车载激光扫描仪外参数标定方法设计与实现

提出了车载移动测量系统中激光扫描仪位置和姿态的标定方法.首先,定义了车载坐标系与激光扫描仪坐标系,将扫描仪的标定简化为2个坐标系转换参数的求取.然后,利用标准靶球球心和扫描仪特征点作为公共点,借助全站仪建立的临时水平坐标系的测量结果计算得到车载坐标系与扫描仪坐标系的转换参数.最后,通过多次试验分析了该方法的重复精度,而且在逸仙高架路上的实际车载数据采集和处理也验证了该方法的可行性.     

转台轴线标定及综合标定矩阵的生成——用于三维计算机视觉系统

提出利用标定平面的两个角度可交出转台轴线,通过交出的轴线,标定出光-象平面轴线的关系,并给出测量点通过平移、旋转再进入标定矩阵的一个新的转换矩阵。     

基于MCNP模型10MW高温气冷实验堆燃耗测量误差分析与实验研究

 10MW高温气冷实验堆(HTR-10)的燃耗测量系统通过测量燃料球内裂变产物¹³⁷Cs发出的γ射线进而间接确定燃料球的燃耗,测量结果的准确性直接影响着反应堆的安全性和经济性。利用HTR-10现有的设备条件,设计并实施了提升器偏转实验,使燃料球逐步偏离正常测量位,改变球心与准直器轴线的相对位置,得到了偏离角度与计数率之间的对应关系,进而确定燃料球球心与准直器轴线的周向偏移量。通过MCNP程序建立HTR-10燃耗测量系统模型,模拟γ光子从燃料球发出,经过提升器、密封法兰、准直器直到被HPGe晶体探测器捕捉的全过程。利用MCNP模型可以模拟在不同径向偏离情况下的实验过程,通过与实验结果的对比,确定燃料球球心偏离准直器轴线的径向偏移量。     

投影仪全参数平面线性估计的高精度标定方法

针对投影仪光路结构复杂、主点偏差大导致高精度标定难以实现的问题,提出一种全参数平面线性估计的方法,为投影仪标定过程提供精确的主点偏差初值,实现了投影仪的全参数高精度标定。首先将投影仪作为虚拟相机,利用多频相移原理得到投影仪和标定板的坐标对应关系,然后采用两步法对非线性方程进行求解计算,通过引入向量参数的方法实现非线性方程的线性化,再利用仿射变换关系选取最优点集,得到稳定的直接参数预估算法,最后利用一种全局捆绑调整算法实现投影仪的高精度标定。采用此方法对投影仪单相机系统完成标定之后,测量了标准球以验证精度,实验表明投影仪单相机系统的平均重投影误差为0.04像素,测得标准球直径平均偏差小于0.1mm,球心距偏差小于0.05mm。结果证明,所提出的投影仪标定方法计算模型简单、稳定性高并具有较高的精度,适用于主点偏差较大和投影仪焦距未知的情况。     

面向全自动三维扫描系统的多视角三维数据自动配准技术

针对利用高精度转台进行配准模型的顶部和底部与模型进行配准时效果不佳的问题, 提出一种面向全自动三维扫描系统的多视角三维数据自动配准方案. 对待扫描模型, 利用单轴高精度转台获取由不同角度扫描的点云数据, 先使用一种快速简单的方法求解转台中轴, 利用中轴将多片点云拼合得到模型主体; 再通过点云包围盒变换, 完成点云的初始配准, 并通过改进的ICP算法完成点云的精确配准. 实验结果表明, 该方法具有较好的操作性和较高的精度.     

基于圆球拟合MEMS加速度计零位现场标定技术研究

为了解决低档MEMS加速度传感器零偏稳定性差,在实际应用中标定环境时难以达到要求的目的;采用了一种基于圆球拟合的现场标定方法,证明了三个轴向正交的加速度传感器敏感到的有效重力分量在任何姿态下都处在半径为g的球面上,并提出了相对简单的数据处理方法和标定步骤。最后通过基于转台的四位置试验,表明圆球拟合误差在±3MV,达到了一般应用的精度要求。     

回转体加工中的机器人零位校正方法

在机器人加工中,采用理论几何模型控制机器人的运动,其与作业机器人的几何模型并不一致,导致加工误差的形成.为此,研究了工业机人零位误差对回转加工的影响.利用基于激光跟踪仪的轴旋转法求取关节的旋转中心和旋转轴向;借助最小二乘法对数据进行圆拟合,为了提高轴线测量精度,在同一轴上拟合得到两个圆,以其圆心的连线作为旋转轴的轴线;过第一和第四轴轴线作一平面,利用轴线与该平面的交点或者平面上的轴线,确定作业机器人的连杆参数,由相应连杆参数计算作业机器人每轴的零位角.通过旋转加工直径为80mm的圆柱,验证了该方法的有效性.实验结果表明:未校正零位误差时,作业机器人加工的圆柱最大误差为2.42mm;而校正零位后,作业机器人加工的圆柱最大误差减小到0.16mm.为机器人本体几何参数与零位的解耦标定建立了基础,进一步提高了机器人加工精度.     

正交三维扫描测头标定的多区域变参数法研究

针对正交三维扫描测头的3个探测方向间存在着相互干涉,即耦合的问题,提出了一种基于多区域变参数系数矩阵的正交三维扫描测头标定方法.运用3×3系数矩阵对测头进行标定,该方法依据测头变形量的正负将标准球划分为4个基本区域,通过控制测头接触标准球上不同区域中的若干探测点,在每个探测点上向标准球球心方向连续步进测量,利用两者变化量之间的关系建立标定方程,运用最小二乘方法确定出4个标定矩阵,实现了正交三维扫描测头的高精度标定.采用2种方法对标定结果进行了实验验证,实验结果表明,多区域变参数系数矩阵的标定方法是可行的,具有标定快速、准确的优势,为正交三维扫描测头的高精度测量奠定了坚实的基础.     

一种单线激光雷达和可见光摄像机的标定方法

结合移动机器人实际应用.提出了针对激光雷达和可见光摄像机标定的方法.通过对激光雷达扫描特殊标定板得到距离信息的计算,求得雷达扫描线在标定板上的坐标位置,从而得到了一组雷达数据和图像数据的对应点对.以此为基础,通过参数拟合的方法实现了两者关系的求取.该方法只需要标定板就能够完成激光雷达和摄像机的空间标定,标定精度高,在此基础上的外部标定,实现了多个传感器世界坐标系的统一,避免了后续处理中数据解释的二义性,实验证明了这种方法的有效性.     

一种补偿测量机z向运动平行度误差的方法

针对一台在连续转动过程中利用内外两个测量架同时测量内外表面的三坐标测量机,研究了其误差补偿.研究中发现在空间不同高度处测量结果出现较大差异的主要原因是内外测量轴的z向运动轴线与回转轴线之间的不平行.为了提高测量精度,设计了一种具有上下两个标准环的标定装置,根据两个标准环的测量结果对热误差及其引起的z向运动平行度误差进行补偿.为了减小温度变化的影响,在每天开机时或温变较大时,进行一次自动标定.实验结果表明,该方法有效地减小了上述误差,将不同高度间测量数据偏差控制在0.015,mm以内,满足了测量机使用要求.     

特定点与火炮回转轴的水平距离测量方法

为实现火炮上的特定点与火炮回转轴水平的距离测量,提出了系列基于测边网的测量方法。该系列方法是在测边网法测量火炮回转圆参数的基础上,将火炮上被测的特定点投影到测边网水平面上,通过测量水平面上特定点的投影点与回转圆上2个以上投影点之间的距离参数,便可解算出特定点的投影点相对坐标,从而计算出特定点与火炮回转轴的水平距离。根据距离参数冗余情况,这些方法被分为非冗余法和冗余法。非冗余法采用距离交会解算出特定点的投影点相对坐标。对冗余法而言,首先,通过测边网条件平差的方法对所有测量参数值进行平差处理,得到各测量参数的平差值;其次,用平差值计算各点的相对坐标,并通过圆拟合得到火炮回转中心相对坐标;最后,计算水平面上特定点的投影点与火炮回转中心的距离。采用蒙特卡洛方法模拟的结果表明：在检测现场可实现的测量条件下,几种方式得到的测量误差都小于2 mm;随着测量条件的改变,冗余测距法始终比非冗余测距法的测量误差小。模拟结果说明所提方法的可行性,为国家军用标准修订提供了依据。     

基于多击痕的击针偏心度测量方法

针对击针偏心度的测量精度受限于现场操作的问题,提出了一种便于现场操作的多击痕测量方法。首先,对药筒底火孔处填充的软金属击发次数不少于3次,任意2次击发之间药筒的旋转角没有精确定量要求。然后,通过最小二乘原理拟合出每个击痕的中心点相对坐标。最后,将这些击痕中心作为圆上的点,通过圆拟合得的圆半径作为击针偏心度。采用蒙特卡洛方法模拟结果表明:新方法与传统方法相比,测量精度至少提高了30%。模拟结果验证了该方法的可行性和有效性。     

摆杆凸轮机构轴心区域的分析

借鉴直动从动件凸轮机构轴心区域确定的新方法。推广到摆杆凸轮机构中，使摆杆凸轮机构轴心区域较传统区域进一步缩小，使凸轮基圆半径的确定更为准确；同时发现改变轴心 因素除运动规律，许用压力角，摆杆长度及凸轮和摆杆的相对转向外，还有摆杆的最大摆角。     

基于T--scan测量的薄壁钣金件孔特征重构

针对目前对薄壁钣金件孔测量的效率低,孔心位置和孔半径测量方法上存在的不足,提出一种基于T-scan测量的薄壁钣金件孔特征的重构方法.该方法用T-scan对薄壁钣金件上孔进行扫描得到点云数据;根据点云数据中连续点的欧拉距离将点云数据划分成扫描线点数据;对扫描线点云数据进行算法处理获取位于平面上的点及孔的边缘点;最后对平面上的点采用稳健特征值平面拟合得出平面参数,利用最小二乘空间圆拟合获取孔心坐标值及孔径大小,完成薄壁孔特征重构.通过对试验件和薄壁钣金件上孔进行测量处理,实验表明该算法有很好的实用性且精度满足钣金件孔的实际检测精度要求.     

激光光斑定位的多圆拟合算法的研究

介绍了用于提取激光光斑参数的曲面拟舍和圆拟合算法，在圆拟合算法的基础上提出了新的多圆拟合算法，在不同的噪声水平下比较了曲面拟合算法和多圆拟合算法所能够达到的精度。研究结果表明，多圆拟合算法具有更好的抗噪声性能，除了可以检测光斑中心外，多圆拟合算法还可以检测其半径达到亚像素级的光斑，所以能够广泛地应用在光学测量系统之中。     

转台分度误差的检定及补偿模型的建立

用误差补偿的方法提高转台分度精度是一种经济、有效的技术措施,用比较法对转台的分度误差进行了检定,并分析了其测量不确定度;从转台分度误差的来源出发,根据转台分度误差的周期性等特点和谐波分析的结果,并结合最小二乘法、三次样条插值、傅里叶级数拟合3种模型的特点,通过分析,选择傅里叶级数作为转台分度误差的补偿模型,并对3种模型的拟合效果进行了比较.应用傅里叶级数模型对精度为17.82″的转台进行补偿,补偿后转台的分度误差最大值为2.36″,从而验证了分度误差模型的正确性和可行性.     

血管的三维重建

提出了计算血管截面最大内切圆圆心的平行切线法，运用该算法编程求得各截面最大内切圆圆心，得到管道半径为30mm，基于这些数据用Mathcmatica软件包重构出血管的中轴线方程，再重现切面图像并将其与原始图像象素点做比较，考察二的重合程度，平均误差仅为5．7028％，但算法的计算量偏大。     

同轴度误差最小包容圆有限元后处理算法

针对工作状态下机械零部件同轴度误差数据采集难的特点,结合有限元后处理,提出了一种通过求解一组投影圆心坐标的最小包容圆(最小外接圆)来实现分析同轴度误差的计算方法.将轴套分为n段,将每段内边界变形后的节点坐标向同一平面投影,采用最小二乘法拟合成圆,即可获得n个圆心坐标.为求这平面点列(n个有限点)的最小包容圆,将问题转化为非线性约束最优化问题.通过分区优化搜索算法求解目标.同时采用了遗传算法来验证,两者计算结果一致.     

双光斑中心识别算法比较

自准直仪是比较常用的测角仪器,其原理是检测激光形成的图像光斑的中心之间的距离,通过2个中心的横纵坐标差来计算物体偏离的角度．利用迭代阂值和图像分割等方法将光斑图像进行预处理,然后将得到的图像分别用重心法、圆拟合法和匹配法进行中心定位,并最终进行偏离角度的测定．文中介绍了所使用的几种方法,并进行了仿真比较,结果表明,圆拟合法更有优势．     

新型无摆动双机驱动振动机自同步理论

研究了一种新型无摆动双机驱动振动机的自同步运动条件和自同步运动稳定性条件.该振动机由内、外两个质体组成,两偏心转子的旋转中心与内质体质心在同一条竖直轴上,偏心转子的惯性力对该轴的力矩为零,从而消除了该振动机的摆动.利用拉格朗日方程建立了振动机的运动微分方程,并利用平均小参数法得到了偏心转子的无量纲耦合方程;由偏心转子耦合方程零解存在条件得到了振动机实现自同步运动条件,并根据Routh-Hurwitz判据得到振动机同步运行的稳定性条件.数值仿真验证了上述理论的正确性.