一种关节式坐标测量机的建模及其标定

为了研究7轴关节式坐标测量机的测量模型及其标定技术,根据DH模型(Denavit-Hartenberg notation)对7轴关节式坐标测量机进行了建模,并对参数个数和含义进行了深入研究.通过仿真发现7轴关节式坐标测量机直接标定时不能有效辨识某些参数的特殊问题.为解决该问题,设计了弯杆测头对测量机的整机参数进行标定.最后,将测量机测头换回直杆测头进行测头校准,获得更换测头后的测头参数.实验表明该方法能够有效地辨识出测量机整机的参数,能有效保证测量机的精度,这也证明了给出的测量模型的正确性.     

微型五坐标测量机激光测头安装误差的标定

针对非接触式五坐标测量机激光测头安装位置误差较大且不易调整的缺点,建立了该五坐标测量机激光测头安装误差的数学模型.选取激光测头的不同姿态,通过测量实物基准的空间位置,给出了误差模型待标定参数的无约束最优化目标函数的外点法惩罚函数.通过计算个体之间的欧氏距离,剔除掉那些相似的个体,从而有效地避免了遗传算法易早熟的问题,完成了对误差模型的求解.实验结果表明,所建立的激光测头安装误差模型不仅适用于扫描测头,而且对触发测头也同样适用,可把该机的空间测量精度从(11.82+L/1 000)μm提高到(1.96+L/1 000)μm.     

回转曲面测量技术

针对回转体曲面，提出了一种利用三坐标测量机和回转工件台，在工件连续转动过程中，让测头沿母线运动，在圆柱坐标系中进行测量的方法．该方法具有测头的运动简单、安全、可靠性高、效率高等优点．论述了其工作原理、圆柱坐标的提取以及一些关键技术，包括测头系统的作用半径标定、转台回转轴线位置确定、被测零件的自动定心技术等．研制了由三坐标测量机、回转工件台、测头回转体和非接触激光三角法测头组成的实验系统，对易碎石膏零件进行测量，精度可以达到0．02mm．     

多功能测头光学系统设计

提出了一种用于三坐标测量机的新型多功能测头,介绍了多功能测头光学系统的设计思路,分析了光路中光学元件的作用,计算了光学元件主要参数,并进行了多功能测头的实验验证。大量实验结果表明,该测头经过标定,激光跟踪瞄准重复性测量的不确定度在±1μm以内,激光跟踪瞄准被测曲面倾角可以达到30°,能满足三坐标测量机的使用要求,同时也可以用于其它测长仪器对自由曲面进行快速精确的瞄准以及对零件轮廓的图象法测量。     

测量强反射表面的测头研究

针对金属表面强反射光影响光学非接触测量问题，基于视觉测量技术，利用金属表面反射光偏振特性以及三角法测头工作原理，设计了能测量金属强反射表面的测头，并分析了其结构参数．在已有的标定技术基础上，利用三坐标测量机，进一步研究了标定技术，在此基础上进行了实验研究，结果表明本系统具有很高的实用价值．     

非正交坐标测量机下REVO测头参数及误差标定

针对基于正交式坐标测量机设计和应用的REVO五轴测量系统,在非正交式坐标测量机下应用不能实现自标定的问题,基于对称和反转原理,提出了测头参数和误差项的一系列单项标定方法,通过测量机单轴小范围辅助运动测量量块,实现了非正交坐标测量机下REVO测头的参数和误差标定,避免了大范围运动测量机主轴所产生的运动误差给标定结果带来的影响.通过实验验证了所提出标定方法的精确性和有效性,经过标定和误差补偿后,平均测量误差从18.1μm降低到了0.8μm.实验结果表明:所提出的方法操作简便,精确度高,具有很好的溯源性.     

齐次坐标变换的测量机误差修正模型

为提高结晶器坐标测量机的测量精度,运用齐次坐标变换矩阵,建立测量机测头中心相对于底座参考坐标系的测量模型,并进行误差修正。实验结果表明,该测量模型可以综合修正21项几何误差,使测量机测量精度提高30%~40%。该研究以误差补偿来提高测量精度,使测量精度由注重零部件的制造转向系统稳定性的高精度检测。     

基于激光跟踪仪的关节式坐标测量机参数标定

给出了一种6自由度(degree of freedom,DOF)关节式坐标测量机的总体结构设计,运用Denavit-Hartenberg(D-H)方法建立了该测量机的测量方程,并研究了测量机的误差模型,基于激光跟踪仪建立了基于空间坐标变换原理的测量机参数标定模型.对关节式坐标测量机标定前后的测量精度进行了实验验证,实验结果证明高精度激光跟踪仪可实现对关节式坐标测量机的快速标定.     

三坐标测量机测头的校正方法和误差分析

三坐标测量机的测头是坐标测量机的关键部件,主要用来触测工件表面。为确保测量机的测量精度和测量效率,现通过对三坐标测量机测量系统接触式测头结构特点的分析,并对测头校正时所产生的误差进行分析探讨,提出了测头直径有效的校正和使用方法,从而获得最佳的有效工作长度和测针刚性,提高了测量精度。     

集成测量系统中摄像机的标定方法

针对三坐标测量机(coordinate measure machine,CMM)与计算机视觉集成测量系统中摄像机的标定提出了一种简单、快速的标定方法.该方法把制作精度、定位精度高,运动范围广的CMM测头作为标定物,采用两步法对摄像机进行标定.标定过程中控制测头运动到指定位置,采集测头图像,用图像处理技术实现测头中心亚像素级定位,实现空间点和图像点的对应.标定方法简单,无需制作标定物,避免了标定物制作误差和角点定位误差的影响,可任意增加标定点的个数、指定标定点的位置.     

非接触光学测头在金属强反射表面测量中的应用

强反射表面的高精度金属件和光学件的表面轮廓测量，是形貌检测领域的一个难点．文中提出了一种用于逆向工程领域的自由曲面非接触测量系统，其由三坐标测量机和主动式双目视觉形貌测头组成．通过摄像机标定了视觉测头，利用光学偏振技术消除了金属表面强反射光对测量的干扰．对扫描路径进行了规划，并根据金属表面加工纹理方向，选择采样策略．通过对量块表面的测量，验证了使用非接触方法测量金属强反射表面的可行性．研制测头的精度达到了0．05mm．     

用X型热膜探针测量塔板液相三维流场

针对热膜流速仪元件的工作原理提出了通过平面旋转测量液体三维流速的新方法，并测量了大型精馏塔板液相单相三维流场，为计算流体力学对塔板模拟提供了实验验证，测量结果发现在塔板的回流区，出口堰和塔壁附近流速的垂直分量不可忽略，测量结果与用Star-CD软件在SGI公司Origin200server工作站计算结果表明，该实验测试手段是成功的。     

基于改进遗传算法的三坐标测量机光学测头的标定

针对三坐标测量机上安装激光测头时机械调整误差大以及传统补偿算法鲁棒性差的缺点，提出了三坐标测量机非接触扫描测量时PH10回转体上光学测头安装姿势误差的补偿方法，建立了安装姿势误差的数学模型，通过对标准球球心的最小二乘拟合，给出了误差模型待标定参数的无约束最优化目标函数的惩罚函数形式，提出了一种改进的遗传算法，在并行组合模拟退火算法中采用了改进的多点交叉算子和自适应变异算子，同时使用了两次最优保存策略，通过仿真实验证明了算法求解的精确性．     

基于微力测量的微纳米测头系统设计及优化

针对国内外研制的微纳米测头测量时无法实时测量测力的大小和方向,无法实时修正不同方向和大小的测力、不同长度测杆受力变形等引起的测量误差的缺点,研制了一种基于六维微力测量原理的自修正微纳米测头系统,可以实时测量测力的大小和方向,进而获得测头位移和变形量的大小和方向,计算出由于测球测杆受力变形引起的测量误差,通过误差修正模型进行实时自修正,提高测头的测量精度。为了实现测头级的测量灵敏度,应用ANSYS软件和正交试验方法进行结构优化设计,确定测头的基本几何尺寸和测头弹性体上测量不同方向测力的最佳测量区域,为后续的测头加工提供理论基础。最终的分析结果证明了测头x和y方向的测量灵敏度可以达到25.5μεz,方向的测量灵敏度可以达到11.7με。     

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。     

机头波纹度对全静压探头测孔压强的影响

准确掌握飞机机头波纹度对全静压探头周围绕流及测孔压强的影响规律,对于提高飞机高度测量系统自身精度及其误差分析具有重要意义。论文采用计算流体力学方法,开展了机头波纹度对全静压探头测孔压强的影响规律研究。针对单独探头构型,进行了数值模拟方法的验证。针对单独机头构型,研究了波纹度对探头预安装位置附近的空间区域压强的影响规律。针对探头与理论机头和波纹度机头的组合构型,研究了波纹度对全静压探头绕流及测孔处压强的影响规律。结果表明：文中数值模拟方法能够满足机头全静压探头流场的数值模拟要求;波纹度对探头测孔处压强系数的影响变化量随着马赫数增加而增加;当马赫数固定时,波纹度的影响在第一组测压孔处随迎角增大而减弱,而在第二组测压孔处随迎角增大先增加再减弱。     

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.     

旋风分离器内流场的测试技术

介绍了热线风速仪和五孔球探针测定旋风分离器三维流场的原理和方法。研究表明,用五孔球探针可以测定旋风分离器的切向与轴向平均速度,但径向平均速度的测量精度不高。用单斜丝探针旋转法可以精确地测定旋风分离器内三维平均速度分布,而用普通平探针能较准确地测定出切向与轴向平均速度,并可定性地测出流度及脉动速度沿径向的分布。文中还介绍了热线探针的校正方法。