非接触式路面构造深度量值溯源技术

为了实现非接触式构造深度量值溯源,提升路面构造深度测量结果准确性及路面抗滑性能评价可靠性,采用高精度激光测距传感器作为主标准器,利用相对运动原理,从理论分析了用静态测量代替动态测量的科学合理性,克服了构造深度测量对象无法复制的难题。并在此基础上,从分析硬件组成和论述关键技术问题两方面,提出了一套由构造深度标准盘、高精度激光传感器和位移驱动及速度匹配装置3个核心部件组成的硬件装置,并通过实测数据评价了其不确定度。分析结果表明:应用提出的方法,复现量值的不确定度为0.3%,对激光构造深度仪进行了检验后,检测试验道路构造的深度为0.93mm,与应用铺砂法的测量结果一致。提出的方法为提高路面抗滑性能的可靠性评价提供了有效途径。     

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.     

激光跟踪仪在轴键槽对称度测量上的应用

轴类键槽对称度的测量一直是机加工质量控制的一个重点,也是难点。无论是使用传统方式在检验平台上测量,还是在数控机床（或三坐标测量机）上测量,都需要耗费大量时间,尤其是大直径大尺寸的轴类。激光跟踪仪由于具有测量精度高、效率高、能实时快速测量、且安装方便、容易操作等特点,已经成为实现大型工件更快速更精确在线检测的重要工具。通过实例着重探讨如何使用激光跟踪仪快速准确地完成轴键槽对称度的测量。     

导轨精度检测方法

提出一种运用激光跟踪仪检测某发射架导轨精度的方法。该方法在分析激光跟踪仪的测量原理基础上,应用激光跟踪仪实现对垂直发射架导轨的检测,给出了详细的检测步骤,最后进行测量不确定度的评定,验证了该方法的有效性和可行性。     

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.     

石油机械大尺寸零件精密测量装置研究

研究了一种可用于工业现场进行大尺寸零件精密测量的装置。该装置以有高稳定性和强抗干扰能力(室外时频率稳定性可达10^-7)的双纵模热稳频He—Ne 激光器为光源,其拍频频率约为790MHz ,拍频波长λ约380mm,拍频波长为测量基准;以拍频波节点为对准标志, 最邻近节点到被测点的尾数间距x₁,x₂用组合于同一光路中的分系统激光干涉仪测量,分辨率为0.08μm的方法来进行大尺寸L的测量 。测试表明,此装置具有很好的环境适应性和同类仪器中最高的频差稳定度。整个测量系统可在0～20m 范围内工作,测量不确定度优于±30μm/ 10m 。对石油机械大尺寸零件测量的环境性和高精度性研究具有重要意义。     

简析不确定度在盐酸标准溶液标定中的应用

由于测量误差的存在，对被测量值存在不能肯定的程度，因此不可避免的存在不确定度。不确定度是测量结果质量的指标。它的大小反映出测量结果的信赖程度.不确定度在化学分析中也非常重要，它是计量校准，计量检定和量值溯源的依据，没有不确定度说明的测量结果是没有意义的。     

非正交轴系激光全站仪坐标测量技术

针对大尺寸空间坐标测量应用,提出了一种基于非正交轴系架构的新型坐标测量系统解决方案.该测量系统由两个一维旋转台和一个激光测距仪组成,功能上与传统全站仪相同,但结构上却无传统三轴系的正交要求.相对传统全站仪而言,新的非正交轴系激光全站仪明显降低了在仪器设计、材料选择、制造加工以及装配维护等方面的要求.进一步,研究了非正交轴系全站仪架构组成,推导了其数学模型,并进行了误差分析.最后,基于卓立汉光RAK100型转台和LeicaDISTOD110激光测距模块构建了非正交轴系激光全站仪,并与激光跟踪仪进行了对比测量实验验证.实验结果表明,在12,m测量距离内,该新型测量系统可以实现毫米级的测量精度,满足了诸如桥梁、隧道、建筑等大尺寸空间、对象的测量应用需求.     

零件加工误差与机床几何误差映射关系建模

针对机床几何误差与零件误差映射关系建模方法并未考虑刀具在加工过程中各个点位的位置偏差与姿态偏差的问题,以三轴机床为研究对象,首先利用多体系统运动学理论,建立机床刀尖点误差与刀轴矢量误差模型。然后利用单基站激光跟踪仪多次测量的方法,结合误差分离算法,辨识得到了机床的21项几何误差项,并对18项与位置有关的误差项进行拟合,构建了完整的典型三轴机床工作空间误差场。最后以凸台宽度、平面度、孔轴线位置度等典型特征,结合加工轨迹,建立起机床几何误差与尺寸误差、形状误差和位置误差的映射关系,并进行了相应的实验验证。实验结果表明:凸台宽度误差与机床刀尖点在该处的几何误差有关,11个点位的凸台宽度误差测量值与计算值相差在5μm以内;"之"字型铣削平面度误差分析要先进行刀具轨迹离散化,然后将刀具圆周离散化,计算刀具圆周含有误差的点,通过点位筛选原则,选择真正属于加工表面的点,对这些点利用最小二乘法计算平面度,平面度误差计算值与测量值相差2μm以内;孔轴线位置度误差分析要考虑钻孔过程中不同位置处刀尖点误差与刀轴姿态误差,以二者为基础构建孔轴线方程,通过代入检测平面的高度以获取相应高度处圆心偏差,孔轴线位置度误差计算值与测量值相差5μm以内。     

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。     

大型复杂结构件几何参量在线精密测量系统搭建及工程应用

针对大型复杂结构件几何参量在线精密测量的技术难题，本文开展了基于多轴联动激光扫描和结构光三目视觉摄影的尺寸测量技术研究；通过结构方案设计、算法研究、软件开发及系统搭建，研制了针对不同测量对象的多套非接触式几何尺寸测量系统.测试校准结果表明，激光扫描测量系统在15 m距离的测量不确定度为2.656 mm,结构光三目视觉测量系统在7 m距离的测量结果不确定度为1.552 mm,均满足大型结构件的测量范围及精度要求.在此基础上，本文采用两种类型的测量系统同时对生产现场大型热态锻件外圆直径参数进行在线测量，重复测量误差均小于±4 mm,测量结果表现出良好的一致性.研究结果为大型结构件表面和内部几何尺寸的高精度在线测量提供了有效的技术方法和装备.     

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.     

基于双目便携式三维扫描技术 的小工件测量

在小工件测量上,传统的接触式测量方法测量速度慢、效率低,而非接触式测量方法中双目视觉测量法和线结构光法都存在一定的缺陷。采用双目视觉测量与线结构光法相结合的方法,对小工件进行了测量。利用两个CCD摄像头和一个激光发射器构成了一个双目视觉测量系统和两个完全对称的线结构光测量系统,通过双目视觉测量系统测量标志点空间坐标;并基于标志点位置的不变性匹配系统不同位姿,用线结构光法获得激光线上的点在当前世界坐标系下的三维坐标;并匹配到基准坐标系中,从而得到工件表面点在基准坐标系下的三维坐标,达到测量目的。试验结果表明,该方法弥补了双目视觉测量法对物体曲面测量效果不理想和线结构光法单次测量数据少,空间定位不便的缺点,具有操作简便,测量适用性强的特点,误差在1 mm以下。     

基于机器视觉和激光测距的输电线故障定位

结合定位技术和激光测距技术,提出了一种基于机器视觉的电力巡线故障定位新方法.通过无人机搭载可见光相机进行巡线拍摄,将航拍图像实时传回地面站进行处理.采用数学形态学的图像处理方法和模式识别方法进行故障检测与识别.通过惯性测量系统进行初步定位,得到无人机的经纬度坐标.利用无人机机载激光测距模块,测量故障点到无人机的距离来修正坐标.最后,经过空间大地坐标系和空间直角坐标系的变换,以及两个空间直角坐标系的基准转换,计算出了故障点的准确位置,并且很大程度地提高了定位的准确性,其空间直角坐标测量精度可达0.11m.     

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。     

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。     

Orthogonal linear polarized lasers(Ⅲ) Applications in self-sensing

In this paper, the applications of orthogonal linear polarized lasers in self-sensing are reviewed. The properties for such a laser include the production of a new frequency in one longitudinal mode spacing, the tuning of frequency difference, the change of polarization states as cavity tuning, the control of mode competition intensity, the optical feedback, and so on. The orthogonal polarized lasers have been used as a laser nanometer ruler based on competition between two polarized lights in a HeNe laser and as a displacement measurement tool based on the optical feedback in the orthogonal polarized lasers. They are also used in the phase retardation measurement of a waveplate, the angle measurement, the vibration measurement, the pressure/force measurement, the weak magnetic field measurement,and so on. The structures of these new devices are simple and compact with the great advantages of high resolution and high accuracy.Some of these devices can trace to the source of the laser wavelength. The nanometer laser ruler is an example whose measurement range is 12 mm, resolution is 79 nm and linearity is less than 5×10- 5. The repeatability of the phase retardation measuring system of waveplate can reach 3'.