“高分二号”上相机和星敏感器相对安装姿态的测量

为了精确测量"高分二号"(GF-2)卫星上相机和星敏感器的相对安装姿态,建立了一套高精度自动化测量系统。针对该系统研究了基于多传感器数据融合的高精度测量算法、基于理论安装数据驱动的自动测量模型、以及基于图像识别的立方镜法线搜索算法。该测量系统主要由二维龙门导轨、精密转台和CCD成像辅助准直的自准直经纬仪构成,通过融合精密转台的转动角度、自准直经纬仪的俯仰角和偏航角等数据计算被测设备安装姿态角度。测量时需先对系统进行标定,制定自动测量规划,然后通过电机驱动使设备自动到达预定位置和角度进行测量。若星上设备安装偏差较大导致被测对象超出自准直经纬仪测量范围时,可启动CCD相机对被测对象局部区域进行搜索识别,并引导自准直经纬仪实现精确准直测量。对测量系统进行了实验验证,结果显示:该系统姿态测量精度可以达到5″,与标准值比对最大偏差为4.1″;该测量系统已用于GF-2卫星的相机和星敏器相对姿态测量中,重复标准差最大为3.5″,满足GF-2对机上设备安装姿态测量精度的需求。     

三维姿态角高精度测量装置

基于二维自准直仪和坐标系旋转变换矩阵,提出一种高精度、高稳定性三维姿态角(偏摆角、俯仰角和滚转角)测量方法,并设计了一种三维测角装置。介绍了该装置的工作原理和结构组成。建立了三维测角模型,根据自准直测角原理和坐标旋转矩阵推导了理论算法。基于测量要求设计了光学系统,采用现场可编程门阵列(FPGA)单芯片实现了实时双CMOS图像传感器的驱动成像、像点识别与细分定位、三维转角计算及与USB的快速通信。提出了三维测角装置的标定方法,保证了实际设备参数与理论设计数据的统一。最后对提出的滚转角测量算法进行了实验验证,并分析了影响测角精度的因素及其影响程度。标定和试验结果表明:在±20′的视场范围内,三维测角装置的偏摆角、俯仰角和滚转角的测量精度分别达到了2.2″,2.5″和8.7″。该结果验证了设计的装置结构简单、稳定可靠、精度高,且易工程实现三维姿态角的测量。     

大量程高精度三维姿态角测量系统设计

基于针孔成像和双矢量定姿原理,设计一种使用单图像传感器实现大量程高精度三维姿态角测量的方法.根据系统要求设计双基准平行光源,采用FPGA单芯片实时实现图像传感器的驱动成像、光斑的分割与质心定位及与USB之间的快速通信,通过光斑质心坐标计算得到双基准平行光源的方向矢量,根据双矢量定姿原理计算姿态敏感器的旋转矩阵,得到三维姿态角;根据针孔成像模型,建立姿态敏感器的内外参数统一标定模型,对测量系统进行标定,标定结果和测量实验表明,三维姿态角测量系统的视场范围达到19.6°×19.6°,俯仰角、偏航角、滚动角的精度达到9.9″、9.3″、80.2″.     

面向激光跟踪测量的大范围高精度姿态测量

针对我国高端制造业对高精度空间六自由度测量系统的迫切需求,提出一种面向激光跟踪测量的基于单目视觉的大范围全自动高精度姿态测量方法。阐述了面向激光跟踪测量的姿态测量系统构成、合作靶标硬件设计,并建立了姿态测量数学模型;其次,分析了自适应清晰成像的姿态测量模块特性,基于光学畸变模型与张正友标定法建立了实时相机成像模型,动态校正特征点像素坐标模型,提升了特征点的提取精度;之后,结合合作靶标几何特性、EPnP算法、Soft-POSIT算法提出一种改进的姿态测量方法,建立了姿态测量系统的自动监测纠错机制,实现测量范围内任意动态位姿的自动测量。最后,利用二维精密转台搭载合作靶标对激光跟踪测量的姿态测量系统进行精度测试。实验结果表明：在3～10 m,方位角/俯仰角为±30°、滚动角为±180°内,适配有14个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.049°;适配有10个特征点的合作靶标,姿态测量精度优于0.065°。此方法普适性强,对合作靶标特征点布局约束较小,可以满足高端制造业激光跟踪测量的精密测量需求。     

高精度角度传感器自动标定系统

采用直流力矩电机分度,同步采集系统进行数据采集,对高精度两路关联角度传感器自动标定。为了实现秒级角度的自动标定,采用了闭环控制系统和角度误差补偿,在±3°范围内,控制精度可达到0.2″。利用虚拟仪器技术整合数据采集和控制系统,使得标定高效方便。     

高精度角度自动测量系统

高精度角度自动测量系统采用自准直平行光管将被测角度转换为焦平面上两十字叉丝的相对位移,经ＣＣＤ摄像机和图像采集卡对叉丝图像采集后进入计算机进行识别和处理,并根据图像的特点采用两次拟合的算法得到高精度的角度值。高精度角度自动测量系统具有测量精度高、自动化程度高、稳定性好、适应性强、可同时进行二维角度测量等特点。系统角度测量分辨率达０－０１″,测量精度为０－１″     

协方差矩阵在目标二维姿态测量中的应用

针对现有姿态测量方法计算量大的问题,本文提出了一种新的基于协方差矩阵的目标二维姿态测量方法。首先,将图像二值化,提取出目标的重心坐标;其次,计算出目标所在区域的协方差矩阵;最后,得到由协方差矩阵定义的椭圆区域,并求出椭圆的两个轴的大小和方向。两幅图像中目标区域所确定的椭圆长(短)轴的比值即为缩放比例,长(短)轴方向的差值即为旋转角度。仿真实验证明：该方法可以快速准确地计算出目标的旋转角度和缩放比例,旋转角度可以精确到 以内,缩放比例可以精确到 以内,计算时间仅为对数极坐标的1/16。     

嵌入式姿态测量系统设计与仿真

为了满足日常生活、生产中对姿态测量的需求,针对嵌入式系统的特点,设计了一种运算量较小的姿态测量算法。直接使用加速度计和地磁传感器来计算姿态角,然后利用卡尔曼滤波融合陀螺仪的输出,达到误差补偿和弥补加速度计动态性能差的目的。为了避免俯仰角和横滚角误差对航向角计算的影响,还设计了两步更新,使用一步更新后的俯仰角和横滚角来计算航向角。实验结果表明,姿态测量的精度满足要求,同时也达到了减少运算量的要求。     

高精度大型工件内尺寸自动测量系统

目前国内外对中小尺寸的测量技术日趋完善,近十几年来出现许多测量中小尺寸零件的新方法、新仪器,这些新方法和新仪器已基本上能满足现代化生产的要求。但是对大尺寸的测量,特别是大型工件内外径的测量发展却十分缓慢。国外对大直径尺寸精度的     

微型接线柱自动装配生产线的方案设计

为实现WP2-27AP型微型接线柱的自动装配,有效地提高生产效率,降低生产成本,针对各零件的外形尺寸特点以及零件间的相互装配关系,设计了一套包括零部件的自动排序输送、自动装配以及控制系统的微型接线柱自动装配生产线的方案。此方案不仅能满足企业生产要求,也为其它同类型不同规格的微型接线柱零件自动装配提供有益的参考。     

舱段自动装配位姿求解方法研究

在航天器自动化总装过程中需首先确定航天器舱段在装配空间内的准确位姿,为实现舱段位姿的快速精准求解,以圆柱体类航天器舱段结构为例,提出了一种矢量位姿求解法。通过在舱段的圆柱面上合理布设特征点,利用阻尼最小二乘法求解舱段连体坐标系原点在装配空间内的位置矢量,并结合空间圆柱面方程求解舱段连体坐标系的旋转矩阵,进而求得舱段的6个位姿参数。对矢量位姿求解法进行数值仿真,仿真结果验证了该方法的有效性和准确性。     

胰岛素药管自动装配视觉系统设计与分析

设计了胰岛素药管自动装配机视觉系统。针对胰岛素药管的装配工艺,设计了3套视觉系统,分别用于胰岛素药管方向的判别,药管柱塞深度的测量和药管帽塞间隙的检测。根据胰岛素药管的特征,视觉系统采取镜头与药管倾斜入射的方式,以胰岛素药管端面内倒角图像的灰度值判别药管方向。对于胰岛素药管柱塞和药管帽塞的弹性、易变形的特点,柱塞深度测量和药管帽塞间隙检测视觉系统,采用逆光模式提取图像边缘进行检测。实验结果表明,自动装配机视觉系统的设计满足设备要求。     

紫外光电探测器高精度线性测量装置

基于双光阑法，研制了一种紫外光电探测器高精度线性测量装置，主要由高稳定钨带灯、带有快门的双光阑屏、石英透镜、紫外光栅双单色仪和计算机组成，测量波长范围为200-400nm.给出了该装置的原理、测量方法及数据处理方法。测量过程由计算机配套专用软件进行自动控制。利用该线性测量装置，对光电倍增管探测器进行了线性测量。实验结果表明：该装置测量精度高、速度快，测量不确定度小于O．05％，可应用于对精度要求高的紫外光电探测器线性度的测量。     

高精度非接触式自动外径测量方法研究

针对我国目前零件产品在线检测自动化程度不高,无法完全和零件生产的精度和能力相匹配的问题,在研究非接触式测量原理的基础上,对高精度、大直径的零件产品特点进行分析,采用数字CMOS激光传感器的作为测量工具,提出了多台传感器并行的测量方法.同时,在不增加成本的情况下,分析研究了测量精度提升的改进方法.实验结果与分析表明,此高精度非接触式自动外径测量系统可以完成5 μm精度的零件测量,自动判定合格并且声光电的方式报告判定结果.此系统提高了零件产品在线检测自动化程度,避免了人工测量的不足.     

基于PLC的自动装配机控制系统的设计与实现

针对所速自动装配机的结构和功能要求,设计了一种基于PLC的自动装配机控制系统,详细介绍了系统的硬件结构和PLC地址分配情况,重点阐述了控制软件的开发过程及部分控制程序设计要点与内容,最后对自动装配机远程监控功能的实现,作了简要介绍.该自动装配机控制系统结构简单,可靠性高,显著提高了生产效率和产品品质,具有较高的实用价值.     

人体坐姿尺寸虚拟测量系统的开发

针对目前我国国民体型原始数据缺乏、与坐姿相关的产品(坐姿产品)设计不良的问题,研究了人体坐姿尺寸的测量方法和人体坐姿特征点提取算法,运用机器视觉和虚拟仪器相结合的手段,设计开发了人体坐姿尺寸虚拟测量系统,为人体坐姿尺寸数据的不断更新提供了有效的测量工具,对保证坐姿产品的设计能遵循人机工程学原理具有现实意义。     

基于LabVIEW的汽车遥控钥匙自动检测系统设计

设计了基于LabVIEW平台的汽车遥控钥匙自动检测系统,替代了传统的人工检测.检测系统由自动检测机构、下位机、上位机和检测仪器组成,由下位机控制机械手和气缸等实现自动取料、自动送料、自动加压和自动分拣等功能,上位机与检测仪器通过多总线方式实时采集钥匙的检测参数,采用了状态机结构,集成了实时测量、通信、质量判别、数据记录和查询等几大功能模块.检测系统具有稳定可靠、自动化程度高和测量精度高等特点,满足了遥控钥匙产品检测现代化生产的需要.     

万向支架微小螺纹副自动装配系统

针对万向支架微小螺纹副装配自动化程度低、一致性差的问题,研制了一套自动装配系统,并对装配过程中的微小螺纹零件中心位置提取方法和多个微小螺纹副之间的装调策略进行了研究.首先,提出了一种改进的清晰度评价函数,并基于该函数实现了机器视觉装置的自动聚焦.然后,针对螺轴以及内环螺纹孔的端面特征不对称问题,提出了变聚焦位置分区域图...