机器人位姿测量中激光跟踪仪布局位置研究

应用激光跟踪仪进行机器人位姿测量时,为了减小激光跟踪仪分布位置对测量结果的影响,对激光跟踪仪布局位置开展优化。以ABB IRB1410型机器人为研究对象,规划了其测量区域。通过构建激光跟踪仪误差传递函数,对激光跟踪仪测距误差、测角误差对整体坐标测量精度影响进行分析。通过仿真分析研究了激光跟踪仪不同分布位置下机器人测量区域内测量点整体偏差的分布规律。通过构建激光跟踪仪布局评价函数并基于MATLAB无约束线性优化算法确定了激光跟踪仪最优布局位置主要位于测量区域中心轴线及其延长线附近,并对最优位置相邻区域整体测量偏差的分布规律进行了分析,为机器人现场测量提供一定的参考依据。     

四路激光跟踪三维坐标测量系统最佳布局

四路激光跟踪三维坐标测量系统的测量精度在很大程度上取决于四路干涉仪的布局。系统地研究了四路激光跟踪三维坐标测量系统的布局优化问题,以被测点的位置几何精度衰减因子(PDOP)最小为目标进行优化,得到了三种系统最佳测量布局。考虑到系统自标定对布局的要求以及目标靶镜接收角范围的限制,得到了一种具有实用价值的系统最佳布局。     

基于多目标模拟退火算法的导航卫星激光星间链路拓扑动态优化

根据激光星间链路的技术特点,并考虑导航卫星星间链路需兼顾通信、高精度测量与自主定轨的多重要求,研究了全球导航卫星系统(GNSS)激光星间链路拓扑的动态优化问题。采用有限状态自动机(FSA)思想建立了一种导航卫星激光星间链路的链路周期表。综合卫星平台、轨道动力学、激光终端捕获跟踪性能等工程约束条件,以网络时延和链路空间位置精度因子(PDOP)作为通信性能和高精度测量的量化指标,建立拓扑的多目标优化模型。提出一种基于多目标模拟退火算法(MOSA)的改进算法,求解全局最优拓扑结构,并在某卫星或某条激光链路不可用时进行动态优化。此外,还设计了一种避免冲突的链路交叉算法,改进了多源最小时延路由算法。仿真结果表明:在包括24颗MEO和3颗IGSO卫星的GNSS中,经该算法优化的拓扑结构具有良好的通信和测量性能,能够有效改善网络时延、PDOP值;当个别卫星或个别激光链路不可用时,改进算法计算出的拓扑结构仍能较好地兼顾高速通信与高精度测量性能。     

基于空间长度约束的坐标控制场精度增强方法

为了实现大空间几何量测量的全局定向和精度控制,需要在空间内构建精密三维坐标控制场。目前,利用激光跟踪仪单站建立坐标控制场是最有效手段,但面对局部更高的测量精度需求,必须减小全局定向过程中的转站误差,增强区域的控制场精度。利用激光跟踪仪干涉测距精度高的特性,并用跟踪仪靶球座配合碳纤维杆现场构造多个空间长度基准(微米量级精度),长度基准可灵活布置于所需空间区域,作为约束加入到跟踪仪多站位对控制点的冗余测量过程当中,从而克服单站空间遮挡问题并优化跟踪仪测角误差,进一步提高所构建长度基准的控制点坐标精度,实现区域测量场的精度增强。实验结果表明,该方法可使全局定向精度在10 m测量范围内优于0.04 mm,进一步满足现场大空间几何量测量的高精度要求。     

激光跟踪仪坐标测量精度的研究

激光跟踪仪是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,其坐标测量精度的校准目前常用标准件进行评定,但标准件的加工制造困难且易变形。因此本文利用高精度三坐标测量机及标准球,在三坐标测量机上建立虚拟三维网格标准球板,并通过移站对激光跟踪仪坐标测量精度进行实验研究。虚拟三维网格标准球板消除了由于标准件变形给坐标测量精度带来的影响,移站测量可以从不同的角度和位置全方位地测量工件各部位待测点的坐标,避免了外界环境的影响,也改善通视条件,实验结果证明该方法具有理论正确性和实际可行性。     

面向特大齿轮的激光跟踪测量精度提升方法

为实现特大齿轮激光跟踪测量精度的提升,采用激光跟踪仪与柔性关节坐标测量臂相结合的测量方式,建立了基于激光跟踪多边测量方法的特大齿轮组合式测量网络。采用柔性关节坐标测量臂蛙跳技术确定激光跟踪仪全局坐标系与柔性关节坐标测量臂坐标系之间的坐标转换关系,实现不同站位下测量臂测量数据的空间配准。引入激光跟踪仪多边测量方法,摒弃其角度测量模块,建立激光跟踪多边测量位置参数标定模型,通过测量冗余数据并对其进行L-M优化迭代,以提高激光跟踪仪的全局控制精度。对建立的组合式测量网络进行仿真实验,分析对比测量数据,组合式测量网络的测量误差平均值为0.007 mm,误差标准差为0.004 mm,相同条件下,使用激光跟踪仪直接测量方法的测量误差平均值为0.044 mm。仿真实验分析表明,该方法显著提升了测量精度,满足了特大齿轮现场齿形测量的要求,具有较好的理论与工程应用价值。     

对运动辐射源的被动定位与跟踪

本文探讨了在有源干扰环境下利用多个测量站对运动辐射源进行被动定位与跟踪的方法。该无源被动定位系统采用了加权最小二乘法来估计目标位置并用卡尔曼滤波器对目标进行跟踪与预测。计算机仿真结果表明,该系统可对运动辐射源定位,定位精度主要由测量站数目、布局及其测量精度和目标航迹所确定。     

采用光平面交汇的大尺寸坐标测量方法

工业大尺寸测量中常用的经纬仪、跟踪仪等多站式测量系统大多使用基于空间球坐标系的角度交汇测量方式.由于这种测量方法对测站轴系结构有严格的要求,导致现有的测量设备制造成本高、组装困难,并使最终测量结果受轴系误差影响较大.介绍了一种基于光平面交汇的多站式大尺寸测量方法.采用分布于工作空间内的多台激光发射站及接收器测量待测点坐标.建立了基于双旋转激光平面的单发射站数学模型,推导了接收器三维坐标计算公式并对基于光束平差原理的测站定向方法进行了讨论.新方法降低了对测站轴系精度的要求,提高了可靠性.实验结果证明:新方法的测量精度优于0.2 mm.     

激光跟踪仪校准技术及在机床检测中的应用

讨论了激光跟踪仪的校准技术,分析了测量误差来源及误差对跟踪仪产生的影响,并利用三坐标测量机对激光跟踪仪进行了校准。结合生产需要,利用激光跟踪仪高效地对大型机床进行检测,制定了激光跟踪仪检测大型机床的方法。结果显示,利用激光跟踪仪能够精确地、高效地对机床进行检测,并指导工人对机床进行维护和调整。研究结果表明,激光跟踪仪不仅能对现场的机床进行精度检测,而且能对不易搬动的零部件、生产线以及夹具等进行测量。     

基于球心拟合的多边激光跟踪系统自标定方法

随着大尺寸工件和设备的制造加工以及装配的精度要求提高,对工件加工装配过程进行测量的测量系统精度要求也有所提高。多边法激光跟踪三维坐标测量系统只利用距离测量数据解算空间点坐标,能够避免激光跟踪仪角度测量带来的误差。文中提出了一种通过在跟踪仪测头挂载夹具进行球心拟合来获取跟踪仪测量原点的方式进行系统自标定,并辅以移站的方式,可使用两台激光跟踪仪构建四站多边法激光跟踪三维坐标测量系统。另外,文中还尝试了三站系统的构建。实验证明,四站系统将对标称长度1000.943 mm位于约20 m处的标准尺长度测量误差由最大110 μm减小至28 μm,三站系统将对标称长度969.045 mm位于约7.5 m处的标准尺长度的测量误差由最大67 μm减小至21 μm,相较于单台跟踪仪提高了精度,相较于传统多边系统降低了测站数量和成本,能够在工业现场实现高精度三维坐标测量。     

基于光电扫描的工作空间测量定位系统误差分析

为研究工作空间测量定位系统的误差传递特性,建立了单发射站方位角/俯仰角测量模型及双发射站单元坐标测量模型。提出了以扫描角测量误差为基础的精度评价方法,通过分析扫描角与方位角/俯仰角之间的测量误差传递关系优化了激光发射站的几何结构。推导了双发射站单元坐标测量误差传递函数,并通过对坐标测量误差空间分布规律的分析求出了双发射站单元的最佳测量位置。使用两台发射站测量了某大型夹具顶端平台的位移,并通过与激光跟踪仪进行数据对比验证了所得结构。实验结果表明,当扫描角测量误差控制在5″以内时,双发射站系统可在5m×5m×3m的空间内实现优于0.25mm的精度。     

基于多参数融合的超宽带基站布设优化方法

超宽带室内定位精度受非视距传播(Non-Line Of Sight,NLOS)、多径效应、基站布设等因素影响，而这些因素均与基站的布设阵型有关.因此，本文提出一种基于位置精度稀释因子(Positioning Dilution Of Precision, PDOP)、到达时间差(Time Difference Of Arrival, TDOA)测量误差和克拉美劳界的基站布设优化数学模型，可用遗传算法和萤火虫算法等智能算法求解.理论推导和仿真测试表明优化后的基站布设阵型相较于传统的立方体8基站阵型具有更好的平均误差和方差. 14.5 m×7.6 m×3 m展厅的实测实验结果表明，经过优化后的基站布设阵型定位精度提高了0.713 2 cm，且方差减小了50.649 6 cm²具有较高的稳定性.     

激光器

0101915散斑位移法测量激光高斯光束的空问分布[刊]/张增明//强激光与粒子束.—2000,12(2),—141～144(D)提出一种测量激光高斯光束空间分布特征的新方法-散斑位移法。该方法利用光传播的菲涅尔衍射公式和光场的统计规律,给出散斑场光强在散射体位移前后的高斯光束相关函数的表达式。测出相关函数在光路上某一位置的数值,并由此同时求出高斯光束的束腰位置和大小。参11     

四路激光跟踪测量系统最佳测量区域和系统自标定

研究了系统最佳布局下的最佳测量区域问题,给出了几何精度衰减因子PDOP在三维空间内的变化规律。通过计算机仿真研究了最佳测量布局对系统自标定的影响规律,指出最佳测量布局中的标称配置对系统自标定精度的影响最小,同时这种布局有着最小的几何精度衰减因子。     

智能激光3D投影空间定位精度分析

为了解决激光3D投影定位无法兼顾高精度、实时性、智能补偿定位的问题,搭建了一种基于激光跟踪定位技术的智能激光3D投影系统,并进行空间精度分析。首先,建立激光3D投影系统数学模型;其次对激光3D投影系统进行光学中心标定,再利用投影承接部件基准点对部件坐标系进行标定,从而完成智能激光3D投影系统的标定及搭建;最后,建立智能激光3D投影定位精度模型。仿真结果显示,激光3D投影仪投影区域中间部分精度最佳,由激光跟踪测量精度引起的投影承接面投影点误差小于投影仪引起的投影承接面投影点误差。实验结果显示:在3~4 m的投影距离上,所研制的智能激光3D投影系统的投影形状及位置准确度可以优于0.3 mm。与传统的激光投影系统相比,该系统解决了大尺寸投影承接部件不能大量安装合作目标问题,使工作中无需目标反射头及校准工装,省略校准过程,当投影系统或被测部件移动或漂移时,智能化识别、解算、补偿相对位移量,保证实时、精确投影至正确位置,极大提高了投影定位系统的工作精度和定位效率。     

基于量子遗传算法的多光电二极管布局优化

光电二极管是一种体积小、成本低的感光传感器，由至少三个配合可实现太阳矢量的测量，从而可以作为低精度的太阳敏感器。为了尽可能实现在360视场空间任意方位求解太阳矢量，如何选择光电二极管数量并确定其布局方式是一个难点。文中首先将360视场空间等表面积离散化，将无限的传感器的布局优化问题转换为有限的组合优化（NP问题难）。然后，通过建立覆盖度和均匀度的多目标优化函数，并结合量子遗传算法求解最优方案。实验分析了不同光电二极管数量和视场范围的布局效果，对多光电二极管的布局优化提供了理论性依据。实验结果显示，选择12~14个光电二极管可以基本实现无覆盖风险和均匀风险的布局。     

3D激光测量技术在AP1000核电主泵安装中的应用

激光跟踪测量系统是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。本文首先讲解了激光跟踪测量的原理及AP1000主泵基本情况,并通过激光跟踪仪的3D激光测量技术,提高了主泵安装的对接精度。     

激光跟踪仪高精度测量运动物体位姿的研究

为了实现运动物体空间位姿高精度的实时测量,基于激光跟踪仪测量的地理坐标系的方法,采用两个激光跟踪仪分别瞄准运动物体首尾两处的标靶,两台激光跟踪仪同步触发采集数据,实时获取运动物体首尾两点的空间坐标数据,测量了运动物体在空间地理坐标系下的位置和姿态信息;利用自主研发的软件计算了运动物体的空间位姿,并进行了理论分析和实验验证。结果表明,测量系统的稳定性与精度较好,所提出的测量方法能够满足高精度的空间位姿测量要求。     

改进型点云数据融合的多站组网SVD算法

在大型结构的加工与装配过程中激光雷达的多站组网测试十分常见,但由于点云数据拼接过程需要统一的坐标系,故环境干扰、站位布局导致的转站误差大幅降低了系统的整体测量精度。为了提高多站组网后点云数据融合的面型测量精度,提出了一种改进型奇异值分解算法。该算法在分析站位布局的基础上,通过在多站之间匀差的方式抑制粗大偏差。对目标函数进行了奇异值分解,并通过最优值完成站位的优化布置。实验采用单点精度001mm的MV350型激光雷达,并对6组不同布站情况进行对比分析。结果显示,本算法的点最大误差为00824mm,点平均误差为00214mm,点测量不确定度为00122mm,均优于未规划的测量结果。其测量综合不确定度最接近单机测量综合不确定度,可见,采用本算法对提升转站精度具有一定价值。     

激光光斑测试靶的参数估算

激光照射精度外场测试中,随着载机航路的变化,照射在测试靶上的激光光斑位置和尺寸是不同的。针对测试靶参数选取问题,提出了一种估算方法,建立了测试靶参数的估算模型,满足了不同载机航路的测试靶参数计算需要,为合理设置测试靶提供了一种实用方法。试验结果表明,用该方法设置测试靶倾角、尺寸及十字线位置,可以测量全部激光光斑,为准确测量激光照射精度提供了依据。