激光测头数控仿形跟踪控制算法

分析了曲面数控仿形加工的关键技术,针对基于激光非接触测量的数控仿形加工,提出一种测头速度控制算法,解决了复杂曲面高速、高精度仿形测量与加工的问题。     

3维激光切割加工法矢测量系统

为了提高３维激光加工中示教录返编程的精度和效率,本文利用借机测量系统的概念,并采用激光点光源测头和３点测量法,研制了用于现有数控５轴联动激光切割机的法矢测量系统,通过精确测量加工轨迹上型值点的领域信息来实现加工所需信息－法矢的测量。     

激光在机测量系统的实现

为了能在加工航空发动机关键零部件(如叶片)等复杂曲面零件的过程中实现快速在机测量,研制了非接触式激光在机测量系统。分别介绍了测量系统的工作原理,机械结构和电控系统。该系统主要由激光测头、无线传输电路、可充电锂电池、转接基座、刀柄和外壳等部分组成。为了实现机床的加工模式与测量模式之间的快速切换,其采用刀柄式的安装方式,从加工叶片切换到在机测量时,机床只要运行换刀程序,即可实现叶片加工到叶片测量的转换。此外文中还针对在机测量系统的电控部分研制了通过无线传输的数据采集系统。为了验证所研制的在机测量系统的实用性和有效性,在五轴叶片加工中心上进行了叶片截面测量实验,结果显示其测量精度为20μm,测量时间为10min。验证结果表明所研制的激光在机测量系统能够高效精确地完成叶片型面的测量任务。     

汽车模具复杂棱脊和沟槽的数字化及激光加工轨迹规划

针对大型汽车冲压模具复杂棱脊和沟槽的数字化问题提出了三维自适应测量算法。为适应于激光表面强化加工的特殊要求,在后续测量数据处理过程中建立了复杂棱脊和沟槽的简化数学模型,提出了六维激光加工轨迹规划算法,并进行了测量和加工试验验证。上述算法都已应用到集成化柔性激光加工系统中。     

线结构激光仿型测量中的视觉跟踪算法

分析国内现有线结构激光测量系统的特点,提出一各地ＣＮＣ系统的线结构激光仿型测量的视觉跟踪算法;该算法给出了一套较为完整的跟踪策略,解决了超视距和成像则头的自适应调节问题。     

汽车模具棱边的三维自适应测量及六维加工轨迹划分

针对大型汽车冲压模具棱边数字化的问题提出了三维自适应测量算法。为满足激光表面强化加工的特殊要求，在后续测量数据处理过程中建立了复杂棱边的简单模型，提出了六维加工轨迹划分算法，并对算法进行了加工实验验证。所提出的算法已应用到集成化柔性激光加工系统中。     

飞机数字化装配测量系统研究

飞机数字化装配测量系统对飞机数字化装配工作有着重要的辅助作用,使得飞机装配定位工作更加简单、精确,对降低飞机制造成本、提高装配质量和装配效率有重要意义。分别从3个子系统即激光跟踪测量系统、数据处理系统和实时运动仿真系统,对飞机数字化装配测量系统进行研究和实现;实现了激光跟踪测量系统的初始化、数据采集和动态测量等功能,在对装配过程数据模型处理的矩阵分析研究的基础上,实现了装配场景的实时运动仿真,进行了装配件位置偏差的计算;通过实践检验,该系统能够运用于数字化装配工作中。     

集成激光位移传感器和编码器的曲面仿形测头研究

为实现对大量程自由曲面的高精度仿形测量,提出了一种利用闭环运动控制技术集成激光位移器和线性编码器的新方法。采用线性编码器和精密线性机构以及运动控制卡组成Z向位移量伺服随动系统,步进电机自动调整激光位移传感器位置使其工作在中心范围(95～105mm)内,线性机构位移量可由线性编码器测量得到,自由曲面的起伏变化可通过激光位移传感器和线性编码器的输出而得到。与激光位移传感器进行了线性度、示值误差以及重复性等精度参数对比实验,结果表明系统在扩大测量范围的同时具备较高的测量精度。     

面向神经网络的智能测量与加工集成研究

面向神经网络的智能测量与加工一体化集成是多学科交叉和综合集成的先进制造技术。五维柔性框架式激光加工机器人系统使智能测量与激光加工一体化得以实现。文章通过神经网络的智能控制研究,从自适应测量所得到的离散点到数据智能化处理,并通过集成分析,对加工轨迹数据的生成进行了研究和加工面重构。为高精复杂产品实现智能测量与加工一体化集成指明了方向,成为一种高新技术迅速发展并构成多学科交叉的知识创新工程新领域。     

超精密机床激光干涉测量系统误差分析及补偿

详细分析了超精密机床加工中,激光测量系统误差组成及其产生机理,给出了有效的修正和补偿手段.影响激光测量系统精度和重复精度的主要误差因素可分为3类：内部误差、环境误差和安装误差.通过实例分析精密机床四轴激光测量系统,设计出了四轴激光测量光路,实现超精密工作台的X、Y、Rz三自由度位置反馈,给出了影响测量精度的误差因素以及对系统精度的影响大小.     

脉冲激光测距中信号处理系统嵌入式设计与实现

脉冲激光测距是一种技术先进、应用广泛的测距技术。介绍采用嵌入式设计实现基于脉冲激光测距原理的测量系统,着重论述了以可调节增益放大器和高速模数转换器为基础的电路设计,给出了硬件和软件的设计方法,实现了高精度时间间隔测量,并研制了专用的嵌入式检测仪器,具有良好的测距效果。该电路成本低、测量精度高,特别适合于大批量生产、低成本要求的应用。     

Compensation of installation errors in a laser vision system and dimensional inspection of automobile chassis

Laser vision inspection systems are becoming popular for automated inspection of manufactured components. The performance of such systems can be enhanced by improving accuracy of the hardware and robustness of the software used in the system. This paper presents a new approach for enhancing the capability of a laser vision system by applying hardware compensation and using efficient analysis software. A 3D geometrical model is developed to study and compensate for possible distortions in installation of gantry robot on which the vision system is mounted. Appropriate compensation is applied to the inspection data obtained from the laser vision system based on the parameters in 3D model. The present laser vision system is used for dimensional inspection of car chassis sub frame and lower arm assembly module. An algorithm based on simplex search techniques is used for analyzing the compensated inspection data. The details of 3D model, parameters used for compensation and the measurement data obtained from the system are presented in this paper. The details of search algorithm used for analyzing the measurement data and the results obtained are also presented in the paper. It is observed from the results that, by applying compensation and using appropriate algorithms for analyzing, the error in evaluation of the inspection data can be significantly minimized, thus reducing the risk of rejecting good parts.     

基于球形目标的激光位移传感器光束方向标定

搭建了非接触式的三坐标测量系统以便精密测量三维型面。将激光位移传感器通过具有两个回转轴的回转体安装在测量机的Z轴上,从而可根据待测表面的形状来调整传感器的方位。为了使传感器在各个方位上实现测量功能,提出了基于球形目标的光束方向标定方法,并详细阐述了其数学原理。标定时,驱动测量机使传感器分别沿测量机的X,Y和Z轴做等间距步进,根据步长和激光束长度的变化建立方程组求解出激光束所在直线的单位方向向量。最后,多次测量尺寸参数已知的六面体标准块规,检验了该测量系统的重复性。结果显示,该系统的测量不确定度为0.048mm;测量另一直径已知的被测球时,传感器在各个方位上的误差小于0.05mm,表明所提出的标定方法使测量系统达到了逆向工程的使用要求。得到的数据表明,本文所提出的方法有较高的标定精度和较好的重复性,为实现三维型面的快速扫描测量奠定了基础。     

Effect of slice thickness on the profile accuracy of model maker rapid prototyping measured by a circular triangulation laser probe

The objective of this research is to investigate the effect of slice thickness on the profile accuracy of the model maker (MM) rapid prototyping (RP) system, layer by layer, through non-contact laser probe measurement. A circular triangulation laser probe, model OTM-3A20, made by Wolf & Beck Co., was mounted on a coordinate measuring machine (CMM), as the non-contact sensor. An adjustment device for the laser probe was designed to minimise the cosine error caused by assembly inaccuracy. The alignment test of the measuring laser beam was carried out using a calibrated specimen. The systematic accuracy of the circular triangulation laser probe with respect to the surface roughness and the surface slope of the RP workpiece was investigated using a HP5529A laser interferometer system. The maximum error of 21/2D RP part profile accuracy can be improved from 220 μm to 131 μm, and the average error can be improved from 78 μm to 46 μm as the slice thickness changed from 0.127 mm (0.005 in.) to 0.0127 μm (0.0005 in). However, the machining time increases by about seven fold based on the experimental results. An overall error of 197 μm as measured by the laser probe is attainable using the finest slice thickness 0.0127 mm (0.0005 in.) for the 3D profile accuracy. To verify the accuracy of non-contact laser probe measurement, the 3D profile of the RP part was also measured by a CNC CMM, with good consistency.     

自由曲面的二维自适应测量及测球半径的三维补偿

基于贝塞尔方法提出了针对自由曲面的自适应测量算法,并与传统测量方法进行了对比。在对自适应测量数据的处理中,提出了一种新的基于离散点三角剖分的测球半径三维补偿算法。通过仿真和试验验证,上述算法已成功应用于集成化柔性激光加工系统中。     

在机测量线激光传感器安装位姿的全局标定

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器 安装位姿标定方法。 建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测 量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。 考虑了机床定位误 差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。 采用半径为 35 mm 的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标 定后圆孔测量误差为 0. 051 6 mm,测量精度提高了约 96% ,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。     

大型油罐容量计量中3D空间建模方法研究与比对试验分析

油罐的容量计量是石化企业生产运行的核心工作之一.为了提高计量检定效率,提出一种基于三维激光扫描原理的油罐容量全自动测量方法.讨论了一种扫描点云数据分析方法,通过三角网格和曲面拟和的方法计算出不同液位高度对应的油罐容积值.设计了对比试验系统,选取60 m~3和37 m~3两个标准油罐为研究对象,根据OIML R71和R80的技术要求,以0.025%准确度的容量比较法测量值为参考依据,三维激光扫描方法进行油罐容量测量具有好的复现性,而测得的容量值相对偏差满液位量程处可达0.4%,验证了这种方法的有效性,而且有效提高了油罐容量检定工作效率.     

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。     

雷尼绍MP10/OMP60测头系统在西门子840D中的应用

详细阐述了雷尼绍MP10/OMP60测头系统结合西门子840D数控系统实现工件/刀具测量的方法,包括硬件连接、软件设置、参数设置和测量循环的应用。