基于多传感器测量的航天器舱段自动 对接位姿调整方法

针对航天器舱段对接通常采用的手工操作方式效率低、精度差和可靠性难以保证的问题,研发了一种基于多传感器测量的舱段自动对接装置,其中舱体位姿的测量和调整是保证对接质量和效率的关键因素。提出了一种基于激光轮廓传感器和CCD图像传感器等多传感器协同测量的舱段六自由度位姿估计和调整方法。首先,采用激光轮廓传感器对舱体进行扫描,获取位姿三维点云信息,并采用改进的最小二乘法对被测舱段位姿进行求解;然后,通过CCD图像传感器获取舱段对接孔位置,通过圆拟合计算角度偏差,求解和拟合的结果将反馈至控制系统进行调姿和对接。采用Gocator 2350激光轮廓传感器及大恒MER-1810-21U3C工业相机进行舱体测量和对接实验,结果表明,舱体位姿调整精度和效率均达到对接要求。该方法结合了激光轮廓传感器的可靠性和机器视觉的灵活性,有效提高了自动对接系统的效率、稳定性和一致性,足以满足未来军用以及民用的需求。      

传感器安装对平板气动热测量精度的影响

对高超声速飞行器来说，气动热的准确预测是其合理选择防热材料及热结构设计的重要依据，但目前在激波风洞试验中气动热的高精度测量仍较为困难，热流的测量精度受到诸多非理想因素的影响，但传感器安装对热流测量精度的影响却鲜见研究。选取平板模型来研究传感器非理想安装对气动热测量精度的影响，针对不同的传感器安装偏差(凸出或凹入模型表面0.1~0.5 mm)，分析不同雷诺数下传感器安装对气动热测量精度的影响规律及机理。研究结果表明:传感器安装对气动热测量精度有较大影响，凸出安装会导致热流测量结果偏大，而凹入安装则会导致测量结果偏小，热流偏差会随着安装偏差的增大而增大，且高来流雷诺数下传感器非理想安装所引起的热流误差更大；以边界层当地厚度对凹凸程度无量纲化，非理想安装带来的测量偏差只与该无量纲参数相关。研究结果能够为气动热测量的实验方案设计及测量误差分析提供一定的理论指导。      

激光跟踪仪现场测量精度检测

激光跟踪测量系统具有测量精度高、实时快速、动态测量、便于移动等优点,因此,对激光跟踪仪进行现场校准和精度检测是非常有必要的.为了验证LT300激光跟踪仪的测量精度是否满足实际测量要求,用该激光跟踪仪检测固定点的测量精度和标准花岗岩三角尺的平面度.改变三角尺的测量距离和测量角度,得到测量精度与测量角度和测量距离的关系,从而得到在实际测量位置下的测量精度.     

运动目标空间位置激光跟踪测量系统新进展

运动目标空间位置激光跟踪测量系统采用激光动态瞄准和激光干涉测距原理以及精密仪器控制技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量其位置和姿态。该系统是国际计量测试领域研究的前沿课题。根据测量原理，将其分为干涉法和三角法。在干涉法中，根据跟踪测量机构的数量分为一站法和多站法；三角法根据使用的跟踪原理分为光学扫描法和经纬仪法。给出了各种测量方法的准确度，并对其优缺点进行了较为详细的评述。     

一种小行星探测陆标导航方法

针对小行星探测下降着陆段精确相对导航问题，提出了一种基于Stereophotoclinometry (SPC)陆标的相对导航方法.该方法先采用SPC光照模型渲染陆标的预测图像，再利用双线性插值从观测图像中生成陆标的提取图像.通过组合相关匹配实现预测图像与提取图像的高精度匹配，得到陆标中心点对应观测图像位置，即可利用N点透视(PNP)算法进行相机位姿估计.仿真结果表明，该方法在初始相机位姿偏差较大时也能达到亚像素的图像位置确定精度，并且具有较好的实时性.     

转台中心轴线标定误差分析与修正

提出一种标定球和几何变换相结合的方法修正三维激光数字化系统中转台中心轴线的标定误差.该方法首先用8个不同旋转位置的标定球球心计算转台中心轴线,然后利用几何变换将不同位置的球心绕转台中心轴线旋转到零度位置,并计算与初始位置球心的偏差,依据不同位置球心旋转复位的偏差采用几何逆变换推导出转轴偏心的修正公式.在自行设计的三维激光线扫描测量平台上数据旋转拼合精度提高到0.07?mm,实现了多视旋转测量的数据点云在线自动拼合.与以前的方法相比,设计的转轴标定误差修正方法简单、高效,在其它安装转台的测量系统中同样适用.     

月球轨道交会对接航天器相对状态误差分析

为分析同波束干涉测量这一高精度相对测角技术对月球交会对接两个航天器的相对位置、速度(状态)影响,文章根据协方差分析理论及各测量量的模型,推导测量量关于相对状态量的信息矩阵,建立了相对状态误差协方差模型;结合月球轨道交会对接仿真轨道,开展测量误差对两个航天器的相对状态误差影响协方差分析。结果表明,在当前测量误差条件下,相对位置、速度误差分别达到米级和厘米每秒级。在分析相对状态误差影响因子的基础上,重点对同波束干涉测量差分相时延整周模糊误差及时延率误差对相对状态影响进行了分析,结果表明整周模糊度误差对相对位置误差影响显著,时延率误差对相对速度误差影响显著。     

亚像素条纹边缘提取技术在型面测量上的应用

三维型面非接触测量在工业领域有着广泛的应用前景.双目视觉是一种有效获取三维轮廓信息的方法,其中对大密度的黑白相间条纹进行精确定位和提取,是基于投影光栅图像的光学三维型面测量的关键技术和难点.利用空间编码技术将被测空间划分为若干区域,每个区域对应一个二进制码.条纹落在区域上与唯一的二进制码相对应,就可以对条纹精确定位.利用边缘提取算法获得像素级条纹后,再利用亚像素技术可以进一步对条纹进行高精度提取.介绍了基于灰度矩的和基于多项式拟合的亚像素边缘检测算法.将空间编码和亚像素条纹提取技术相结合,对光栅条纹进行亚像素级定位和提取的技术,与像素级的定位技术相比,能提高图像的定位精度,有效地改善测量系统的性能.      

太阳帆板平面度测量系统

介绍了一种采用斜光学三角形测量结构和基于虚拟精密测量基准的太阳帆板平面度无接触测量系统.首次提出斜光学三角形测量结构,使得测量系统的测量面积和分辨率大大提高,从而实现了对大面积平面平面度的高精度无接触测量.提出的虚拟精密基准的建模与误差补偿技术,解决了在非精密基准上实现精密测量这一难题,使得所研制的测量系统利用现有平台可实现对太阳帆板平面度的高精度测量.此外,对测量光斑位置估值精度与光斑图像尺寸大小和能量分布之间的定量关系进行了分析,为激光光斑的优化设计提供了理论依据.实际测量结果表明,该测量系统对面积为2581mm×1755mm太阳帆板的平面度测量精度达0.02mm(RMS).     

大型舱体螺纹孔位置精度测量方法分析

通过螺纹孔测量试验,获得了三坐标测量机测量的光孔与螺纹孔孔位偏差、激光跟踪仪和三坐标测量机测量的螺纹孔孔位偏差,分析了螺纹孔孔位偏差与其轴线相对端面垂直度的相关性,并获得了螺纹配合的间隙量。试验数据表明,激光跟踪仪和三坐标测量机测量的螺纹孔数据一致性较好,基于测量工装的螺纹孔位置测量数据与光孔测量数据最大偏差约0.2mm,螺纹孔垂直度误差是造成此偏差的一个因素,但螺纹配合的不确定性和容差性使此偏差对螺纹孔的使用影响较小。     

光学坐标测量机的搭建与实现CSCD

为了高速高精高效地完成中小型复杂型面零件的测量,基于激光位移传感器和三坐标测量机等搭建了非接触式的光学坐标测量机,从而将测量机和光学测头的优点结合起来以应对空间自由曲面的测量任务。通过测头标定技术获得测量光束所在直线的单位方向向量,进而将激光测头的一维距离值转化为测量光斑的三维坐标值,然后通过坐标系转换将此坐标值转化到统一的测量机坐标系下,进而完成被测曲面三维点云的创建。最后,对一个直径已知的球在10个不同方位进行测量,通过点云数据拟合球面方程得到其直径作为测量结果,所得各次测量结果的误差均小于0.05mm,充分说明所搭建的测量系统的有效性。     

工字钢结晶器内腔尺寸多维坐标测量机的设计

介绍了一种测量工字钢结晶器内腔尺寸的专用测量机的结构、原理、功能及测量准确度。将硬件与软件有机地结合于一体 ,经软件处理后能自动给出测量结果。该测量机通过数控软件可自动控制测头的上下、左右移动及转动。由数据处理软件完成数据的处理、误差分离与修正等功能。采用大位移高准确度的光栅位移传感器能精确的测出测头X、Y及Z方向的位移量。     

HRBS-150标准洛氏硬度计的技术改造

针对液压驱动式HRBS-150标准洛氏硬度计结构和设计上存在的问题,提出了采用高准确度位移传感器测量、伺服电机驱动的方案,重新设计了驱动系统、控制和测量系统,并编制了测量软件。改造后的硬度计设计合理,系统稳定,测量结果重复性好,操作简单,实现了测试过程的自动化。     

镜筒热形变对星敏感器测量精度的影响

 空间环境温度以及阳光热效应对星敏感器测量精度有一定影响。研究镜筒热形变对星敏感器测量精度的影响,计算温度均匀分布和非均匀分布条件下,圆柱形镜筒和圆锥形镜筒热形变导致的透镜倾斜量和平移量,研究典型星敏感器光学系统中恒星像斑位置和能量分布的变化情况。在镜筒温度均匀分布条件下,温度变化20℃时,圆柱形镜筒和圆锥形镜筒的星敏感器测量误差分别为0.6″和0.9″;在镜筒温度非均匀分布条件下,镜筒上侧与下侧的温差为30℃时,圆柱形镜筒和圆锥形镜筒测量误差约为2.2″和3.3″。计算结果表明,圆柱形镜筒热稳定性优于圆锥形镜筒。     

基于相位匹配的大视场视觉检测系统

针对三维测量大量程和高精度测量问题,提出一种新型双目视觉检测系统.该系统通过向被测物投射间距可变的光栅条纹,将不同曲率的被测表面进行相位编码,由相位匹配得到被测物稠密的立体匹配点云;再由标定出的摄像机内外参数计算出被测物的精确三维坐标.为了解决传感器单元测量区域较小的问题,系统通过步进电机控制传感器移动,获取大型物体的全场三维数据点云;最后利用四元素法,实现大型物体的三维数据拼接.该系统长度测量标准差为36 μm,角度测量与坐标测量机(CMM)测量结果的相对误差0.2％.给出了某V型面三维实测的数据重建结果.对某大型特件(360 mm×300 mm)经过三维拼接正确复现了其三维形貌.该系统对于解决大型构件三维形貌的在线高精度检测问题具有较高工程应用价值.      

用于一等量块检定的柯氏干涉仪的改造

介绍了经过改造后的柯氏干涉仪用于一等量块的检定。从激光干涉仪直接测量量块长度的原理出发,通过对干涉条纹的整数部分Ⅳ、小数部分ε以及修正量C的确定,计算出量块长度。改造中结合激光干涉技术、图像采集判读等技术,提高了量块测量准确度,解决了一等量块长度测量问题。     

落塔微重力水平激光干涉测量方法中的干扰因素分析

落塔是获得微重力环境的重要设施,落塔微重力水平的测量对微重力科学实验的研究至关重要. 激光干涉是测量落塔微重力水平的一种新方法,这种方法的基本原理是让一个参考落体在落舱中自由下落,落舱由于受到服外空气阻力的作用将与自由落体运动略有差异,1 11. 肫内的参考落体则更接近理想的自由落体运动,这就使得落舱与参考落体之间存在着加速度差,这种加速度差便反映了落服的微重力水平,其所导致的相对运动则可通过激光干涉的方法测量出来. 本文对落塔微重力水平的激光干涉测量方法中将会遇到的一些主要干扰因素进行了分析,计算结果表明,这些干扰网素所造成的总误差约为 1.2 x 10-7g,低于微重力水平的预测值 10-4~lO-6 g,因此该方法是一种比较可行的测量方法.      

角度传感器动态角误差测量方法的研究

针对急需解决的角度传感器动态角计量问题,设计了动态角误差的测量方法,详细介绍了测量原理、测量过程及误差的评定方法,并进行了测量结果的不确定度评定。由不确定度评定可知,转台对传感器的电磁干扰导致的读数跳动及安装误差对测量准确度影响较大,为进一步完善该测量方法指明了研究方向。