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。     

关节臂式坐标测量机测量力误差分析及补偿

针对接触测量力对关节臂式坐标测量机(AACMM)测量精度的影响展开研究。对测量力引起的长度测量误差进行理论和实验分析,得到测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形是影响关节臂式坐标测量机测头精度的主要因素。建立了关节臂式坐标测量机测头与被测件的局部变形、测杆的弯曲变形的数学模型,并对测量结果进行了测量力误差补偿。实验结果研究表明,测量力引起的误差对接触式关节臂式坐标测量机测量精度影响很大。通过本研究成果,可在很大程度上补偿测量力引起的误差:平均长度测量误差降低82%左右,最大误差降低约47μm,有效地提高了关节臂式坐标测量机的测量精度。     

二维线性模组空间运动误差实时测量

为实时检测二维线性模组的运动误差，搭建了误差实时测量系统。该系统由四自由度运动误差测量模块、滚动角误差测量模块和线性光栅尺组成，实现单轴六自由度运动误差测量。基于齐次坐标转换矩阵（Homogeneous Transformation Matrix,HTM）原理构建二维模组的空间误差模型，对功能点的实际空间位置进行表示；完成测量系统标定实验，并基于阿贝-布莱恩原则处理实验数据完成比对实验。最终，测量系统的定位误差、直线度误差和角度误差测量精度分别达到±1.2μm，±1.3μm和±1′′，并根据空间误差模型分析二维线性模组XZ平面对角线位置的测量误差。结果表明，使用二维线性模组空间误差模型求解后，XZ平面对角线位置的测量误差由68μm降至13μm，证明采用该系统进行线性模组误差测量是有效的；此外，因为加载状态下二维线性模组各位置的运动误差会改变，为验证测量系统能够实时测量出线性模组的空间误差变化，在Z轴滑块上加装质量为2 kg的标准砝码进行对照实验。结果显示，在使用二维线性模组空间误差模型求解后，XZ平面对角线位置的测量误差由56μm降至14μm。     

组合式大尺寸测量系统坐标转换方法的误差补偿

针对激光跟踪仪和柔性关节坐标测量臂组合测量系统坐标转换过程中临时基准点引入测量误差不可控的问题,提出了利用标准杆件几何约束取代临时公用基准点的方法控制测量误差。根据经典平差最小二乘法原理和坐标系近似转换方法推导坐标转换的七参数坐标误差公式,并对该方法进行理论描述和蒙特卡洛仿真验证。通过现场测量试验,将测量结果与传统方式测量的结果相对比,证明此约束方法能够提高组合测量系统坐标转换精度,达到误差补偿的目的。     

视觉测量齿轮定位偏心对齿距测量精度的影响

为了提高中小模数直齿圆柱齿轮视觉测量仪齿距测量精度,分析了在视觉坐标系内齿轮基圆定位偏心对齿距测量误差的影响规律。通过理论分析和仿真计算得出基圆定位偏心导致齿廓初始相位角误差的正弦曲线模型,进而研究了基圆定位偏心对齿距测量误差的影响。根据视觉测量仪相对法测量齿距原理,推导出齿距测量误差增量公式,并在齿轮视觉测量仪上对实际齿轮进行了测量实验。实验结果表明,提出的基圆定位偏心所导致的齿距测量误差增量模型具有较高的计算精度,可以用于齿轮视觉测量仪器研发时的精度分析;当偏心量e≤40μm,定位误差Δψ_j≤1°时,可以满足5级精度齿轮的测量要求;对于齿数z≥45的齿轮,可以采用双齿距测量方法来提高视觉测量效率,能够满足5级精度齿轮的测量要求。     

远距离三维坐标测量中双目视觉系统结构参数的优化

针对双目视觉系统对远距离大视场复杂地形环境下目标点三维坐标的测量,研究了优化系统结构,提高双目视觉系统坐标测量精度的方法。分析了系统结构参数对测量精度的影响,通过在监测区域内设置靶标对系统进行标定。测量时,将获取的目标点图像信息代入测量模型进行解算,从而获得目标点的空间三维坐标。仿真分析了系统结构参数中调平传感器精度以及系统布局方式对三维坐标测量精度的影响,得出了其误差影响趋势。在此基础上,提出系统调平传感器精度为±0.1°的要求以及系统合理的布局方式,为构建双目视觉测量系统的布局提供参考。对直径200m的区域进行了监测,结果显示目标点的相对定位误差均小于0.33%,满足系统的精度指标要求,同时使得系统现场架设更加方便快捷,避免了盲目性。     

ZC1蜗杆齿廓测量测头对准误差修正

测头对准误差对齿轮测量中心ZC蜗杆齿廓偏差测量结果的影响较大,需要建立测头对准误差修正方法。基于ZC1蜗杆齿面方程,建立了蜗杆轴向齿廓测量误差模型,修正得到轴截面上齿廓测量点的轴向坐标,再依据精度标准评定得到蜗杆齿廓偏差,并分析了蜗杆的不同头数、模数和分度圆直径对蜗杆轴向齿廓测量误差的影响规律。在齿轮测量中心上开展了蜗杆轴截面齿廓测量实验,测头对准误差对齿廓形状偏差的影响较小;测头对准误差修正前后齿廓测量总偏差的最大差异由1.2μm降为0.2μm;齿廓形状测量偏差的最大差异由0.5μm降为0.3μm;齿廓倾斜测量偏差的最大差异由2.5μm降为0.4μm。该方法可有效减小齿轮测量中心测头对准误差对蜗杆轴截面齿廓偏差测量的影响。     

四路激光跟踪柔性坐标测量系统的跟踪器设计

激光跟踪器是激光跟踪坐标测量系统的关键部件。采用双电机驱动的单转镜结构,模拟式的P ID与单片机的数字式P ID相结合的闭环控制方案,设计了一种新型的激光跟踪器。该跟踪器具有跟踪快速、平稳,反射基点在跟踪过程中保持不动,跟踪精度高等优点,并成功的应用于四路激光跟踪柔性坐标测量系统。实验表明,激光跟踪测量系统的有效跟踪速度优于0.4m/s,综合测量精度1.2μm。     

单线阵CCD光电测试系统测量精度评估方法

为了科学合理地评估单线阵CCD光电测试系统的性能,提出一种测量精度的评估方法。首先,分析激光光源与光学镜头主点沿水平方向的距离、投影板与光学镜头主点的竖直距离、光学镜头焦距三种光学结构参数对测量误差的影响;然后,讨论坐标测量误差随x和y坐标值变化而变化的趋势,并推导误差公式。通过模拟实弹验证可知,靶面为1m×1m时,坐标x、y测量误差Δx、Δy的均值分别为-5.6mm和15.2mm,且x坐标测量误差的标准差σ_x为4.5mm,y坐标测量误差的标准差σ_y为14.3mm。模拟实弹试验结果与理论分析结果基本一致,证明该评估方法正确可行。     

一种棱边共面度气动测量系统的设计

提出了一种基于差压式气动测量原理的滑阀节流棱边共面度误差的非接触式测量方法,建立了基于该方法的自动测量系统,并进行了实验研究。实验结果表明,滑阀节流棱边共面度气动测量系统的测量误差不超过0.5μm,差压式气动测量方法完全能够满足滑阀节流棱边共面度误差实际测量的精度要求。     

不透明物体双面图形相对位置的测量

本文提出了对不透明物体双面图形相对位置进行测量的几种不同方法，并讨论了提高测量精度的措施。实验表明最大测量误差为8μm。     

基于构建最优函数提高飞机姿态测量精度

提出了基于构建最优函数来提高飞机姿态测量精度的方法.首先,利用模板匹配法获得飞机在两个测站投影的同名特征点,在发射坐标系下采用交会获得飞机同名特征点的坐标值,根据飞机在空间的特征三角形解算飞机姿态的初值.然后,建立飞机体坐标系;利用成像的共线方程,重新计算空间特征点对应的像点坐标;以重投影结果与实际像点之间的偏差最小作为优化目标函数.最后,通过迭代提高目标姿态解的精度.实验结果表明,飞机轴向成像在大于500pixel时,姿态角测量误差小于0.1°.与中轴线法及飞机角平分线方向向量法测量精度比对,本文提出的方法采用的数学模型正确、算法合理,有效地提高了飞机姿态的测量精度.     

基于坐标法的环面蜗杆测量系统

针对现有测量方法存在的问题,基于测量状态与加工状态一致的检测原理,设计了环面蜗杆精度测量原理。通过设置自动标定程序和高精密时栅转台使系统自动建立三维空间的测量坐标系,并利用坐标旋转法测得测头的回转半径。采用随动控制方式来测量环面蜗杆各齿面的点在测量坐标系中的坐标值,从而得到环面蜗杆的精度。系统采用金字塔式的结构使系统更稳定、可靠性强。通过实验,验证了本方案的可行性,测得环面蜗杆螺旋线的误差为±4μm。对系统进行等精度重复性实验,系统的极差为0.9μm,方差分析说明各测量点的误差值无显著差异。     

基于立体视觉的旋翼共锥度动态测量系统精度分析

为了提高基于立体视觉的直升机旋翼共锥度动态测量系统的精度和可操作性,全面分析了其测量误差。首先,介绍了测量系统模型及误差来源;其次,分析了双目立体视觉静态三维测量的误差;再次,针对旋翼共锥度的多目标动态测量特点,分析了系统安装误差对共锥度解算精度的影响;最后,利用原理样机进行了6 058次静态测量重复实验,通过统计分析可知静态测量误差小于1.4 mm。对动态测量误差进行了仿真实验分析,给出了各参数对精度影响的量化结果,为实际共锥度测量的误差控制提供了理论依据。在标记点安装精度小于10 mm的情况下,动态测量误差小于3.5 mm,合成产生的总测量误差小于4.9 mm,能满足旋翼共锥度动态测量精度要求。     

基于激光三角法的小物体尺寸测量及三维重构系统

根据激光三角测量法原理,设计了一套采用旋转平台的单目物体形貌测量系统。详细介绍了系统建模和硬件组成,并根据解析几何知识和系统的硬件特性,提出了标定坐标校正方案。最后,结合圆柱和圆锥体的测量数据对系统的测量精度进行了分析,并给出了尺寸介于4~30mm的被测对象三维重构图。实验结果表明,系统测量误差小于3.5%,该系统可望应用于宝石等小物体的三维测量、逆向工程以及优化设计中。     

机载测量平台中的坐标转换误差分析

为了提高机载测量平台的定位精度和引导精度,利用齐次坐标转换法推导了从大地坐标系到望远镜坐标系的转换方程,并在此基础上建立了误差分析的数学模型.运用蒙特卡罗法的思想,综合分析了机载测量系统中各参数对结果的影响.提出了改善平台测量精度首先要解决的就是载机姿态精度;其次是载机(或目标)的位置精度;此外,通过数据处理来提高定位精度也是有效的方法.实验结果表明:姿态精度从0.3°提升至0.1°后,定位精度和引导精度都可提高30%;载机位置精度从20 m提升至5 m后,定位精度可提高9%.分析过程和结果对机载测量平台的设计有一定的参考价值.     

飞行物落点自动测量系统及其测试基准的建立

介绍了一种飞行物落点坐标自动测量系统,它可在1km远处对直径400m的圆形区域进行实时监测,且坐标测量误差不大于±2m。在建立了测量数学模型之后,提出了适用的测试基准建立方法,并对基准建立后的系统误差进行了分析计算。最后通过实验验证了系统测量原理及测试基准建立方法的可行性。     

激光跟踪测量系统角度自动校正装置设计

激光跟踪测量系统是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统,利用激光干涉测长、精密测角及目标跟踪技术,可对任意点的空间位置进行实时跟踪测量。然而,目标反射器接收角度的大小严重影响了激光跟踪测量系统角度测量精度,为解决激光跟踪测量系统在动态测量中因角锥棱镜逆反射器接收角度范围限制而导致无法测量问题,研制开发了一种能使激光跟踪测量系统在动态条件下连续测量的角度自动校正装置。它主要由精密圆形导轨和角度方位自动调节机构组成,能使角锥棱镜在动态测量过程中始终指向激光跟踪测量系统,从而实现在动态条件下的连续工作。最后利用研制角度自动校正装置对激光跟踪测量系统进行了角度误差补偿实验,结果表明该装置使激光跟踪测量系统的水平角测量误差由34.69µm减小到9.71µm,垂直角测量误差由35.43µm减小到10.03µm,从而有效地提高了激光跟踪测量系统的角度测量精度。     

弹落点坐标测量系统的快速校准方法及精度分析

针对弹落点坐标测量系统的使用环境及精度要求,提出了一种仅对焦距及光轴水平偏角进行现场校准的相机参数快速获取方法。通过分析坐标解算模型,得出线性的校准方程,利用测量区域内两个坐标已知点(靶标),多个视觉传感器可一次完成校准。通过精度分析给出了该方法下最优的靶标摆放位置。该方法具有校准速度快,精度较高,实用和算法性能分析容易等优点,适用于远距离、大范围视觉坐标测量中相机参数的获取,尤其是野外坐标测量。实际应用中, 在1 200 m外对直径400 m靶区进行监测时,该方法可保证区内各点的坐标测量误差均小于0.3 m。     

基于PSD的孔径测量系统设计

为了适应现代化生产和在线检测,提出了应用位置敏感探测器及激光三角法原理实现非接触内径测量的测量系统设计方案。分析了位置敏感探测器工作原理,系统测量原理,及电路原理和电路元件参数,实现了微弱电流的提取、放大、转换。整个测量系统的测量范围为1mm,采用加工精度为1μm、直径为90mm的内径标准件对测量系统进行精度校验,实验表明,在1mm测量范围内系统测量精度高于5%。