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.     

采用精确三维控制场的wMPS全局组网定向方法

工作空间测量定位系统是一种基于激光扫描的三维坐标大尺寸分布式测量系统,目前已广泛应用于大尺寸测量领域。该系统可以通过增加发射站数目来扩展量程同时精度并不损失,其前提是有一套精确的全局定向参数。在系统多平面约束的数学模型基础上,阐述了一种基于三维控制场的wMPS全局组网定向方法。在标定空间内设置点位坐标已知的控制点组成控制场,给出了组网定向的模型及优化方法,并给出迭代初值生成方法。实验表明:通过基于控制场全局组网定向方法后,系统与激光跟踪仪对比后点位误差优于0.15 mm,在提高效率的同时大大提高了系统的精度。     

基于周向约束定位原理的周向接收器标定方法

针对工作空间测量定位系统（wMPS）存在交会误差,且在复杂测量现场中存在空间遮挡问题,文中在研究周向接收器测量原理的基础上设计了一种全新的周向接收器。该接收器在一个平面内固定了6个光电接收单元,通过标定6个单元的位置关系使其成为一个整体,进而实现测量功能。以两台发射站为基础,详细阐述了该周向接收器标定方法,并依托天津大学研发的wMPS实验平台对该方法进行了实验验证。实验结果显示:周向接收器的测量重复性在0.2 mm以内,测量精度在0.3 mm以内,该方法在解决系统在复杂测量现场中的空间遮挡问题的同时,从原理上消除了交会误差对测量结果的影响。     

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。     

基于数据加权融合的wMPS系统定向方法

为了提高室内空间测量定位系统(wMPS)的定向 精度,提出了一种数据加权融合实现wMPS 各发射站间定向的新方法。方法引入激光跟踪仪控制场三维坐标约束和wMPS发射站光平 面约束,将测 量不确定度转化为权重进行优化分配,推导了误差传递函数,将摄影测量中的坐标系转换方 法用于单个 wMPS发射站与全局坐标系间的坐标转换初值的计算,最终建立数据加权融合的定向数学模 型并实现解算。 仿真表明,利用本文方法,定向平移量误差在0.09mm以内,用四元 数表示的旋转角误差在2.4＂以内。 按照本文方法定向后的系统,在8m×5m×4m的范围内进行实验,点位测量精度优于0.21mm,基准尺长比 对精度优于0.1mm。实验表明,本文方法与传统的利用已知控制点进 行定向的方法相比,定向精度得到了明显提高。     

分时多频外辐射源雷达发射站定位方法

分时多频(Time-Division-Multifrequency)数字电视外辐射源雷达以分时切换方式轮流接收来自多个发射站的目标反射信号从而提高探测性能。但在实际应用中发射站位置往往不能预先获得而需要现场实时测量,为了解决这个问题,本文建立多发单收外辐射源雷达目标定位模型并结合时间对齐后多个收发对的目标量测,得到发射站位置存在偏差情况下的目标状态,从而构造出以发射站坐标偏差为参数的伪量测方程;通过扩展卡尔曼滤波处理求解所求参数,并通过牛顿迭代法以补偿线性化所带来的误差,从而得到发射站精确位置。仿真结果与分析表明,此方法可以有效地对发射站进行定位,且收敛速度较快。     

基于测距传感器的WMPS非接触测量方法

为了解决现有的工作空间测量定位系统（WMPS）中柔性待测物表面形变及大尺寸测量空间内遮挡等问题,提出了一种基于测距传感器的非接触测量方法,并设计了基于该方法的测量靶。首先建立了该方法的测量模型,将测量靶抽象为若干个控制点和一个矢量;然后通过发射站的数学模型推导出了测量靶姿态迭代解算方法,并通过单位四元数估计法给出了该迭代算法的初值生成方法;最后采用自标定方法对测量靶进行了参量标定,并依托天津大学研制的WMPS系统进行了精度验证实验。结果表明,该测量靶的重复性测量精度为1mm,距离测量精度为2.5mm。该方法使得WMPS系统的测量范围扩大并保持了较高的空间3维坐标测量精度。     

工作空间测量定位系统最佳测量点的确定方法

工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System,wMPS)是一种基于旋转激光扫描平面交会的室内大尺寸定位系统.它可实现计量精度的三维坐标测量,主要应用于制造加工及装配领域的测量和检测任务.作为一种大尺寸的测量系统,与中小尺寸测量系统相比,它的测量空间与测量精度的矛盾更加突出.如何寻找此系统所覆盖测量空间内精度最高的一个点或者以此点为中心的一个区域是一个非常重要而且有意义的问题.从该测量系统的测量原理出发,与传统经纬仪相对比,给出一种利用解算方程系数矩阵的条件数作为评价空间交会优劣的评价模型,继而引入粒子群算法来求解测量空间内的最佳测量点,实验结果表明:评价模型和对应的求解方法是正确的,也是有效的,利用此方法得到的测量点为中心的区域坐标不确定度最小,而且此方法为今后的发射站布局问题的研究打下了有益的基础.     

光学坐标测量系统中的关键技术

光学坐标测量系统是建立在数字近景摄影测量技术基础上的一种新型精密测量系统，具有便携性好、精度高、测量范围大、受环境干扰小等优点，适合工业工程的现场测量。针对工业现场精密测量的需求，对摄像机模型进行了分析，提出了摄像机残差修正问题，给出了修正方法及基于双目立体视觉原理的通用坐标测量数学模型。搭建了完整的光学坐标测量系统，测量精度优于±0.1 mm/m。     

一种工业机器人柔性在线坐标测量系统

结合白车身焊装过程尺寸监控的实际需要,设计了一种基于机器人和视觉测量的在线坐标测量系统,提出利用机器人运动学模型计算坐标后进行坐标平移修正的方法,有效消除运动学模型与参数误差,充分利用机器人较高的重复定位能力,提高了测量系统精度,并且测量系统具有较高柔性,可以测量空间任意点,快速计算修正值,保证被测点的坐标精度,全面满足柔性生产线的测量需要。与三坐标测量机的比对实验证明,本系统99%测量点的测量误差小于0.4mm。