提高了测量精度和可靠性。     

一种光纤组量程扩增的激光频率扫描干涉绝对测距系统

为解决激光频率扫描干涉(FSI)测距系统随着目标距离增大测量精度下降的问题,提出了一种利用光纤组量程扩增技术实现大尺寸绝对测距的精度补偿方法。采用参考光路光程可变递增的方法,建立了光纤组量程扩增的激光频率扫描干涉绝对测距系统,通过FSI原理实现了量程扩增部分光程差的自标定。对应不同测量目标,通过粗测和精确测量,实现了系统原点自标定、光纤通道切换和目标值的精确测量。实验结果表明,在测量距离大于3 000mm后,光纤组量程扩增测距系统具有更高的绝对距离测量重复精度,在6 700mm目标位置的绝对距离重复精度比FSI测距系统的重复精度提高了2.4μm,并且在大尺寸测量方面更具有一定的优势。     

惯性测量单元全自动简易标定台设计

针对传统惯性器件标定台价格昂贵且体积庞大的问题,该文提出了一种全自动简易标定平台.以传统“三轴嵌套”模式为基础,设计了标定台的机械结构;考虑惯性传感器中的误差因素,建立了相应的线性误差模型,通过拟合载体坐标系下的输出和IMU传感器的输出获取误差参数,得到IMU在载体坐标系下的输出;以MPU9250芯片为基础,根据六位置标定法,得出芯片中陀螺仪与加速度计的标定结果.将标定后的MPU9250与高精度的MTI-300进行了对比分析,并结合人体行走定位实验,检验了标定效果.结果表明：该文设计的简易标定台能够有效提高IMU的测量精度,与商用系统相比整个系统欧拉角测量误差均方根降低至3.5以下.     

一种高精度超声波测距仪的设计与实现

在传统超声波测距基础上,结合硬件和软件两方面的控制,提出一种高精度超声波测距系统。在超声波发射部分创新性的使用MAX232芯片,缩小盲区;在信号放大部分添加时间增益补偿(TGC)电路,有效地解决远距离回波信号过于微弱而导致系统测量量程减小的难题;在接收部分采用双电压比较器整形电路并结合软件设计纠正回波前沿的方法来提高测量精度。同时在硬件上增加温湿度传感器SHT11,采取声速预置和媒质温度测量相结合的办法对声速进行修正,实现实时声速测量的功能,以降低声速变化对测量的影响。实验表明,该测距仪的设计能够实现减小盲区,增大量程（2cm-4m）,量程范围内误差控制在6mm以内的高精度测距要求。     

双目视觉变焦测距技术

双目视觉测距是根据视差原理,将三维空间求深度信息的问题转化成二维空间求视差.提出一种改进的变焦测距方案,使得传统双目视觉测距系统的测量范围得到更好的延展性,测量精度有了更好的自适应性.提出测距系统的“灵敏度”定义,它是决定系统有效量程和测量精度的重要指标.根据灵敏度函数的具体标定,提出自适应的变焦测距策略,在实际的测量应用测试中已收到较好的效果.     

线结构光扫描测头误差分析与补偿方法

针对线结构光扫描测头多项式拟合测量模型的系统误差问题,提出了一套用于该测头系统误差提取与补偿的方法.该方法通过在不同高度测量固定直线来提取不同景深位置的测量误差,并从中分离出测头在不同测量高度存在的系统误差,同时进行高度方向上的误差补偿.然后,利用标定结果以及高度方向的误差补偿点阵,将由标定成像网格点阵计算得到的空间点阵与实际标定空间网格点阵进行对比,进一步提取高度误差补偿后的测量结果存在的误差值,从而进行二次补偿与修正.实验表明,该方法可以有效扩大测量景深(达到150 mm),并且在采用步进电机开环驱动的普通机械精度工作台(单轴定位精度为15 μm)上测量时,能够保证在较大景深范围内具有较好的测量精度(±50 μm).     

最小二乘支持向量机在多层金属膜厚度检测中的应用

利用多频激励的单一电涡流传感器对工件表面两层金属膜厚度及传感器探头与被测工件之间间隙进行检测,采用多项式拟合法及最小二乘支持向量机技术对系统分别建模.实验结果表明,采用多项式拟合建立的预测模型可以使得传感器的最大位移灵敏度系数由1.03mm-1下降至0.27mm-1,对系统性能有一定的改善;采用最小二乘支持向量机技术建立的预测模型可以使传感器的最大位移灵敏度系数趋于零.传感器测量间隙对铝膜厚度及铜膜厚度测量的交叉敏感得到了有效的抑制,从而提高了系统模型的预测精度.因此采用最小二乘支持向量机建立的回归模型具有较好的预测能力及分析优势.     

基于曲率的自适应曲面数控磨削

利用等包络迹高度控制砂轮行走路径,实现了曲面的自适应数控成型磨削,以提高曲面的磨削效率.首先,根据曲面曲率建立自适应数控成型磨削的数控模式,然后,在比较等间距行走的数控磨削方式的基础上分析曲面曲率不同的成型磨削特征,最后,进行数控成型磨削试验和检测加工曲面的成形误差,验证该自适应数控成型磨削方法的有效性.分析结果表明,利用移动磨削点的包络成型磨削可以减小砂轮磨损对加工精度的影响.此外,等包络迹高度行走的数控磨削可以根据曲面曲率调节行走路经的间距,实现自适应磨削加工,提高曲面的加工效率,而且在加工曲率较大且提高加工精度时可以较大幅度地减少砂轮行走步数.试验结果表明,当等包络迹高度小至1μm时可以形成光顺的加工曲面,在100mm×40mm范围内形状误差PV值可以达到0.285mm.     

大视场多视觉传感器测量系统的全局标定方法

研究了姿态测量系统中多视觉传感器在大视场条件下的标定技术.提出了一种基于激光跟踪仪的多视觉测量系统的全局标定法.利用激光跟踪仪在现场构建系统总体坐标系.通过对测量系统中的屏幕扫描拟合基准面作为标定板,然后在其表面设置标定点,并精确测定共面标定点位置.针对一阶径向畸变的摄像机模型,分步标定各参数,且全部采用线性方法求解,避免了非线性优化中的不稳定性.通过坐标反求的方法应用贝塞尔公式计算标准差.实验结果表明,在8000mm×6000mm范围内可以得到0.47mm的测量精度.可以满足多视觉测量系统的总体测量精度要求.     

应用称重传感器测量倾角的方法

提出了将称重传感器用于倾角测量的方法,并通过实验加以验证.实验结果及计算结果与文中理论分析基本吻合,说明用称重传感器进行倾角测量在理论上是正确的.该方法存在一定的测量误差,但误差分布规律性较强,适合应用误差补偿方法以减小实际测量误差.经过补偿,使称重传感器测量倾角的实际误差减小了约99%,达到了较高的测量精度,完全可以满足工程实际倾角测量的精度要求.     

机器人曲面磨削轨迹的曲率自适应规划算法研究

机器人在曲面类零件加工中应用日趋广泛,针对自由曲面轨迹规划困难、工件表面粗糙度均匀性难以控制等问题,提出一种能适应曲面曲率变化的机器人曲面磨削轨迹规划方法.基于赫兹理论分析机器人磨具与工件表面的接触应力变化,通过求解材料去除模型计算出曲率影响下的相邻磨削轨迹行距,得到了曲率自适应的磨削轨迹;然后通过恒等弦高误差算法求解...     

三维姿态测量系统的安装误差

研究了倾角仪相对于电荷耦合器件的倾斜安装误差的标定方法和补偿技术.运用旋转矩阵描述了传感器之间的相对位置关系,并由此定义了3个安装误差参数,通过旋转矩阵的复合变换推导了测角系统因倾斜安装倾角仪而造成的测量误差的表达式,采用蒙特卡罗方法分别分析了3个安装误差参数对系统测量误差的影响,最后给出了3个安装误差参数的标定方法并进行了基于高精度三轴转台的安装误差补偿实验.实验证明所提方法有效地减小了倾角仪的倾斜安装误差对角度测量的影响,使系统获得了更高的测量精度.     

基于伪码测距的弹射试验测试系统

提出了一套基于伪码测距的弹射试验测试系统设计方案.将GPS定位和精密授时与伪码测距相结合用于弹射试验的测试,在保证测试精度前提下,提高了数据更新率,适应了弹射试验高动态测试的要求.机载测站与地面多个基站构成测试数据链路,采用伪码测距获取原始数据,测试系统的时标和空间参考坐标由基站的GPS模块进行自动标定.事后解算处理获得定位数据.测距定位的精度受测试系统几何布局的影响,详细分析了在伪码测距误差既定的情况下,测试基站的布局对测试定位精度的影响,对测场范围内的测量误差分布进行了仿真计算,并根据误差分布给出了合理的测试基站布局.     

非结构环境下超声波传感器探测原理及其误差分析

针对机器人非结构工作环境,提出了一种基于超声波传感器的探测方法.建立了探测系统的结构模型,阐述了系统的工作原理,研究了测量误差产生的原因.超声波传感器在测量过程中是运动的,存在由运动引起的动态测量误差.此外,测量误差还包括环境温度引起的超声波传输误差和超声波传感器开角引起的误差,它们的综合作用构成了探测系统的综合误差.研究了综合误差与系统的运动参数和结构参数之间的关系,给出了补偿综合误差的方法,为提高系统的探测精度提供了理论依据.仿真结果验证了基于超声波传感器的非结构环境探测误差补偿的必要性.     

被测表面特征对激光测头特性的影响

提出了基于坐标测量机,激光三角法测头,测头回转体的自由曲面非接触扫描测量方法,其中激光测头的输出值受被测表面的粗糙度,曲率以及颜色等特征的影响,存在相应的误差,为了减少这些误差,对其影响规律进行了实验研究,结果表明,表明粗糙度值太低,测头不能完成测量,原因是表面存在较强的镜面反射光,曲率越大,测量误差越大,因为光斑区域内的表面平均高度变化加大,颜色越深,测量误差越大,因为漫反射光信号过弱所致。     

基于在机测量的复杂曲面侧铣加工误差补偿研究

叶片类薄壁零件的加工误差测量与补偿,一直以来都是其精密加工的关键和难点。为了提高复杂曲面零件的加工效率与加工精度,采用基于在机测量的复杂曲面侧铣加工误差补偿方法。在复杂曲面零件侧铣加工后,测量并分析实际测点与设计曲面采样点间的误差。通过调整加工刀位实现复杂曲面侧铣加工的误差补偿。以一个叶片的侧铣加工与误差测量为实例,经侧铣加工、在线检测、误差分析、侧铣加工刀位调整、再加工测量等环节,通过实例零件的加工误差在机检测与调整刀位后的误差实验结果的比较,实例零件的加工精度有较大提高,验证了上述方法的有效性。     

回转曲面面积图像检测光学系统的误差分析

论述了影响回转曲面面积图像检测系统的误差源，从照明系统、CCD摄像系统及摄像系统的标定分析了光学系统对测量误差的作用，在此基础上就光学系统硬件和图像处理算法两方面提出了改进和提高系统测量精度的措施。     

等间距平行线辅助机器视觉实现工件尺寸测量

针对工业柔性密封圈形变造成内外圆尺寸发生改变和传统成像系统畸变造成图像边缘轮廓失真,从而直接影响轮廓测量精度的问题,提出一种基于等间距平行线工件尺寸测量算法.首先对工件区域进行轮廓跟踪,求出区域的边界像素点序列;其次,绘制一组水平或垂直方向等间距平行线,对工件轮廓进行拟合;最后,根据圆的计算公式求解出曲面轮廓的尺寸参数值,从而减少畸变造成的测量误差.通过对密封圈内外轮廓尺寸精度和断面精度对工件测量影响的分析,结果表明:基于等间距平行线工件尺寸测量算法对柔性圈内外径最小误差分别为0.5％和0.9％,横断面最小误差为1.6％.     

低温共烧陶瓷激光测厚系统设计与误差分析

基于提升低温共烧陶瓷（LTCC）厚度的检测精度、测量效率和可溯源性的需求,设计了一套LTCC激光测厚系统。针对测量精度难以满足需求的问题,对存在误差进行分析,采用厚度测量用调整夹具消除同轴度误差和线性度误差,优化设计结构降低倾角误差,循环传感器标定消除重复度误差,通过数据优化和滤波处理降低机械振动误差,提高了系统测量精度。与实际产品厚度数据对比,最终精度误差≤5?,符合产品的应用要求,具有广阔的应用市场。