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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

基于蒙特卡罗仿真方法的大尺寸测量不确定度分析

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计算机集成制造系统 2009年第1期15卷 184-187,196页

作者：张福民曲兴华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

为评价大尺寸测量不确定度,特别是多站融合测量不确定度,引入蒙特卡罗仿真方法。该方法根据各传感器单元的概率特性重复采样,生成测量结果的样本,统计样本得到坐标测量不确定度,并利用计算机可视化样本的三维散点图。通过不同样本数对... 详细信息

为评价大尺寸测量不确定度,特别是多站融合测量不确定度,引入蒙特卡罗仿真方法。该方法根据各传感器单元的概率特性重复采样,生成测量结果的样本,统计样本得到坐标测量不确定度,并利用计算机可视化样本的三维散点图。通过不同样本数对运算时间和准确性影响的实验,确定样本数为500。以激光跟踪仪为例进行实验,比较蒙特卡罗法、统计法和解析法三种方法得到的不确定度结果,吻合情况较好,其中与解析法比较最大偏差仅为2.7μm。实验结果表明,蒙特卡罗仿真方法可以准确评价大尺寸测量仪器及多站融合测量不确定度,融合精度优于各局部精度。

关键词：大尺寸测量不确定度分析蒙特卡罗仿真方法激光跟踪仪融合测量

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面向对象的大尺寸测量不确定度分析

光学精密工程 2008年第11期16卷 2239-2243页

作者：张福民曲兴华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

常规尺寸的不确定度评价方法不适用于大尺寸测量,尤其是特定拟合任务中的不确定度评价。针对大尺寸测量的特殊性,研究了基于蒙特卡罗法的不确定度评价方法。通过随机仿真各项测量误差源,得到测量结果的仿真样本,并用计算机可视化直观表... 详细信息

常规尺寸的不确定度评价方法不适用于大尺寸测量,尤其是特定拟合任务中的不确定度评价。针对大尺寸测量的特殊性,研究了基于蒙特卡罗法的不确定度评价方法。通过随机仿真各项测量误差源,得到测量结果的仿真样本,并用计算机可视化直观表示该样本,形成离散不确定度点云,从而评价大尺寸特定测量对象的不确定度。以激光跟踪仪测量大型圆形截面工件为例,给出测点对称、均匀分布和半径约束等优化测量思想,减小测量不确定度。最后,将该方法应用于激光跟踪仪测量隧道构件的实例中,结果表明,常规圆心拟合不确定度为2.552 5 mm,加入半径约束优化测量方案后,不确定度减小至0.032 6 mm。仿真和实际实验表明,蒙特卡罗评价和离散点云表示法可准确、直观地评价特定大尺寸测量对象的不确定度,制定的最优测量方案可提高测量精度。

关键词：大尺寸测量不确定度蒙特卡罗法面向对象激光跟踪仪

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基于标准器的大尺寸测量系统坐标统一化方法

仪器仪表学报 2015年第8期36卷 1845-1852页

作者：王德元唐文彦张晓琳马强王军哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 吉林铁道职业技术学院电子工程系吉林132001

针对大尺寸测量系统坐标统一化过程中公共点的测量误差不可控制的问题,提出了利用可现场溯源的标准器取代传统的独立公共点的方法。设计了一种标准器,并用更高精度等级的三坐标测量机对标准器上各个目标点之间的空间几何位置关系进行标... 详细信息

针对大尺寸测量系统坐标统一化过程中公共点的测量误差不可控制的问题,提出了利用可现场溯源的标准器取代传统的独立公共点的方法。设计了一种标准器,并用更高精度等级的三坐标测量机对标准器上各个目标点之间的空间几何位置关系进行标定,把这些几何位置关系作为约束条件。现场应用中多站大尺寸测量仪分别测量标准器上的目标点,计算出各个几何关系与通过标定的约束关系之差,将这个差值与设定的误差限进行比较,确定公共点的测量值是否有效。对该方法进行了理论分析和仿真证明。提出了7参数坐标配准算法对大尺寸测量进行空间坐标数据配准。用激光跟踪仪和激光雷达及4个标准器进行现场实验,实验结果与传统方法相比,坐标配准误差得到降低。为了进一步验证该方法的有效性,把一根经过检定的基准尺放置于测量空间的12个不同位置,使用标准器约束前后的两组坐标配准参数分别计算基准尺长度的平均值和标准差。实验结果表明,使用标准器约束方法能够提高大尺寸测量系统坐标统一化精度。

关键词：大尺寸测量标准器坐标统一化约束现场溯源坐标配准算法

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分段制造中大尺寸测量的关键算法研究

光电子．激光 2008年第10期19卷 1368-1371页

作者：张福民曲兴华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

组建由激光跟踪仪和数据处理软件组成的计算机辅助测量系统。对分段制造中大尺寸构件的几何量信息进行评价。并对其中的激光测距系统进行横向和径向误差补偿。以半径约束最小二乘法解决了分段构件拟合信息不足的问题,提高拟合精度。用... 详细信息

组建由激光跟踪仪和数据处理软件组成的计算机辅助测量系统。对分段制造中大尺寸构件的几何量信息进行评价。并对其中的激光测距系统进行横向和径向误差补偿。以半径约束最小二乘法解决了分段构件拟合信息不足的问题,提高拟合精度。用仿真和实际实验结果验证了该算法对噪声的鲁棒性增强。利用最佳适配算法将多站的测量统一到CAD全局坐标系下,并与CAD比较偏差。以隧道构件为研究对象,应用于隧道构件生产厂家质量控制中。

关键词：大尺寸测量精度控制激光跟踪仪管片分段制造

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一种现场大尺寸测量精度的评价方法

光学学报 2008年第11期28卷 2159-2163页

作者：张福民曲兴华戴建芳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

针对现场全面评价大尺寸测量仪器精度的特殊性,提出了一种采用多仪器站多控制点的精度评价方法。基于四元数的空间数据配准,将多仪器站的测量数据统一到全局坐标系下,基于控制点坐标不变约束,对测量值进行统计得到测量不确定度,并从中... 详细信息

针对现场全面评价大尺寸测量仪器精度的特殊性,提出了一种采用多仪器站多控制点的精度评价方法。基于四元数的空间数据配准,将多仪器站的测量数据统一到全局坐标系下,基于控制点坐标不变约束,对测量值进行统计得到测量不确定度,并从中提取仪器内部各传感器单元分量的不确定度。利用多传感器信息融合技术求得最优控制点,减小坐标转换误差对结果的影响。以激光跟踪仪为例进行了仿真和现场实验,结果表明,该方法评价测距和测角不确定度的误差可分别降至1μm和0.1″以内。

关键词：光学测量大尺寸测量精度评价多传感器融合激光跟踪仪

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一种小型激光跟踪测量系统的研制

计量学报 2024年第3期45卷 340-348页

作者：顾超伟缪东晶严利平刘洋李建双浙江理工大学纳米测量技术实验室浙江杭州310018 中国计量科学研究院北京100029

为实现大尺寸范围内的坐标跟踪测量,研制了一种小型激光跟踪测量系统。设计了光机电一体化的机械结构,实现减小系统体积与提高抗干扰能力。设计了系统的光学模块,通过优化基于位置敏感探测器的目标偏差量采集部分的光路,实现目标允许最... 详细信息

为实现大尺寸范围内的坐标跟踪测量,研制了一种小型激光跟踪测量系统。设计了光机电一体化的机械结构,实现减小系统体积与提高抗干扰能力。设计了系统的光学模块,通过优化基于位置敏感探测器的目标偏差量采集部分的光路,实现目标允许最大偏差量的增大。通过开展位置敏感探测器的标定实验,完成位置敏感探测器的线性区间与偏差比例系数的测量,为跟踪控制算法开发提供了关键参数。进行了跟踪控制模块的设计,并完成跟踪控制算法的开发,实现系统的快速跟踪测量。开发了系统三维可视化测量软件,实现用户对系统与目标的空间位置及运动状态的实时掌控。实验结果表明,系统的跟踪稳定性与位移分辨力分别为20μm和40μm,系统的跟踪速度最高可达480 mm/s,加速度最高可达506 mm/s^(2),跟踪距离范围不小于70 m,具有三维坐标测量与三维可视化功能,与现有跟踪仪相比具有体积、重量以及测角范围上的优势,具有良好的跟踪性能与应用前景。

关键词：几何量计量激光跟踪三维坐标测量三维可视化跟踪控制标定大尺寸测量

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工作空间测量定位系统参数模型建立方法

光学学报 2024年

作者：郑书彦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wMPS利用旋转扫描光的空间面型交会获取待测点三维坐标，其参数模型为用于拟合扫描光空间面型的方程。现有的扫描光面型评估方法不准确，导致参数模型直接采用平面模型而忽略了光面在大尺寸空间的变形影响。本文利... 详细信息

工作空间测量定位系统wMPS利用旋转扫描光的空间面型交会获取待测点三维坐标，其参数模型为用于拟合扫描光空间面型的方程。现有的扫描光面型评估方法不准确，导致参数模型直接采用平面模型而忽略了光面在大尺寸空间的变形影响。本文利用高精度转台对扫描光信号进行细分采样，通过对比旋转激光扫描时间，建立了面型变形信息和仪器原始观测量之间的映射关系，从而准确评估了扫描光面型，并分析了该评估方法的误差影响因素。根据面型评估结果，研究了基于差分进化算法确定最佳分割角度的分区平面模型建立方法，并设计实验对模型拟合效果及测量精度进行了评价。实验结果表明，所研究方法评价扫描光面型更加准确，新参数模型的拟合效果及测量精度也有明显提升。

关键词：测量工作空间测量定位系统大尺寸测量参数模型差分进化算法

基于光电扫描的网络式大尺寸测量系统定位算法研究

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传感技术学报 2011年第9期24卷 1290-1295页

作者：端木琼杨学友邾继贵杨淩辉劳达宝天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

wMPS(workspace Measuring Position System)是一种新型的网络式大尺寸测量系统。与基于角度交会的定位方法相比,基于光平面交会的定位算法避免了方位角的计算,消除了发射器装配误差的影响。通过对两种算法的证明和比较,分析了主要误差... 详细信息

wMPS(workspace Measuring Position System)是一种新型的网络式大尺寸测量系统。与基于角度交会的定位方法相比,基于光平面交会的定位算法避免了方位角的计算,消除了发射器装配误差的影响。通过对两种算法的证明和比较,分析了主要误差来源,并通过实验进行了验证。实验结果表明,在6m×6m×3m的工作范围内,测量误差小于0.15mm,满足大多数现场大尺寸测量需求。

关键词：大尺寸测量 wMPS测量系统光电扫描光平面交会测量