大型结构高次曲面外形精密测量技术研究与应用

为了完成对大型结构高次外形曲面高精度测量工作,采用激光扫描与视觉手持测量相结合的方式对结构曲面进行全轮廓点云数据提取。给出了数据融合方案,完成了测量系统搭建。将飞行器理论曲面作为基准面型与测量结果进行轮廓偏差比对,对测量结果进行分析表明该技术可用于大型结构高次曲面外形精密测量。     

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.      

三维曲面测量新方法：半球头测量法

提出的半球头测量法从理论上消除了三维曲面截形测量时由于被测曲面的扭曲对测头所造成的干涉,使曲面测量直接转化为曲线测量,从而简化了测量和数据处理过程,为曲面测量提供了一种既简便实用又具有较高精度的新方法。     

基于标定及补偿提高串联机器人定位精度方法

在使用串联机器人进行定位操作前,首先需要对机器人基坐标系与测量坐标系进行位姿关系的标定,针对具有隐藏机器人基坐标系以及机器人法兰坐标系的串联机构,本文提出一种等价变换思想并结合应用激光跟踪仪测得机器人末端靶标点的坐标数据建立标定矩阵方程,应用罗德里格矩阵变换将标定方程转化为三元二次矩阵方程形式,采用最小二乘法和牛顿迭代法求出数值解进而完成机器人基坐标系与测量坐标系标定的方法。然后应用这种方法进行标定试验得到了20组标定结果,通过比较标定结果偏差进而验证了这种方法的正确性。最后,本文验证了应用这种标定方法的标定结果并结合一种新的位姿补偿算法后,能极大地提高机器人末端的定位精度。     

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。     

一种自由曲面视觉测量三维数据拼接方法

提出一种利用标志点构建全局测量控制点的视觉测量三维数据拼接方法.在被测自由曲面上粘贴标志点,并在被测区域放置基线尺,采用1台数码相机在不同视点拍摄标记点和基线尺图像,由此求解数码相机在不同视点的坐标系变换关系.在此基础上,根据立体视觉模型确定标志点三维坐标,转换到全局坐标系下,形成全局测量控制点.视觉传感器在不同位置对各局部区域进行三维扫描,获得局部区域内标志点在局部测量坐标系下的坐标,通过至少3个非共线标志点解算局部坐标系到全局坐标系的变换,从而将实现局部三维数据的拼接.该方法操作简便,适合现场使用.实验结果表明, x,y,z 坐标的拼接误差分别为0.03mm,0.02mm,0.07mm.     

三坐标测量机上自由型曲面的精确测量

提出自适应扫描测量法和自由型曲面的单有序测量方法,用双三次参数Ｂ样条和最小二乘法建立测头中心轨迹曲面的数学描述,实现测头半径的三维补偿和被测曲面的生成重建。测量步长自动选择,测量过程简便,曲面生成准确度高,适用于三坐标测量机上自由曲面的快速、精确测量和重建。     

虚拟坐标测量机虚拟测量方法的研究

提出了“虚拟坐标测量”的新概念。它是在虚拟环境下,通过虚拟测头的移动和触测实现对真实环境下坐标测量机的零件测量过程的仿真。与真实环境下坐标测量机的零件测量不同,它产生的测量结果并不是零件的实际尺寸及误差是否满足要求,而是产生特定被测零件的测量程序和测量方案。因此,它也是一种坐标测量机的离线编程。     

一种空间自由曲面非接触扫描测量系统的研究

精确测量空间自由曲面的传统方法是采用三坐标测量机的接触测量或简单的非接触测量,这些测量方法存在工作效率低、自动化程度低等缺点。在深入研究上述方法的基础上,提出了一种自由曲面的非接触自动测量方法,介绍了测量系统的构成、曲面边缘的提取、自动扫描方式的规划以及测头跟踪方式等设计要点。     

成对多组斜孔座标测量法研究

本文介绍了用西德 OPTON 厂生产的 UMM500三卒标测量机测量直径φ1.0mm 以上的成对多组斜孔的方法,实现了用接触式测头对内圆表面的自动测量.     

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。     

三坐标测量机的误差分析与修正

根据三坐标测量机的结构特点分析了影响三坐标测量机精度的误差源,提出了对三坐标测量机的误差进行软件修正的方法,并做了两维坐标测量误差修正的验证。     

精密谐波齿轮径向刚度测试与分析

针对精密谐波齿轮存在输出轴扭转刚度不足的问题,为确定径向刚度对输出扭转刚度的影响,分析了二者之间的关系,设计了一种利用精密力传感器测力的谐波齿轮径向载荷加载装置,并结合三坐标测量机构成了精密谐波齿轮径向刚度测试系统.测试结果表明,径向刚度不是输出扭转刚度不足的主要原因.     

大尺寸工件直线度视觉测量系统中摄像机标定的研究

根据大尺寸工件直线度激光视觉测量系统的现场标定需要,从分析点结构光传感器模型入手,推导了计算机像平面坐标系到世界坐标之间的映射关系,借助转轴实现系统旋转扫描测量;介绍了系统中摄像机坐标系、传感器坐标系、转轴坐标系、标定块坐标系及全局坐标系等各个坐标系的转换关系,结合测量系统特点设计了特有的靶标,提出了适于大尺寸工件视觉检测系统摄像机参数及全局标定方法。实验表明,该方法快速,可用于现场标定。     

光电跟踪仪光轴一致性测量装置

设计了大口径离轴抛物面镜平行光管光学系统,研制了基于CCD图像采集处理的激光光斑中心坐标提取系统,研制了基于光栅尺的位移闭环控制系统,建立了光电跟踪仪光轴一致性参数测量装置。装置可用来测量光电跟踪仪激光发射轴、电视成像系统、红外成像跟踪系统三轴的一致性,测量不确定度为0.02mrad。     

激光测距传感器光束矢向和零点位置标定方法

激光测距传感器常用于飞机壁板法向检测。为了解决激光测距传感器加工和安装误差导致的法向检测精度下降问题,提出和实施了一种利用几何数学模型和最小二乘法进行激光测距传感器光束矢向和零点位置标定的方法。首先,利用角度标定理论获取激光束与主轴进给方向的夹角。然后,借助激光跟踪仪建立坐标系,根据激光测距传感器射在与电主轴进给方向成不同夹角的平面上的测量值,利用几何数学模型计算出各激光点之间的相对坐标,运用最小二乘法拟合出激光束的空间方程,进而得到光束矢向和零点位置。最后,在航空制孔机器人平台上进行标定实验,并且根据标定结果进行了实验验证。实验结果证明:该方法能够较为准确地标定出激光测距传感器的光束矢向和零点位置,可使法向检测精度在0.18°内。      

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).