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工作空间测量定位系统定向网络结构强度评估方法

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激光与光电子学进展 2024年

作者：郭保立林嘉睿滕明鑫张饶邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室

工作空间测量定位系统基于多站观测交会原理实现坐标测量，测量仪器位姿参数的精确标定则是实现系统高精度测量的前提。系统定向过程中基于仪器观测量和几何约束信息建立多个观测方程，从而构建定向网络，其结构强度体现了定向位姿参数... 详细信息

工作空间测量定位系统基于多站观测交会原理实现坐标测量，测量仪器位姿参数的精确标定则是实现系统高精度测量的前提。系统定向过程中基于仪器观测量和几何约束信息建立多个观测方程，从而构建定向网络，其结构强度体现了定向位姿参数的标定精度。但是，现场定向网络大多依据经验部署，其结构强度缺乏有效的评估方法，本文基于系统的隐函数数学模型及定向原理推导出测量仪器位姿参数不确定度表达形式，提出定向网络结构强度评估模型，基于模型计算得到的结构系数形成定向网络结构强度的评价指标。采用仿真与实验的方式对比并验证了不同构型定向网络的结构强度，从而验证了该模型的正确性。通过对结构系数影响因素的分析，对定向网络的布局及结构优化提出指导。

关键词：工作空间测量定位系统定向网络位姿参数不确定度结构强度

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新型旋转激光扫描系统轴系调整与误差标定

光学精密工程 2024年第8期32卷 1111-1121页

作者：任永杰郭威吴腾飞滕明鑫林嘉睿邾继贵天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室天津300072

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的... 详细信息

旋转激光扫描系统是一种基于精密转台结合多路激光的空间多目标并行角度传感系统。为改善系统光源性能,设计了一种采用光纤从外部导入光源的新型轴系结构。但是当激光以一定角度穿过中空的转轴进入镜组后,若倾斜入射柱镜,将导致出射的扫描光面型发生变化。针对此问题,研究了一种基于平行线的传递性的激光光轴姿态的调整方法,并借助激光跟踪仪测量平台,分别对光轴与转轴轴系进行拟合,建立了对光轴倾斜误差的标定方法。实验结果表明,调整后光轴与转轴轴线的空间夹角优于0.15°,完全满足扫描光截面中心直线度对激光入射柱镜的角度要求。该调整方案可用于系统的装配环节,使扫描光更加接近理想平面,有助于系统测量精度的提升。

关键词：大尺寸测量旋转激光扫描系统光轴调整轴线拟合误差分析

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激光跟踪测量系统伺服跟踪控制方法

中国测试 2024年

作者：段志君吴腾飞陈宗亮林嘉睿天津大学精密测试技术及仪器全国重点实验室

针对激光跟踪测量系统跟踪目标的运动轨迹不确定、加速度与速度不断变化的特点，为提升其稳态及动态性能，对伺服跟踪控制方法进行研究，提出了一种基于模糊自适应的激光跟踪双闭环控制方法。电机定位控制环路采用模糊自适应微分先行PI... 详细信息

针对激光跟踪测量系统跟踪目标的运动轨迹不确定、加速度与速度不断变化的特点，为提升其稳态及动态性能，对伺服跟踪控制方法进行研究，提出了一种基于模糊自适应的激光跟踪双闭环控制方法。电机定位控制环路采用模糊自适应微分先行PID，位置跟踪控制环路采用模糊自适应整定PI，设计不同模糊规则，实现控制参数实时整定，使其始终保持在最优区间。实验结果表明，该方法能够根据跟踪目标运动的不确定性产生的误差来实时调整控制参数，有效提升激光跟踪的稳态和动态性能，使跟踪系统的稳态误差降低至1.90’以内，跟随误差则降低至0.56’以内。

关键词：伺服跟踪控制模糊自适应稳态误差跟随误差

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摄影测量图像处理的高精度误差补偿法

光学学报 2012年第9期32卷 122-129页

作者：邾继贵邹剑林嘉睿叶声华天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

在高精度的摄影测量中,图像处理精度对整体测量精度起着至关重要的作用,但成像过程中摄像机对特征点图像的离散化采样,会造成图像与原始信号的失真,从而带来图像处理环节的误差。通过对图像处理过程中特征点总能量、能量分布弥散半径和... 详细信息

在高精度的摄影测量中,图像处理精度对整体测量精度起着至关重要的作用,但成像过程中摄像机对特征点图像的离散化采样,会造成图像与原始信号的失真,从而带来图像处理环节的误差。通过对图像处理过程中特征点总能量、能量分布弥散半径和图像处理窗口的特性分析,并以特征点中心位置、提取误差大小和能量密度函数的标准差之间关系为基础,提出一种针对离散化采样的误差补偿法。该方法仅需标定一次补偿参数,适用于所有摄像机和算法,可显著提升原有图像处理精度。实验证明,对于质心法和高斯拟合法,该补偿法可将图像提取精度提高到0.03pixel。

关键词：测量图像处理误差补偿提取精度

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线结构光视觉传感器二维机器人焊缝跟踪系统

光电子．激光 2009年第6期20卷 793-795页

作者：林嘉睿吴斌高鹏叶声华天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

提出了一种基于线结构光视觉传感器示教及纠偏的二维机器人焊缝跟踪方法。利用简单快速的系统标定,视觉传感器分别对焊缝上示教特征点和实际特征点坐标进行测量记录,同时采用模板匹配进行图像处理,测出它们之间的偏差,ABB机器人根据得... 详细信息

提出了一种基于线结构光视觉传感器示教及纠偏的二维机器人焊缝跟踪方法。利用简单快速的系统标定,视觉传感器分别对焊缝上示教特征点和实际特征点坐标进行测量记录,同时采用模板匹配进行图像处理,测出它们之间的偏差,ABB机器人根据得到的偏差实时调整焊枪位置,从而实现自动跟踪。利用线结构光视觉传感器和ABB机器人设计了实验系统,对所提的方法进行了验证。

关键词：焊缝跟踪线结构光视觉传感器模板匹配 ABB机器人

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面向测量的工业机器人定位误差补偿

光电子．激光 2013年第4期24卷 746-750页

作者：邾继贵邹剑林嘉睿郭磊郭寅天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

针对机器人定位误差影响柔性视觉测量精度问题,研究了基于视觉技术的机器人定位误差补偿方法。在传感器上附加单个定向相机,在传感器测量场景中设置全局控制点,通过定向相机测量控制点,实时获取传感器当前位置下与全局坐标系的转换关系... 详细信息

针对机器人定位误差影响柔性视觉测量精度问题,研究了基于视觉技术的机器人定位误差补偿方法。在传感器上附加单个定向相机,在传感器测量场景中设置全局控制点,通过定向相机测量控制点,实时获取传感器当前位置下与全局坐标系的转换关系,补偿机器人定位误差。由于直接应用补偿精度低,针对机器人定位误差产生的原因和特点,改进补偿方法,将角度参数作为已知量,仅优化位移变量。实验结果表明,单相机补偿方法均方根误差(RMSE)为3.422mm,改进方法的RMSE优于0.10mm,改进后的单相机补偿方法有效地提高了传感器定位精度,模型简单,方法可行,能够满足机器人定位误差补偿的精度要求。

关键词：工业精密测量柔性视觉测量工业机器人定位误差补偿单相机补偿

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基于非成像模型的摄像机校准方法

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2013年第6期46卷 477-481页

作者：邾继贵邹剑林嘉睿叶声华天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

作为摄影测量关键部件的摄像机,其校准精确度直接影响了整个测量系统的测量不确定度.通过对常规摄像机校准技术的研究,发现基于内参数成像模型的校准方法会因为内参数综合优化的相关性干扰和非线性求解的不确定性使校准的畸变参数不稳定... 详细信息

作为摄影测量关键部件的摄像机,其校准精确度直接影响了整个测量系统的测量不确定度.通过对常规摄像机校准技术的研究,发现基于内参数成像模型的校准方法会因为内参数综合优化的相关性干扰和非线性求解的不确定性使校准的畸变参数不稳定,且无法修正由镜头透镜组制造中的曲率变化非连续平滑等造成的非模型化畸变.结合航空摄影测量光学实验室方法与垂线法,以摄像机的成像原理为依据提出基于非成像模型的校准方法,以实现逐像元(甚至亚像素级)畸变的细化修正.实验表明,该校准方法的角度测量精度为±5″,系统不确定度为10×10-6,并可适用于所有的相机和镜头.

关键词：摄影测量成像模型摄像机校准

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基于空间长度约束的坐标控制场精度增强方法

中国激光 2015年第1期42卷 253-259页

作者：谢政委林嘉睿邾继贵任瑜天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为了实现大空间几何量测量的全局定向和精度控制,需要在空间内构建精密三维坐标控制场。目前,利用激光跟踪仪单站建立坐标控制场是最有效手段,但面对局部更高的测量精度需求,必须减小全局定向过程中的转站误差,增强区域的控制场精度。... 详细信息

为了实现大空间几何量测量的全局定向和精度控制,需要在空间内构建精密三维坐标控制场。目前,利用激光跟踪仪单站建立坐标控制场是最有效手段,但面对局部更高的测量精度需求,必须减小全局定向过程中的转站误差,增强区域的控制场精度。利用激光跟踪仪干涉测距精度高的特性,并用跟踪仪靶球座配合碳纤维杆现场构造多个空间长度基准(微米量级精度),长度基准可灵活布置于所需空间区域,作为约束加入到跟踪仪多站位对控制点的冗余测量过程当中,从而克服单站空间遮挡问题并优化跟踪仪测角误差,进一步提高所构建长度基准的控制点坐标精度,实现区域测量场的精度增强。实验结果表明,该方法可使全局定向精度在10 m测量范围内优于0.04 mm,进一步满足现场大空间几何量测量的高精度要求。

关键词：测量坐标控制场精度增强长度约束激光跟踪仪

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双护盾硬岩隧道掘进机位姿测量系统

光学学报 2015年第11期35卷 139-147页

作者：杨文辉林嘉睿高扬邾继贵天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

针对隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机位姿的精密测量需求,设计了一种组合式位姿测量系统。系统把单目视觉和激光标靶相结合,在利用激光标靶和全站仪完成掘进机后盾体位姿测量基础上,通过所设计的光学特征点空间分布模型,实现特征点的准... 详细信息

针对隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机位姿的精密测量需求,设计了一种组合式位姿测量系统。系统把单目视觉和激光标靶相结合,在利用激光标靶和全站仪完成掘进机后盾体位姿测量基础上,通过所设计的光学特征点空间分布模型,实现特征点的准确识别,根据特征点之间已知的几何约束关系和摄像机的透视投影模型,进行实时的图像处理和位姿解算,实现掘进机前盾体相对后盾体位姿的非接触式测量。系统建立了光学特征点、智能视觉传感器、激光标靶和全站仪之间的坐标转换关系,搭建了模拟双护盾硬岩隧道掘进机位姿变化的实验平台,并利用全站仪进行精度验证,最终完成掘进机全方位的实时位姿测量。实验结果表明:在30 m×3 m测量范围内,系统测量精度优于5 mm。测量系统具有精度高、抗噪声能力强和实时性好等优点,可满足隧道施工中双护盾硬岩隧道掘进机位姿的精密自动测量要求。

关键词：机器视觉双护盾掘进机位姿测量单目视觉激光标靶全站仪