阶梯轴类零件激光在机测量误差补偿研究

轴类零件主要用来传递转矩和承受载荷,常通过数控车床加工而成其精度要求高,可用激光位移传感器对其轮廓信息进行采集,但由于机床存在位置及运动误差等,使得在机测量精度较低。因此为提高测量精度,提出面向阶梯轴类零件激光测量的实时误差补偿算法,并分别对补偿前后台阶测量点云进行模型重构,对比分析其测量误差。对比分析结果验证了补偿算法的有效性。台阶面测量表明,经几何关系修正后,其平面测量误差与三坐标测量结果差值为0.002 mm,证明测量拟合精度高。     

CCD作为探测器用于激光角跟踪系统的研究

本文讨论了 CCD 激光角跟踪系统的工作原理,分析了 CCD 激光角跟踪系统的探测距离和测角精度,并将 CCD 系统与传统的四象限系统作了比较,同时论述了用于CCD 系统的电子快门技术和像增强器技术。文章最后提出了 CCD 系统比传统的四象限系统,具有较大的优越性。     

基于四象限探测的激光粒度仪自动对中技术

针对激光粒度仪手动对中自动化程度低、不易调整等问题,提出了基于四象限对中单元的新型50通道光电探测器的自动对中方法。该方法根据光束是否处于四象限探测器的感光范围,将自动对中过程分为粗对中和精对中两部分。当光束不在四象限探测器的感光范围内时,可根据探测器的特定结构进行粗对中;当光束处于四象限探测器感光范围内时,根据四象限探测器产生的光电流强弱判断探测器的运动方向进行精对中。在粗对中过渡到精对中后采取变步长方式,通过比较对中精度和对中所需时间确定算法的最佳截止条件。完成了激光粒度仪自动对中系统硬件和软件的设计,实验验证了对中系统的可靠性与准确性。结果表明,最终的对中分辨率高于5μm。使用该技术对标准颗粒样品进行了测量实验,结果证实自动对中后的测量数据符合国家激光粒度仪校准规范的要求。     

激光透射法磁珠浓度测量系统

磁珠广泛应用于免疫检测、细胞分离等生物实验中,磁珠浓度的检测对于评价实验效果具有重要意义。本文提出了基于激光透射法的双光路磁珠浓度测量系统,通过测量入射激光强度与透射激光强度的比值来确定磁珠浓度。利用该系统对多个浓度的磁珠悬浊液进行了实验测量,每个浓度下测量多组实验数据,共采集了8 000组数据。通过拟合测量数据,建立了磁珠浓度与测量值的关系函数,二者呈现指数函数关系,拟合残差平方和为0.000 088 89,确定系数可达0.997 1,说明函数具有良好的拟合性能。实验结果表明,相对测量误差在2.5%以内,输出值相对波动范围在2.5%以内,测量系统具有较高的测量精度和良好的重复性。     

改进的Kalman滤波算法在飞行器测距中的应用研究

为了解决四旋翼飞行器避障系统中激光和超声波传感器测距数据误差较大的问题,设计了一种改进的Sage_Husa自适应Kalman滤波算法。首先,在算法中引入遗忘因子,修正观测噪声协方差,校正数据结果,并使用Sage_Husa法对传统自适应Kalman滤波算法进行简化;然后,针对不同材质的障碍物墙面进行测距实验;最后,将结果与单一传感器和传统Kalman滤波算法的实验结果进行对比。结果显示,改进的Kalman滤波算法使激光和超声波传感器测量数据的融合结果更加稳定、准确,证明该算法能有效提高传感器的测量精度。     

激光跟踪仪多基站转站精度模型与误差补偿

为实现大空间域激光跟踪仪的高精度测量,本文针对由转站误差导致的激光跟踪仪分时多基站测量精度难保证的问题,提出了基于多站位下单台激光跟踪仪测量误差的转站误差模型与转站参数修正的补偿方法。首先分析了激光跟踪仪测量误差的来源以及具体形式,阐述了激光跟踪仪测量误差影响空间任意点测量精度的具体形式;其次分析了激光跟踪仪的随机测量误差和系统测量误差对多基站转站参数求解精度的影响。在此基础上,建立了考虑随机、系统测量误差的激光跟踪仪多基站转站误差模型和转站参数误差补偿模型。蒙特卡洛仿真结果表明:当激光跟踪仪的长度测量误差为0.5μm/m,角度测量误差为5μm+6μm/m时,最大转站误差为0.174 7mm,补偿后最大转站误差为0.04mm,转站精度提高了77%。分时多基站转站测量实验结果表明:直接转站测量时最大转站误差为0.054 2mm,补偿后转站误差为0.033 1mm,转站精度提升了38.9%。激光跟踪转站补偿后测量精度有明显的提高。     

动态精度理论研究与发展

本文分析了传统动态精度理论局限性,给出了全系统精度理论的传递链函数及其误差模型,在此基础上,提出了一种新的思想,即动态测量误差溯源与精度损失诊断问题。该思想对提高动态测量系统的精度易恢复性、优化动态测量系统的组成与匹配具有重要意义。     

基于误差传播理论的PnP问题姿态精度分析

提出了一种在辨识一组典型特征点误差关系的基础上,建立间接测量值与直接测量值之间的最有利函数关系,并根据误差传播理论综合其他特征点的误差影响,最终获得完整的方位、俯仰和倾斜角误差数学模型的PnP问题误差分步分析新方法。以P4P问题研究为例,推导得到了单目视觉测量中相关参数和变量的误差函数解析式,揭示了影响姿态测量精度的误差规律。经P4P姿态解算仿真,验证了误差数学模型的正确性,以及基于误差传播理论的误差分步方法的有效性。分析误差数学模型可以看出:在单目视觉测量参数确定的条件下,方位角测量误差与方位角值无关,与相机高度和合作标志尺寸的比值成正比,在较大范围内俯仰和倾斜角变化对方位角测量误差影响小;俯仰/倾斜角的测量误差与俯仰/倾斜角值有关,与相机高度和合作标志尺寸比值的平方成正比;方位角测量误差小于俯仰/倾斜角测量误差。给出的分析方法和误差解析数学模型对单目视觉测量系统设计有指导作用。     

弯管非接触测量的一种新方法

采用半导体激光器和光敏二极管改进接触式弯管测量机的测量叉,实现对弯管的非接触测量。给出了测量原理,建立了数学模型,分析了该方法测量误差产生的原因,提出了提高测量精度的措施。与接触式方法进行了测量对比,结果表明该方法具有较高的测量速度与精度。     

红外成像系统的调制传递函数测试

研究了刃边法测试光学系统调制传递函数(MTF)的原理,提出将改进倾斜刃边法用于红外成像系统MTF的测量。考虑刃边倾斜角度的测量误差和噪声干扰会引起红外系统MTF的测量误差,采用Canny算子、直线拟合和边缘扩散函数(ESF)重构行数变动等方法来提高MTF的测试精度;同时针对ESF与线扩散函数(LSF)提出有效的降噪算法来降低噪声对MTF测试精度的影响,从而系统地降低了MTF的测量误差。搭建了实验平台,以红外成像系统的理论模型和实测参数得到的MTF曲线为依据,实验验证了本文方法的有效性,测试分析了刃边倾角的变化对MTF测试精度的影响。实验结果表明:通过本文方法测试得到的MTF曲线的测试精度为0.010,测试重复精度为0.008,刃边倾角保持在2°~10°。实验结果显示:本文方法有效地降低了刃边倾角的测量误差和噪声干扰对MTF测试产生的影响,测试结果具有良好的重复性。     

结构光三维测量中的亚像素级特征提取与边缘检测

提高采样频率和检测精度是目前结构光三维测量研究中的关键问题。传统的结构光测量主要通过提取光条中心线来求取物体表面轮廓特征。以激光线光源为结构光光源,提出了针对单条线型激光光束的双特征线提取方法,从而使采样频率提高一倍。同时在算法中引入亚像素检测思想,实现对激光光束的亚像素级特征提取,提高了测量精度。对激光光束宽度与物体表面倾角的关系进行分析,利用Lambert漫反射模型,给出了物体表面倾斜时的阈值修正算法,试验结果验证了算法对提高测量精度的有效性。     

圆光栅角度传感器的误差补偿及参数辨识

基于正弦函数和粒子群算法提出了一种误差补偿及参数辨识方法,用于提高圆光栅角度传感器的测量精度。使用光电自准直仪和金属多面体对圆光栅角度传感器的测量误差进行了离散标定,通过对标定数据的频谱分析,发现传感器测量误差主要由几种不同频率的正弦函数信号组成,由此提出了一种基于正弦函数的圆光栅角度传感器误差补偿模型。补偿模型中包含7个待定常量,本文采用粒子群算法求解这7个待定常量以克服最小二乘法无法收敛的问题。以待定常量为粒子位置坐标,以平均误差为适值函数,建立了一种基于粒子群算法的参数辨识模型,并根据参数辨识模型求出最优的待定常量。应用补偿模型对关节臂式坐标测量机的6个圆光栅角度传感器测量误差进行了补偿,结果表明:补偿后各角度传感器的平均测量误差减小了约398～1102.5倍,大大地提高了传感器的测量精度。     

神经网络在激光位移传感器误差补偿中的应用

为降低入射角对激光定位移传感器测量精度的影响,提出一种新型的误差补偿方法：先采用ＢＰ神经网络实现测量误差与法矢章动角和进动补偿方法可有效地提高激光位移传感器的测量精度。在此基础上,提一步提出了自由工面测量误差的补偿方法。     

垂直导向钻井工具安装误差的单象限校正

井下钻具姿态惯性测量单元(IMU)的安装误差降低了近垂直姿态的测量与解算精度。基于近垂直姿态下测量值与理论值之间的关系矩阵,推导其关系矩阵各项的相对误差,分析表达式各项相对误差特征,提出一种单象限校正方法。近垂直姿态下,采用单一象限内相对均匀的三组测量值得到一个校正矩阵,并对该象限内全部测量数据进行校正。姿态解算结果表明,与传统方法相比,单象限校正方法能有效提高姿态参数解算精度3.3倍以上。     

风速风向测量误差补偿算法的研究

为了提高风帆助力船舶中风速风向的测量精度,提出一种基于空间模型的风速风向测量误差补偿算法.首先建立了船舶运动状态下风速风向矢量的空间模型.在应用超声波风速风向测量技术的基础上,通过空间测量的方法确定测量误差与空间倾角的对应关系,并对测量误差进行单向拟合补偿计算和空间拟合补偿计算.最后,经过大量的实验和测量数据的对比,验证了基于空间模型误差补偿算法的有效性和可行性.从而解决了一类风帆助力船舶辅助推进控制系统的风速风向空间测量的误差补偿问题,使得风速风向测量精度满足风帆辅助推进控制系统的要求.     

外场激光光斑中心检测算法研究

激光光斑中心检测是光学测量中常用的关键技术。检测算法的精度及速度直接影响了测量的精度及速度。针对外场环境下干扰较强的特点,研究了重心法、Hough变换法以及圆拟合算法,通过理论分析与实验,提出一种改进的激光光斑中心检测算法,提高了中心检测的精度、速度及抗干扰性,可用于外场环境的实时光学测量。     

基于双线激光基准的盾尾间隙测量方法研究

针对现有众多盾尾间隙自动测量方法中普遍存在的精度低和可靠性差等问题,提出了一种基于双线激光基准标尺的视觉测量新方法。通过两道平行布设的窄线形激光构建观测基准,利用传统图像处理技术捕获盾壳与管片的关键特征,结合标尺反算误差补偿技术,实现在盾构掘进过程中盾尾间隙测量值的高精度实时解算。现场实验表明,本文所提出的方法的重复性测量精度优于1.2 mm,绝对测量精度优于2 mm,测量误差小于1.5 mm,该方法可以实现盾尾间隙自动化实时精确测量且具备较高的可靠性,现已应用在我国多个地铁隧道施工现场。     

全系统动态测量精度理论的基本问题

动态测量已成为现代测量技术发展的主流趋势,但对动态测量系统的描述和评价仍沿用传统的静态测量理论,本文提出全系统动态测量精度理论新概念,并论述了传递链函数和全系统动态测量误差等基本问题,为深入研究这种新颖理论建立了必要基础     

激光测量几何误差补偿算法

激光技术作为重要的测量手段,已经被广泛的应用到精密运动控制系统中。激光测量误差直接影响到运动控制系统的控制精度,其中阿贝与余弦误差等几何误差对激光测量精度影响显著,在精密运动控制中必须予以补偿与校正。以精密运动台多维激光测量模型为基础,介绍了阿贝与余弦误差产生原因。在不考虑激光干涉仪的加工和安装误差的情况下,推导了运动台存在倾斜角度下的阿贝与余弦误差计算模型,在此基础上给出了激光测量数据误差补偿模型,以实现测量数据的实时补偿与修正。算法已经成功应用在实例中,表明该算法的有效性与可靠性。     

全系统动态测量精度的基本问题

动态测量已成为现代测量技术发展的主流趋势，但对动态测量系统的描述和评价仍沿用传统的静态测量理论，本文提出全系统动态测量精度理论新概念，并论述了传递链函数和全系统动态测量误差等基本问题，为深入研究这种新颖理论建立了必要基础。