大型圆柱壳体装配平台测量系统的误差标定方法

为了保证大型圆柱壳体装配平台的制造精度,设计了适用于大型壳体尺寸采集的测量系统,并对其进行了误差标定。首先,根据机构形式和受力情况,分析了系统的误差来源,采用修正 D-H 参数法建立了包含系统几何参数误差和柔性误差的误差模型。其中,柔性误差由立柱和机械臂的弯曲产生。其次,在误差模型建立完成后,提出了测量系统误差参数的计算方法:使用控制变量法进行多组实验,计算得到了立柱的柔度参数和机械臂弯曲偏移角,通过迭代最小二乘法辨识出几何参数误差,经三次样条插值得到了整个工作空间内的立柱柔度参数和机械臂弯曲角,并对系统误差进行了补偿。最后,通过实验验证了误差标定算法的有效性。     

三坐标测量机动态误差混合建模方法

为了建立高精度的三坐标测量机相关性动态误差修正模型,应用偏最小二乘回归法和支持向量机研究动态误差混合建模方法,分析了三坐标测量机的动态误差来源及特点,介绍了偏最小二乘回归法和支持向量机的基本原理及算法,编制了相应的混合建模软件.应用双频激光干涉仪设计了测量机动态误差实验装置,进行了相应的误差分离实验.应用偏最小二乘法确定测量机动态误差主要影响因素,得出坐标变量y、z和x是主要影响因素、测量速度v是次要影响因素的结论.结合主要影响因素分析结果,应用支持向量机和动态误差实验数据建立了测量机的空间动态误差模型,并进行比对和验证,应用混合建模方法建立的修正模型精度可以达到±0.02 μm,高于未利用偏最小二乘法±0.75 μm的建模精度,完全可以用于三坐标测量机相关性动态误差的高精度建模.     

柔性测量臂的RPY建模与误差标定

为了提高1P3R型柔性测量臂的检测精度,提出了一种自适应误差标定方法来完成它的参数标定和误差补偿。首先,基于RPY理论建立柔性测量臂的运动学模型并应用微分法推导了误差模型。然后,基于马尔柯夫链收敛性理论进行实数编码;在遗传算法(GA)中引入自适应控制算子,提高了父代种群的多样性和最优个体变异数量;最后,对比分析了归一化GA、一般GA和最小二乘法等3种算法的误差标定精度及其收敛性,验证了所提出方法的有效性和可行性。结果显示:归一化GA仅用328代寻优计算,其精度达到5.2μm,收敛速度是一般GA的2.3倍且精度提高了3.1μm;最小二乘法经20次迭代计算后停止收敛,精度仅为18.4μm。实验结果表明:归一化GA具有收敛速度快、标定精度高和收敛稳定性好等明显优势,更易于实现该类测量机的高精度检测。     

挖掘臂动力学参数与液压缸摩擦力参数辨识

建立了挖掘臂单关节动力学模型及液压缸驱动力模型,将模型中的未知动力学参数及非线性摩擦力参数线性化表示。利用测量的系统压力及角度信息,分别采用带遗忘因子的递推最小二乘法及递推增广最小二乘法对系统参数进行辨识。对辨识所得的两个模型进行仿真,与实际系统对比分析结果表明,辨识模型能很好地逼近实际系统。误差对比分析结果表明:递推增广最小二乘法比带遗忘因子的递推最小二乘法误差减小约28%,对系统噪声有更好的鲁棒性。     

评定直线度误差的最小二乘法与 最小包容区域法精度之比较

介绍了直线度误差评定的最小二乘法和最小包容区域法的算法模型与实现方法。在三坐标测量机上对八种不同被测直线进行了采样点坐标数据提取,分别用最小二乘法和最小包容区域法的基于搜索逼近-逐次旋转逼近法进行了给定平面内直线度误差的评定。结果表明:最小二乘法的评定结果与最小包容区域法的基于搜索逼近-逐次旋转逼近法的评定结果完全一致,即直线度误差的最小二乘法评定结果符合最小条件。     

三坐标测量机上实现圆锥度误差测量和评价

本文叙述了在三坐标测量机上测量圆锥度误差的基本原理,提出自适应非线性最小二乘法评定圆锥度误差的方法,并阐述了最小二乘法与最小条件评定法的数学模型。对于最小条件法,介绍了两种最优化算法,其中对单纯形法,本文提出适合形状误差评定的初始单纯形边长和迭代终止准则的选择方法。通过实际测量和计算表明,圆锥度误差评定值不仅与算法的选择有关,而且与测量点数的多少有关。     

高斯—牛顿法在关节式柔性三坐标测量机参数辨识中的应用

介绍了一种自行设计的六自由度关节式柔性三坐标测量机,并对该测量机的结构参数进行辨识,提出了一种基于空间两点距离的标定方法。该方法使用API激光跟踪仪作为基准,利用非线性最小二乘中的高斯—牛顿法,求解测量机测量方程的参数值。实验结果表明,该方法能够有效提高测量机的整体精度。     

一种利用坐标测量机实现圆度误差评价的方法

针对直角坐标系下圆周截面形状误差评价,介绍了一种圆柱体截面圆度误差的测量与评定方法.在研究了圆度误差定义及测量方法的基础上,建立了基于三坐标测量机的最小外接圆圆度误差三维评测模型.利用双截面最小二乘拟合轴线调整坐标系位置,减少了位姿误差对测量结果的影响.对模型进行坐标系统一转换,使得变换后的模型能更适用于计算机数据处理.然后在坐标变换的前提下,提出了一种利用几何关系搜索最小外接圆圆心的方法,开发了相应的数据分析软件.实验和数据证明,此算法优于传统最小外接圆算法,实现了在直角坐标系下三坐标测量机对圆度误差的最小外接圆法评价.     

面向精度评价的并联机床参数辨识技术

基于并联机床外部标定,推导出辨识方程的残差近似等于标定后的位姿误差。为克服最小二乘法存在较大残差的缺陷,面向精度评价,提出最小最大优化的参数辨识技术,以残差最大绝对值最小为优化目标,直接控制误差范围。标定实例验证了最小二乘法缺陷的实际存在和最小最大优化抑制较大残差的效果。该参数辨识技术直接联系运动学标定和标定后的精度评价,简单有效的提高并联机床的整体精度。     

柔性三坐标测量机的结构系统及误差修正标定分析

阐述了六自由度柔性三坐标测量机的测量原理、测量模型、结构系统以及误差的标定和修正等一系列关键技术,并在此基础上提出了相应的解决思路和方案。     

野外大视场单相机空间坐标测量系统的快速标定

针对靶场现场监测范围大,相机焦距不固定,相机空间位置及角度各不相同的情况,为实现对弹落点空间坐标位置的高精度自动测量,提出了一种在野外大视场环境下使用的基于单相机空间坐标测量系统的快速标定方法。首先,在小孔成像模型的基础上,通过GPS测量获得视场内两个标定点及相机在大地坐标系中的坐标;然后读取标定点的像素坐标,根据对角相等及最小二乘法实现焦距与旋转矩阵的分步标定;最后在保证标定精度前提下,略去主点的标定过程,确定相机主点为理想主点位置。实验结果表明,在测试距离1km以外,对视场宽度为200m的区域进行监测时,校验点相对定位误差低于0.25%。该相机标定方法不需要高精度靶标,操作简单,适用于野外大视场环境下单相机空间坐标测量系统的快速标定。     

Linear calibration method of magnetic gradient tensor system

Based on the detailed analysis of systematic errors, mathematical model of error parameters is constructed and linear calibration method is proposed for magnetic gradient tensor system. Firstly, nonlinear mathematical model of error parameters for single vector magnetometer is constructed based on scalar calibration, and least square solution is deduced by two nonlinear conversions without any mathematical simplification. Then outputs of four tri-axial magnetometers are calibrated to sensor’s orthogonal coordinate respectively. Secondly, a least square estimation is proposed for the misalignment errors between different magnetometers according to the rotation matrix comprising conversion of different orthogonal coordinate system. After calibration, outputs of tri-axial magnetometers are acquired along the ideally platform frame-orthogonal coordinate system and these enable calibration of magnetic gradient tensor system. Simulations and experiments show that the proposed linear calibration method can accurately solve the detailed error parameters and decrease measurement errors of magnetic gradient tensor system remarkably.     

基于P3P原理的装配机器人手眼标定方法研究

针对一类微装配机器人的固定式手眼系统,提出了一种标定方法。采用P3P位姿测量原理获得空间点在摄像机坐标系中的坐标,从而建立机器人空间坐标系与手眼坐标系的位姿关系,给出了手眼系统标定的具体步骤,建立了标定方程组及其基于最小二乘法的求解方法。考虑到计算和测量误差等因素带来的旋转矩阵非单位正交矩阵的问题,采用了一种简单的校正算法进行修正。该方法无需复杂的辅助设备,标定过程简单,相关实验验证了该方法的标定精度和有效性。     

野外空间坐标测量中的任意姿态多目相机快速标定

针对野外复杂地形环境下,对于多个监测区域进行野外坐标测量的情况,提出一种利用双目立体视觉原理对相机3个姿态角及焦距同时进行现场校准的快速标定方法。该方法对传统的标定方法进行改进,可用于相机焦距、姿态未知的情况,对现场环境条件要求低,避免了传统标定方法中相机架设姿态受限的问题。首先通过选择合适的统一世界坐标系和坐标系旋转顺序,使标定得到的相机外参与相机姿态角对应。然后通过GPS测量得到两个标定点的世界坐标,将两个标定点的世界坐标和图像坐标代入成像模型,用最小二乘法解出相机的焦距和姿态角。在现场对其中一个监测区域进行实际测量验证,结果显示直径200 m的圆形监测区域内,相对误差优于0.38%。该方法工程应用性强,灵活度高,适用性广。     

大视场双目立体视觉柔性标定

为了实现双目立体视觉系统大范围高精度三维测量,提出了一种大视场双目立体视觉系统柔性标定方法,该方法将系统中各相机内部参数标定与相机间的姿态标定进行分离,标定内部参数时,只需要令标靶相对于相机任意摆放至少三个姿态,对标靶上的编码标志点进行识别,根据标靶上编码标志点信息,建立各姿态下视图的对应关系,粗略计算标志点的初始三维坐标;建立多姿态下逆向投影误差最小的目标函数,采用非线性最小二乘优化获取精确的相机内部参数和标志点三维坐标;最后,建立基于双相机逆向投影误差最小的目标函数,优化得到精确的相机间姿态的外部参数。实验结果表明:当测量空间为1 200mm×1 000mm×1 000mm时,立体视觉系统的测量精度优于0.1mm,满足大范围双目立体视觉系统的高精度测量需求。     

基于单拉线编码器测量系统的几何标定及精度分析

提出一种基于单拉线编码器测量系统的几何误差标定方法,通过在测量系统引入被测点位姿参数建立位姿求解模型,基于闭环矢量链建立测量系统误差辨识模型,采用最小二乘法对几何误差参数进行辨识。验证实例表明,标定后测量系统中几何参数最大绝对误差只有1×10^-8 μm,从而证明标定算法的有效性与高精度。进一步分析测量系统中动滑轮圆周度和转轴角度误差,拉线弹性变形,拉线编码器误差对测量系统精度的影响。分析结果表明,当拉线编码器的测量误差为0.0046 mm,动滑轮的转轴误差为0.1°时,最优标定点数目为35个,测量系统的测量误差最大为0.037 mm。     

平面十字磁梯度张量系统的两步线性校正

磁梯度张量系统的测量精度受限于磁传感器的零漂、灵敏度差异和三轴非正交性等系统误差以及各传感器轴系间的非对准误差。构建了平面十字磁梯度张量系统的误差参数线性模型,提出了两步线性校正法。利用两个非线性变量转换构建单磁传感器系统误差的线性方程组,对误差参数进行最小二乘估计,将传感器实际输出校正为各自理想正交输出;利用旋转矩阵构建各传感器理想正交轴间非对准误差的线性方程组并求出最小二乘解,将各传感器输出校正到参考平台框架正交坐标系上。两步校正过程均无数学简化。仿真与实验表明,相比忽略二阶及以上高阶小量的常规线性校正,提出的张量系统两步线性校正法更为精确,误差参数仿真估计准确率高于93%,实测校正后总场强度均方根误差小于13 n T,张量分量均方根误差小于90 n T/m。