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坐标统一用三棱台标准器设计与精度分析

机械工程学报 2024年

作者：程真英龚文超刘云龙黄强先李瑞君合肥工业大学仪器科学与光电工程学院测量理论与精密仪器安徽省重点实验室

为解决具有深孔、微槽、弧面等复杂特征微器件的高精度测量问题，需要采用微纳米接触式测头和白光干涉测头进行复合测量。而在这两种测头构成的复合测量系统中，现有标准器无法对其进行高精度的坐标统一。因此，根据两种测头的测量原理，提出了一种三棱台标准器来实现坐标统一。根据三棱台标准器的结构特点，基于几何原理，建立了标准器几何参数及其平面度对基准点坐标精度影响的数学模型。根据数学模型进行数值仿真，进一步分析标准器几何误差对基准点求解精度的影响，为标准器参数设计提供设计依据。最后，采用设计加工的标准器对微纳米三坐标测量机与白光干涉仪进行了测头坐标系统一化实验和精度分析。结果表明，采用三棱台标准器能够实现接触式测头和白光干涉测头坐标系统一，坐标统一化配准精度可达2.259 μm。该方法为复合测量中标准器的设计与分析提供参考依据。

关键词：标准器坐标统一复合测量微纳米接触式测头白光干涉测头

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便携式组合测量系统坐标统一的标定方法

光电子．激光 2016年第7期27卷 735-741页

作者：张旭程伟庄磊磊上海大学机电工程与自动化学院上海200072 上海市智能制造及机器人重点实验室上海200072 机械系统与振动国家重点实验室上海200240

针对便携式结构光测量系统和光学三坐标测量系统的测量坐标系的全局统一问题,提出了一种基于手眼标定模型的标定方法。利用在全局坐标系下固定的平面标靶以及与便携式结构光测量系统具有刚性约束关系的主动光立体标靶作为中介坐标系,分... 详细信息

针对便携式结构光测量系统和光学三坐标测量系统的测量坐标系的全局统一问题,提出了一种基于手眼标定模型的标定方法。利用在全局坐标系下固定的平面标靶以及与便携式结构光测量系统具有刚性约束关系的主动光立体标靶作为中介坐标系,分别估计便携式结构光测量系统与平面标靶的位姿参数以及光学三坐标测量系统与主动光立体标靶之间的位姿参数,然后基于手眼标定模型标定出主动光立体标靶与便携式结构光测量系统之间的刚性位姿关系,进而完成便携式结构光测量系统和光学三坐标测量系统的坐标统一。实验结果表明,本文方法标定结果相对误差标准差约为0.151mm,标定精度合理有效,可以实现便携式组合测量系统坐标统一的快速标定。

关键词：组合测量坐标统一标定

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多传感器视觉测量系统坐标统一技术研究

传感技术学报 2006年第4期19卷 1301-1304页

作者：张洪涛段发阶王学影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

多传感器视觉测量系统中的每个传感器都有各自局部的三维测量坐标系,传感器在其自身的坐标系下完成相对测量,为了处理测量结果,必须把它们统一到一个总体世界坐标系中,求出传感器坐标系与总体世界坐标系之关系。本文详细介绍了以经纬仪... 详细信息

多传感器视觉测量系统中的每个传感器都有各自局部的三维测量坐标系,传感器在其自身的坐标系下完成相对测量,为了处理测量结果,必须把它们统一到一个总体世界坐标系中,求出传感器坐标系与总体世界坐标系之关系。本文详细介绍了以经纬仪空间坐标测量系统与靶标为中介实现多传感器视觉测量系统坐标统一技术,具体论述了两种坐标统一方法:直接坐标统一法与间接坐标统一法,并利用实验结果对其进行了验证。

关键词：视觉传感器坐标统一经纬仪靶标

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室内全景影像成果坐标统一技术路线研究

测绘通报 2019年第7期 100-103,113页

作者：刘小芬谢刚生王丹丹隆少秋广东南方数码科技股份有限公司广东广州510665 华南农业大学广东广州510642

针对目前室内全景影像和点云成果必须在自带的系统中展示,不利于室内全景影像和点云成果在其他系统和软件中推广使用的问题,通过对NavVis多个扫描数据集处理好的全景影像成果进行研究,验证了NavVis全景影像成果的坐标统一技术路线,为Nav... 详细信息

针对目前室内全景影像和点云成果必须在自带的系统中展示,不利于室内全景影像和点云成果在其他系统和软件中推广使用的问题,通过对NavVis多个扫描数据集处理好的全景影像成果进行研究,验证了NavVis全景影像成果的坐标统一技术路线,为NavVis全景影像成果不受限制地在其他系统、软件中的使用提供了解决方案,推动高精度室内全景影像的实际应用。

关键词：室内全景影像坐标统一 NavVis

高精度复合式测量中二维坐标统一方法研究（英文）

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Journal of Measurement Science and Instrumentation 2016年第3期7卷 205-213页

作者：文信付鲁华赵炎张恒王仲天津大学精密测试技术与仪器国家重点实验室天津300072 中国计量科学研究院北京100013

多测头坐标统一是复合式测量中的关键技术之一,根据多个测头对某一物件的测量值从而得到更加全面可信的信息。针对高精度复合式坐标测量中标准球作为多测头坐标统一标准器的不足,本文利用角度量块作为标准器实现了影像测头和接触式测头... 详细信息

多测头坐标统一是复合式测量中的关键技术之一,根据多个测头对某一物件的测量值从而得到更加全面可信的信息。针对高精度复合式坐标测量中标准球作为多测头坐标统一标准器的不足,本文利用角度量块作为标准器实现了影像测头和接触式测头的高精度坐标统一。文中对比标准球和角度量块作为高精度复合测量中坐标统一标准器的优缺点,理论分析和实验结都证明通过使用角度量块作为标准器精度更高也更方便,且两测头在二维平面上能够实现高精度坐标统一。

关键词：高精度复合式测量影像传感器接触式测头坐标统一角度量块

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复合式测量机多测头坐标统一方法研究

复合式测量机多测头坐标统一方法研究

作者：葛如月天津大学

学位级别：硕士

如今随着制造技术水平的不断提升,各领域对测量精度、测量效率和测量信息完整性等各方面的要求也变得更加严苛。尤其是在精密加工与制造、量值传递与溯源等领域,对复杂工件的精度检定需求不断扩大。如何快速准确地获得复杂工件的高精度... 详细信息

如今随着制造技术水平的不断提升,各领域对测量精度、测量效率和测量信息完整性等各方面的要求也变得更加严苛。尤其是在精密加工与制造、量值传递与溯源等领域,对复杂工件的精度检定需求不断扩大。如何快速准确地获得复杂工件的高精度、完整的结构信息,一直是科研人员和制造类企业追求的目标。接触式测量系统测量适应性强、三维信息测量准确,但是采样效率低、测量速度慢;非接触式测量系统相对来说采样密度较高,可以快速测量得到点云,数据信息量大,但是测量过程容易受环境影响、精度相对较低。针对一些复杂的测量任务,传统的单一测头的坐标测量系统已经不能满足需求了,因此集成了多测头的高精度复合式测量机不断发展起来。它为要求精度高、速度快、被测信息完整的测量需求提供了新的解决方案,也对数据融合等关键步骤提出了更高的要求。对于复合式测量机来说,如何快速、高精度地完成多测头间的坐标统一一直是个难点。本文研究了复合式测量机多测头的坐标统一技术,主要内容包括:对应用于多测头坐标统一的几种标准器的原理和存在的问题进行了分析探究,设想将球和圆两个不同特征相结合,对接触式测头和影像测头进行坐标统一,并进行实验探究了两种测头对不同特征的测量效果。设计制作了一种新型复合标准器,该标准器在微晶玻璃基板上固定装配有高精度标准球和镀铬标准圆,用于复合式测量机上的影像测头和接触式测头的坐标统一。提出了第一种坐标统一方案,并利用OGP Smart Scope ZIP250坐标测量系统进行了仿真分析和实验验证。在坐标统一方案一的基础上,对标准器附加限制条件,提出了利用两组标准球和镀铬标准圆的坐标统一方案二并进行了仿真实验。与方案一相比测量过程操作更简单、测量效率更高,但是对标准器的加工制造提出了更严格的要求。文中设计的新复合标准器通过多个计量中心给出了检定结果,证明了该标准器的稳定性和对复合式测量机多测头坐标统一和精度检定的适用性,并且对实验所用OGP复合式测量机工作空间内的精度进行了检定。

关键词：复合式坐标测量机接触式测头影像测头标准器坐标统一

雅砻江流域大坝水平位移监测项目观测坐标统一的研究与应用

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大坝与安全 2020年第2期34卷 33-37页

作者：李啸啸张晨冯永祥雅砻江流域水电开发有限公司四川成都610056

水平位移监测是大坝安全监测重要项目之一,监测方法众多。现行大坝监测规范对水平位移变形方向规定较笼统,在实际应用中,不同水平位移监测手段采用的观测坐标差异较大,往往给水平位移对比分析造成诸多不便,甚至错误。笔者探讨了雅砻江... 详细信息

水平位移监测是大坝安全监测重要项目之一,监测方法众多。现行大坝监测规范对水平位移变形方向规定较笼统,在实际应用中,不同水平位移监测手段采用的观测坐标差异较大,往往给水平位移对比分析造成诸多不便,甚至错误。笔者探讨了雅砻江流域大坝及边坡水平位移监测项目观测坐标统一的方法和原则,通过在流域推广应用,极大地提高了流域统筹大坝安全监测资料分析工作的效率,为后续相关规范修编及其他电力企业应用提供借鉴和参考,促进运行单位大坝安全管理工作的规范化、精细化。

关键词：水平位移监测坐标统一转换角度拱坝边坡

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反射镜面辅助的航空机匣三维变形多视角测量

光学精密工程 2022年第24期30卷 3105-3115页

作者：郭建英梁晋叶美图王明明石炜西安交通大学机械工程学院陕西西安710049 中国航发四川燃气涡轮研究院强度传动试验研究室四川绵阳621000

针对航空发动机机匣部分表面变形场无法使用常规的三维数字图像相关(3D-DIC)设备充分测量的问题,提出了一种反射镜面辅助的机匣三维变形多视角测量方法,并构建了一套与方法相适应的机匣三维变形多视角测量系统。引入高精度的相机标定方... 详细信息

针对航空发动机机匣部分表面变形场无法使用常规的三维数字图像相关(3D-DIC)设备充分测量的问题,提出了一种反射镜面辅助的机匣三维变形多视角测量方法,并构建了一套与方法相适应的机匣三维变形多视角测量系统。引入高精度的相机标定方法,提出了反射成像的校正方式,采用经典的数字图像相关匹配算法,利用摄影测量将多个DIC单元的测量数据对齐在同一坐标系下,从而获得了同一时刻多个视场的三维形貌和变形场。专门设计了单向拉伸试验,证明所提方法的形貌重建精度为0.03 mm,应变测量精度小于50με。将所提系统应用于航空发动机中介机匣加载试验中,实现了机匣肋板表面的多视场重建,并获得了相应的三维变形场,测量结果与有限元计算结果吻合。结果表明,该方法适用于航空发动机机匣变形的多视角测量,对复杂型腔体的结构设计和强度试验具有重要的工程价值。

关键词：光学测量反射成像数字图像相关坐标统一机匣变形

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回转体零件轴孔同轴度误差检测系统设计

回转体零件轴孔同轴度误差检测系统设计

作者：赵帅天津大学

学位级别：硕士

回转体零件在工业、农业、国防等领域具有广泛应用。为了保证回转体零件在工业大批量生产中的制造精度,对其尺寸进行快速、高精度、自动化测量十分重要,而轴孔同轴度误差是回转体零件精度评价的重要指标之一。本文分析了同轴度误差的检... 详细信息

回转体零件在工业、农业、国防等领域具有广泛应用。为了保证回转体零件在工业大批量生产中的制造精度,对其尺寸进行快速、高精度、自动化测量十分重要,而轴孔同轴度误差是回转体零件精度评价的重要指标之一。本文分析了同轴度误差的检测现状,研究了利用多传感器协同进行同轴度误差检测的关键技术,主要完成了以下工作:1.针对同轴度误差检测需求,结合课题组现有的回转体零件测量装置,提出了基于接触式传感器和视觉传感器协同的检测方案,实现了对回转体零件轴孔同轴度误差的快速检测。分析了内测部件和外测部件的测量模型,建立了以转台回转轴线为Z轴的统一坐标系,并对内、外测部件在统一坐标系中的位置进行了确定,解决了协同测量中的坐标系统一问题。2.根据同轴度误差检测原理,设计了基准轴线和实际被测轴线测量方案:利用接触式传感器对零件孔截面圆圆心坐标进行测量,并根据最小二乘法原理对孔轴线的直线方程进行拟合,将该轴线作为基准轴线;利用双视觉传感器对轴截面圆圆心坐标进行测量,将轴截面圆圆心连线作为实际被测轴线。3.分析了测量主机中接触式传感器的安装误差,双视觉传感器之间的相对位置误差,内外测部件几何误差和相对位置误差,转台误差,等各项误差对检测结果的影响,设计了误差测量方案,对各项误差进行了补偿。对测量主机中的多个系统参数进行了标定,包括接触式传感器安装位置参数、视觉传感器像素当量等。4.为了提高测量系统的自动化程度,设计了由零件输送线和ABB机器人组成的上下料系统,编写了零件输送线和ABB机器人运行程序,实现了各部分之间的通讯与协同工作。编写了测量主机的测量程序,实现了同轴度误差的自动化检测,对标准回转体零件进行了同轴度误差检测实验,实验表明最大误差小于7μm,满足测量精度要求,验证了检测方案的可行性。

关键词：协同测量坐标统一同轴度误差误差补偿