激光传感的机器人多层多道焊路径规划

由于工件的定位误差以及坡口加工误差导致离线编程中事先规划的运动路径和实际路径存在偏差,针对上述问题提出一种基于激光传感器获取焊缝信息自适应调整焊枪位置和姿态来纠正上述偏差的方法。首先从IGES格式文件中提取表示焊缝位置的图元信息,采用等弧长原则对曲线图元进行离散,并用直线插补方式指导激光传感器对工件扫描。根据扫描获取的焊缝位置信息自适应修正机器人目标点的位置和姿态并再次对工件扫描,获取工件坡口特征信息。最后根据坡口特征参数及焊接工艺的要求,确定其它焊道的偏移量,对修正后的基路径偏移及对焊枪姿态的调整,实现多层多道焊路径自动规划。     

基于多波长协作的切削液残留表面激光位移测量误差补偿方法

在加工测量一体化过程中,工件表面切削液残留形成的油膜会严重影响光学在机测量的精度。 现有的误差补偿方法通 常需要获取油膜介质的先验信息,如成分、厚度等。 而这些信息受加工形质、切削液随机分布等因素的影响难以实时获取。 为 此,本文提出一种基于多波长协作的切削液残留表面激光位移测量误差补偿方法。 首先设计并搭建了基于激光三角位移测量 的多波长激光测量系统,可利用多波长激光测量同一被测点位移。 通过引入柯西色散规律,建立光学系统与激光波长的解析关 系,并基于此推导出多波长激光测量内在的差分特性,最终实现误差补偿。 本文依此方法进行了实验。 结果表明补偿后测量误 差绝对值小于 0. 01 mm,与未补偿的测量数据对比,误差降低了至少 92% 。     

基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统

针对移动大尺寸圆柱体工件两端的表面形貌特征,利用三维激光扫描仪设计了一种快速长度在线检测系统。基于三维激光扫描仪可在短时间内连续高速获取大量测量数据的特点,系统在虚拟环境下构造出自适应测量形状的虚拟测量基准面,采用二维误差分离方法抑制系统误差和运动误差,识别定位工件两端端点并计算其到虚拟测量基准面的位移;最后结合多传感器融合模型获取三维位移场测量结果。另外,测试前用三坐标测量机精密测量过的相似形状圆柱体工件对系统进行了校准修正。为验证系统的精度和可靠性,分别对处于（1 000±25）mm内不同直径的圆柱体工件进行了长度检测。结果显示,系统可在1 s完成直径约为50 mm工件的长度测量,检测分辨力为0.010 mm,检测精度达到0.050 mm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和高效性,可满足在线生产中对大尺寸工件控制和检测的要求。     

激光扫描在工件角点定位中的应用方法

为了获取激光测量平面中工件角点的精确坐标信息,提出一种激光扫描在工件角点定位中的应用方法。利用安装在机械臂末端的激光传感器扫描工件从而获取工件在激光测量平面的三维几何信息。通过相邻两个采样点之间的高度差求出工件特征轮廓点坐标信息,结合欧氏距离大小关系确定同一个连通区域上工件的特征轮廓点,利用同一个连通区域上相邻的三个特征轮廓点间斜率的数值关系得出连通区域上角点的坐标信息。实验结果表明,利用该方法对工件进行检测,得到角点检测精度为,检测平均时间在0.5s内,检测结果有效可靠,能满足精度要求,为工件在激光测量坐标系中的定位提供了重要依据。     

叶片机器人砂带磨抛点云匹配算法优化

为解决机器人磨抛路径中工件坐标系难以计算的问题及校正工件装夹误差,将三维点云配准技术应用到叶片机器人砂带磨抛系统中。由三维激光扫描仪扫描工件型面获得工件点云,采用基于主成分分析(PCA)的全局配准算法和改进的迭代最近点(ICP)算法完成了扫描点云和工件模型离散点云间以及不同工件扫描点云间的匹配,以获取工件坐标系和校正工件装夹误差。相关仿真和试验结果表明,优化后的算法在匹配速度与精度上有了长足改进,且加工后产品精度和质量都能满足实际加工要求。     

机器人三维激光扫描视觉系统标定误差

基于三维激光扫描仪的工业机器人视觉系统应用越来越广泛,而扫描仪与机器人之间位姿关系标定精度对于机器人视觉系统的应用有重要的影响.介绍基于三维激光扫描仪的机器人视觉系统的相关原理,然后在此基础上系统分析机器人视觉系统位置和姿态标定误差对工件扫描结果和根据扫描结果对工件进行定位过程的影响,得出在工件无姿态变化或有姿态变化但机器人扫描姿态不变情况下的机器人工件定位系统中无须进行视觉系统位置标定的结论,并试验验证了理论分析结论的有效性,为解释视觉系统标定误差对扫描结果的影响情况及简化视觉系统标定过程提供了理论依据.     

基于逆向工程技术的形状误差检测方法

提出了在没有工件数学模型情况下,运用逆向工程的三维数字化测量技术和数据处理技术进行工件形状误差检测的方法.通过实例,详细阐述了在形状误差检测中采用接触式和非接触式测量方式的区别,并在Imageware 软件中完成了测量数据的处理,获取了工件的形状误差值.     

光子计数三维成像激光雷达反转误差的校正

实施光子飞行时间测量法时,光子飞行时间测量值受激光回波信号能量的影响会出现测量反转误差,从而影响系统三维成像的精度.本文描述了一种光子计数三维成像激光雷达系统反转误差的校正方法及其实验.提出的反转误差校正方法包含先验模型标定和反转误差校正两个步骤.首先,通过标定法得到系统反转误差相对于激光脉冲响应率的函数关系,建立系统的反转误差预测函数.然后,由系统反转误差函数预测出原始三维图像的反转误差图像并实现原始三维图像的反转误差校正.实验搭建了光子计数三维成像激光雷达系统,采用盖格-雪崩光电二极管(Gm-APD)作为光子探测器,由高速扫描振镜二维扫描获取三维图像.通过时间相关记录仪获取光子到达时间分布,分别得到原始三维图像和激光脉冲响应率.在反转误差校正的测试实验中,系统的测量均方差由校正前的33.2 mm提高至8.1 mm.实验结果表明,该反转误差校正方法可以有效降低光子计数三维成像激光雷达的反转误差.     

自动钻铆装配误差自动检测与补偿

为解决运载火箭铆接舱体由于自身的装配误差及构件形变误差大,而导致离线编程生成的自动钻铆加工程序中孔位信息无法直接使用,及现有红宝石接触式多点测量效率慢,减低自动钻铆整体效率,无法适应快节奏生产需求问题,按照舱体应用实际工况和测量效率的需求,对装配误差和工件误差的测量提出激光局部点云快速扫描的方法。首先,采用线激光对桁条、端框和中框等舱体构件进行局部关键点特征扫描后得到局部点云信息。其次,利用关键点局部点云信息对非关键点的点云信息采用边际延伸和靶标点拟合的处理方法,实现舱体的装配综合误差的快速测量及数据提取,而后基于点云匹配结果,计算实际钻孔位置与理论钻孔位置偏差,将测量数据补偿到自动钻铆加工孔位程序中。最后,通过实验验证了该处理方法的正确性与可行性,并应用与舱体铆接加工中。实验结果表明,采用激光局部点云测量测量效率较接触式红宝石测量提高近3倍,补偿精度提高40%左右,能够满足运载火箭舱体自动钻铆孔位效率和精度要求。     

曲面工件自动超声检测轨迹规划

航空发动机叶片是典型复杂曲面结构,为实现叶片的自动化超声检测,提出基于曲面点云数据重建的自动化检测轨迹规划方法,在此基础上实现7轴联动复杂曲面自动扫描成像。叶片点云采用线激光轮廓仪配合工件旋转轴自动扫描获取,数据拼接整理后采用数据拟合方法获得曲面轮廓方程,基于曲面上的曲线方程规划加减速扫描轨迹,进一步对各扫描轨迹点进行多轴运动分解,获得包括六轴机械手和工件旋转轴在内的各轴轨迹。实际检测试验表明,轨迹规划算法可以实现叶片自动扫描,获得清晰C扫描图像。     

大型旋转工件直径在线检测系统及误差分析

激光三角法是一种光电检测技术,可以实现长度、距离以及三维形貌检测,测量系统结构简单、测量速度快、能够进行数据的实时处理。基于激光三角测距技术,提出了一种大型旋转工件直径在线测量方法及系统,给出了测量系统的组成结构,对测量系统中主要误差源进行了分类,重点针对系统误差,进行了影响测量精度的误差定量和定性分析,并进行了仿真分析,为以后研究一种大型旋转工件直径自主在线测量机器人奠定了理论基础。     

基于线结构光的水下旋转扫描高精度测量方法研究

随着海洋工程领域的不断发展，如何高精度地获取水下物体的三维点云具有重要学术和应用价值。由于光在不同介质中传播会引起光路的变化，导致水下线结构光视觉测量获得的点云受折射畸变影响，精度降低。针对上述问题，设计了一种基于线结构光的水下旋转扫描测量系统。提出了一种轴眼标定算法，能够将多视角水下点云配准到统一坐标系中。提出了一种引人折射补偿的水下相机成像模型，该模型可准确的描述激光在不同介质间传播过程中的光路，基于水下激光平面方程的约束，对水下点云进行折射校正，提高了水下点云的重建精度。水下测量实验结果表明，提出的高精度测量方法能够获得水下物体的三维点云信息，可测量水下目标的尺寸信息，距离目标30~80cm 时测量精度达到0.2mm，满足了水下目标三维高精度测量要求，     

基于激光跟踪仪的特大型直齿轮齿距偏差测量新方法

为了测量特大型齿轮齿距偏差,提出了基于激光跟踪仪的特大型直齿轮齿距测量新方法。利用激光跟踪仪的大空间测量能力测量齿轮齿槽,分别获得被测特大型直齿轮相邻两条齿距误差曲线。由于被测齿轮直径超过6 000 mm,可以根据点到直线距离公式近似计算单个齿距误差。首先,分析了传统方法下基于激光跟踪仪构建齿轮工件坐标系后的齿距测量模型,并根据特大型直齿轮的特点,提出了基于激光跟踪仪的无坐标系特大型直齿轮齿距误差测量模型。测量模型回避了特大型齿轮工件坐标系的建立,直接对齿槽进行双面接触测量;通过对两条齿槽测量直线进行误差评定即可获得单个齿距最大误差与单个齿距平均误差,通过转站测量实现齿距累积总偏差的测量;最后,采用蒙特卡罗法对不同测量方法的测量不确定度进行仿真分析,得出系统测量不确定度。实验结果表明,提出的基于激光跟踪仪的特大型直齿轮齿距偏差测量方法满足直径6 000 mm以上的8级精度特大型齿轮的单个齿距偏差测量要求,满足直径6 000 mm以上的10级精度特大型齿轮的齿距累积总偏差测量要求。     

全场视觉自扫描测量系统

为了适应对大型工件的快速精确测量,提出一种由CCD摄像机、振镜和激光线投射器组成的全场视觉扫描测量系统,通过振镜的转动改变线结构光光平面角度来实现对摄像机视场内被测物体的自扫描测量。利用平面网格靶标和基于交比不变原理的径向排列约束(RAC)两步方法实现对摄像机的标定,根据振镜的旋转角度以及光平面在靶面上的交线确定光平面的方位,从而根据摄像机模型和CCD二维图像可获得光平面上的三维数据。试验结果证明,这种方法具有较高的测量精度,能较清晰地测量大型工件上的主要特征,同时具有便携性,便于生产现场使用。     

基于激光传感器的滚珠螺母型面测量

为了实现滚珠螺母型面的快速精确测量,提出了激光测量方法并设计测量装置。首先,基于经直角棱镜反射的点激光轴向扫描的测量原理设计了螺母滚道型面检测装置,并根据滚道的数学模型提出轴法向转换的数据处理方法。然后,对直角棱镜的平移和转角误差、激光偏移误差、激光倾斜误差建立模型进行分析。最后,设计工装对标准钢球和圆槽进行扫描,并对螺母滚道开展实际测量。结果显示,完成误差标定后,经棱镜反射的点激光扫描圆弧轮廓的测量误差在3.1μm以内,标准差在2.2μm以内。对螺母滚道的扫描图像完整有效,总体精度满足螺母滚道型面的测量要求。     

五轴联动激光淬火路径规划

研究了基于五轴多功能激光加工机床激光淬火的工艺特点,提出了用于复杂型面五轴联动激光淬火路径规划的方法,实现了针对于五轴多功能激光加工机床激光淬火的前计算,为使五轴联动激光淬火应用于实践奠定了一定的基础。该方法主要是在考虑了以下3个约束条件的基础上提出的:(1)在淬火的过程中要保证激光光斑相对于工件表面的扫描速度恒定;(2)在激光淬火过程中要保证工件表面激光光斑的大小不变;(3)在进行激光扫描时要使插补时产生的弦误差最小。通过保证这3个约束条件,进而保证工件表面淬火质量。     

一种大尺寸孔轴线非接触测量方法研究

为了快速,精确的获取大尺寸孔的轴线空间位置,实现轴孔组合零件的高精度装配,基于激光三角位移测量原理,提出了一种针对大尺寸孔轴线的非接触精密测量方法,据此设计出一种光学探头非接触测量系统,建立了对应的数学模型,数据处理上借助MATLAB最小二乘法实现对扫描轮廓曲线、孔中心轴线的拟合,最终得出被测孔轴线的空间位置方程,同时对测量系统进行了误差分析与补偿,该方法可以快速,高精度的获取大内径孔轴线空间位置,为后续轴-孔零件的高精度装配提供装配基准。     

基于多线激光的大尺寸水冷板高度测量系统

为了满足现代工业非接触、高精度以及快速对大尺寸工件表面高度测量的需求,设计了一种基于多线激光的水冷板高度测量系统,该系统由运动控制、图像采集和图像处理3部分组成。首先对系统的硬件进行了选型;其次,根据线激光获取的点云数据,提出了水冷板高度测量方法;为了减少干扰点云的影响,采用高斯滤波对模板匹配后的点云去噪,并基于统计的方法筛选参与高度计算的点云数据。实验数据表明：系统重复测量误差小于30μm,测量时间少于1 min,满足企业生产需求。     

曲臂轴径非接触在线检测技术研究

曲臂是一种两臂轴线具有一定偏心量的大尺寸特殊零件.传统的测量方法很难实现曲臂的非接触在线测量.基于激光扫描检测技术,现采用激光球面反射扫描原理,提出了一种曲臂两臂轴径的激光非接触检测方法和测量系统.文中论述了系统的测量原理、组成与总体结构,着重研究了激光球面反射扫描光学系统的总体结构,设计了计算机通讯、实时控制与数据处理软硬件系统.通过实验对系统的测量精度进行了验证.系统实现了高精度的轴径检测,且不损伤工件表面,提高了曲臂的制造精度和检测效率.     

基于线激光传感器旋转扫描的空间高精度三维测量方法

为了实现大型车体内部空间三维数据的快速、高精度测量,研发了基于线激光传感器旋转扫描的测量系统。详细介绍了该系统的构成与测量原理,深入分析了线激光传感器测量原理及坐标系统一的方法,并对所研发的线激光旋转扫描系统进行了数据测试及精度验证,结果表明,该系统测量精度高,测量速度快,稳定性好。