激光跟踪仪在重型车床几何精度检测中的应用

为了对重型车床装配中相关各几何精度进行快速准确的测量,提出了一种基于激光跟踪仪的多基点分时测量方法。该方法建立了一种新基准,即在主轴与尾座两顶尖之间建立虚轴,以此虚轴为基准来调节导轨及其他部件的精度,从而实现车床各几何精度的快速准确测量。该基准是在基于激光跟踪仪的多基点分时测量方法的基础上,采用圆柱拟合算法得到两轴心线,将两轴心线调节到同轴而实现的。针对激光跟踪仪无法对挡光部位进行测量的问题,专门设计了轴心线辅助测量装置,以解决挡光的问题。对多基点分时测量方法的仿真及实验结果表明,采用该方法测量重型车床的几何精度,只需要一台激光跟踪仪,且测量一台重型车床的几何精度大约只需要4h,因此大大提高了测量效率。     

基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测系统

研究了基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测方法,集成激光跟踪仪、轨检小车(位移传感器和倾角传感器)、靶球及靶球支座等硬件设备,开发了轨道静态平顺性检测系统软件,建立了基于激光跟踪仪的轨道静态平顺性检测系统(TDS).在上海地铁13号线某区间,利用TDS进行了轨道静态平顺性检测试验,并采用SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪进行了对比测量.TDS测量系统轨道检测数据结果与SGJ-T-CEC-Ⅰ型客运专线轨道几何状态测量仪测量结果基本一致,验证了TDS测量系统可行性.     

应用激光跟踪仪的数控机床几何精度检测

为了对数控机床几何精度进行快速、高精度检测,提出了一种基于激光跟踪仪的多站分时测量方法.该方法通过一台激光跟踪仪先后在不同的基站位置对机床相同的三维空间进给运动轨迹进行了测量,利用测量得到的大量测量点到不同基点的距离变化量建立了超定方程组.采用最小二乘法对方程组求解,准确标定出机床运动过程中各测量点的坐标,然后分离出机床的各项几何误差.通过对多站分时测量的原理分析,给出了多站分时测量方法的具体算法,并对该方法的测量误差进行了分析.仿真和实验结果表明,多站分时测量方法是可行的,该方法具有快速、精度高等优点,适合中高档数控机床几何精度的检测.     

现场大尺寸测量量值溯源

为了评价大尺寸测量量值的准确性,需要建立大尺寸测量的量值溯源体系．针对研究的大尺寸配对视觉测量网的溯源难题,以激光跟踪仪作为高精度标准仪器,利用四元数空间配准算法将所有视觉传感器测量值统一到激光跟踪仪坐标系下,对其测量值现场原位溯源,并通过空间性能评价实验对激光跟踪仪溯源．实验表明,激光跟踪仪的不确定度为10μm＋0.8μm／m,配对式视觉测量网的不确定度优于0．2mm．应用本文的方法可现场快速对多数大尺寸测量仪器溯源。研制的配对式视觉测量网络满足多数大尺寸测量任务．     

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.     

激光跟踪仪在火箭撬滑轨轨道安装中的应用

火箭撬试验滑轨是一种大型地面动态模拟试验设备,火箭撬试验对滑轨的直线精度要求达到一百万分之一,因此对火箭撬滑轨的安装调试提出了极高的要求。传统的全站仪及电子水准仪很难满足火箭撬滑轨对安装测量的精度要求,而激光跟踪仪的快速发展为高精度的直线测量提供了条件。本文运用激光跟踪仪对我国新建长达9 km的某火箭撬滑轨的轨道安装进行测量调试,现场试验表明激光跟踪仪完全满足对轨道安装的精度要求,对以后拓宽激光跟踪仪在工程领域的应用奠定基础。     

喷印机器人工具坐标系标定

提出一种利用激光跟踪仪标定机器人工具坐标系的方法。利用激光跟踪仪确定机器人的基坐标系,将机器人基坐标系与激光跟踪仪的测量坐标系统一。通过机器人运动学方程获得机器人末端连杆坐标系相对基坐标系的变换关系,利用激光跟踪仪测量拟合得到机器人工具坐标系,利用坐标变换初步确定机器人工具参数。通过机器人单轴旋转运动对工具坐标系原点进行修正,最终确定工具参数。最后通过机器人重定位运动对误差进行计算。实验结果表明,修正后x,y,z坐标的RMS(root mean square,均方根)误差分别为0.127 1,0.141 3和0.117 4mm,精度是修正前的2.5倍。     

大射电望远镜馈源精调试验平台的标定

为提高大射电望远镜馈源精调试验平台的定位精度,提出基于激光跟踪仪测量的标定方法.激光跟踪仪可间接测量出平台的空间6自由度位姿.为保证参数辨识性能,在腿长输入空间内选择测量位形.进行了仿真研究和实际试验,并检验了误差补偿后的实际精度效果.采用较少的测量数据时,精度仍有明显的改善效果.通过标定,试验平台定位精度大约提高到0.2mm,满足了大射电望远镜馈源精调的定位要求.试验结果证明基于激光跟踪仪测量标定大射电望远镜馈源精调平台是可行的.     

工程测量中新型测量仪器的使用探讨

对工程测量领域中的新型测量仪器,如超站仪、激光跟踪仪、手持式激光测距仪和投点仪等的使用进行了探讨。     

数控机床几何误差源的快速辨识方法

针对数控机床几何误差源的辨识问题,研究了基于球杆仪测量信息的机床几何误差源快速辨识方法.采用多项式模型描述机床几何误差源,建立了几何误差源与球杆仪杆长误差之间的线性映射模型.提出一种球杆仪空间误差检测轨迹,该测量轨迹使得球杆仪仅需一次安装即可实现大范围的空间测量.基于该轨迹上的误差测量数据,利用岭回归方法辨识出机床几何误差源全集.仿真与实验结果均验证了所提辨识方法的准确性与有效性,基于激光干涉仪测量方法的验证实验表明,球杆仪辨识结果与激光干涉仪测量结果的偏差在2.3,μm以下.     

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.     

针对射频相对测量敏感器的快速标定方法

在卫星编队飞行系统中,射频（radio frequency,RF）相对测量敏感器能够完成两颗卫星的相对位置和姿态的测量,为了验证其测量精度,提出了一种基于激光跟踪仪的快速标定方法.在标定过程中,针对拟合坐标原点和坐标轴产生误差较大的问题,提出了一种基于最小二乘拟合球体和圆的方法,分别确定坐标系的原点和坐标轴;利用坐标系间的固有关系设计了相对坐标系的快速转换方法.在飞行器模拟平台进行验证,实验结果表明,拟合坐标系原点均方根误差为0.120 764 mm,拟合坐标轴轴向的均方根误差为0.157 138 mm,坐标系转换误差的范围为0.30~0.75 mm,能够满足敏感器毫米级定位精度的标定要求.      

组合测量设备不确定度的实验研究

为了弥补传统组合式测量系统仅通过仪器的机械组合与测量数据的融合来扩大测量范围、从而提高测量精度的不足,通过分析典型近端与远端测量设备——七关节测量臂与激光跟踪仪的测量模型,提取影响测量不确定度的关键参数,进而基于静态单点重复测量实验,综合评定了各关键参数对测量不确定度分布规律的影响趋势.实验结果表明:测量臂腰部支撑关节1的精度(小于0.04 mm)明显高于其他关节,因此对终端测量不确定度的影响较小;关节7对测量不确定度的影响最小(小于0.03 mm),而其余各关节转角的增大对测量不确定度的影响均有增大的趋势,其中铰链关节的增幅明显大于转动关节,且越靠近基座端的关节转角变化对不确定度的影响越大;激光跟踪仪水平、竖直方位角对不确定度的影响对称分布于90°两侧,且随测量极径的增大呈上升趋势.     

一种基于天体运动学的星敏感器精度测量方法

星敏感器是目前应用在航天飞行器中精度最高的姿态测量器件,因此其精度的标定显得尤为重要。该文提出了一种基于天体运动学规律的星敏感器精度测量方法,利用地球自转的精密性,将星敏感器与地球固连,对天顶邻域拍摄星图。同时将存储在星敏感器内的导航星表由J2000.0坐标系在考虑恒星自行、岁差、章动及地球自转影响后变换到地固坐标系,经过星点提取、星图识别和姿态解算,得到星敏感器俯仰、偏航和滚转三轴在地固坐标系中的变化,根据统计规律得出星敏感器的指向精度和滚转精度。该测量方法方便易实施,可以避免传统测试方法操作复杂、需要精密转台和星模拟器的困扰,测量精度满足星敏感器要求,具有准确性和真实性。     

基于激光跟踪仪的机器人运动学参数标定方法

工业机器人的连杆参数误差是影响其绝对定位精度的最主要因素，为改善机器人的绝对定位精度，借助了高精度且可以实现绝对坐标测量的先进测量仪器——激光跟踪仪，以及功能强大的CAM2 Measure 4．0配套软件，从机器人自身的运动约束出发，构建起实际的D—H模型坐标系，进而对运动学参数进行了修正，获得了关节变量与末端法兰盘中心位置在基坐标系下的准确映射关系．结果表明，标定后的平均误差及均方根误差均改善了40％以上，且该方法易于实现，通用性强，能明显改善精度．     

Brightness Independent 4-Star Matching Algorithm for Lost-in-Space 3-Axis Attitude Acquisition

Introduction Star referencing gives the highest accuracy for space- craft attitude determination. Such instruments are known as star trackers or star sensors[1]. The fourth generation star trackers, charge-coupled device (CCD)- based autonomous star track…