1 航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
2 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016
使用激光雷达对大型结构件实施测量时往往需要通过布设多个测量站位构建大尺寸测量网络，其中激光雷达的站位及其数目是影响测量结果的关键因素。针对飞机大部件外形测量需求，设计了一种面向大型结构件的激光雷达测量规划方法。以测量精度为约束，以测量站位数目和测量区域划分结果为评价目标，对待测数模进行特征离散并提取离散点法矢信息，利用基于区域生长算法的测量站位规划方法获取初始站位及数量，引入测量不确定度，优化测量站位和测量区域的划分结果。实验表明，相较于基于经验的人工测量规划，该方法更易得到大范围、少数量的测量区域划分结果以及合理的激光雷达测量站位，具有良好的可行性和有效性。
激光与光电子学进展
2021, 58(21): 2112002
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016
2 航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
对于由激光跟踪仪Leica AT901-MR、激光扫描仪Leica T-Scan5（以下简称“T-Scan”）和工业机器人KUKA KR90R3100 extra组成的测量系统，合理规划激光跟踪仪站位来测量变化频繁的T-Scan位姿成为关键问题之一。针对该问题，首先构建融合了激光跟踪仪和T-Scan测量特性的组合测量约束模型，并提出判断站位可行性的站位评价方法；然后，为了提高测量效率与减小站位数量，基于站位评价方法设计站位规划方法的流程；最后，基于Open CASCADE程序实现了站位规划，并设计蒙皮扫描实验进行验证。结果表明：所提方法规划的激光跟踪仪站位的数量比经验法的数量少；在规划站位下对蒙皮开展的测量耗时约5 min，而经验法的测量耗时约40 min。
测量 激光扫描仪 激光跟踪仪 工业机器人 组合测量 站位规划 Open CASCADE 激光与光电子学进展
2021, 58(17): 1712001
1 南京航空航天大学机电学院, 江苏 南京 210016
2 国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所, 北京 100095
针对同轴内啮合的大尺寸齿形结构手动装配模式中测量困难且精度不易保证的问题,提出一种面向齿形结构装配的视觉测量方法。该方法通过构建单目视觉测量系统,利用其图像特征解算空间位姿实现高精度测量。首先基于自适应核与自适应阈值的最小核值相似区算法提取齿顶角点,并采用大津阈值改进的Canny算法检测辅助圆离散弧段;然后结合随机采样一致思想,运用基于几何距离及Levenberg-Marquardt优化的椭圆拟合算法获取椭圆参数,并给出了齿形结构测量模型及其位姿解算原理。最后进行实验验证,结果表明该方法的测量精度可达0.050 mm,满足齿形结构装配的高精度测量要求。
图像处理 齿形结构 机器视觉 角点检测 椭圆拟合 位姿解算 激光与光电子学进展
2021, 58(16): 1610003
1 南京航空航天大学机电学院，江苏 南京 210016
2 航空工业北京长城计量测试技术研究所，北京 100095
为了获得更优的发射器布局，使系统达到更高的定位精度，提出一种基于免疫优化算法的iGPS发射器布局优化方法，根据系统的测量原理得到该系统的测量不确定度模型，由此建立亲和度函数，使用免疫优化算法对发射器布局进行优化，并通过仿真进行验证。结果表明：所提方法可以显著优化发射器布局，提高系统的测量精度；与遗传算法相比，免疫优化算法具有更好的全局寻优效果，可以得到更优的iGPS发射器布设站位。
测量 布局优化 交汇测量 iGPS 免疫优化算法 激光与光电子学进展
2021, 58(11): 1112009
1 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所, 北京 100095
2 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
工作空间测量定位系统是一种基于激光扫描的三维坐标大尺寸分布式测量系统, 目前已广泛应用于大尺寸测量领域。该系统可以通过增加发射站数目来扩展量程同时精度并不损失, 其前提是有一套精确的全局定向参数。在系统多平面约束的数学模型基础上, 阐述了一种基于三维控制场的wMPS全局组网定向方法。在标定空间内设置点位坐标已知的控制点组成控制场, 给出了组网定向的模型及优化方法, 并给出迭代初值生成方法。实验表明: 通过基于控制场全局组网定向方法后, 系统与激光跟踪仪对比后点位误差优于0.15 mm, 在提高效率的同时大大提高了系统的精度。
全局组网定向 激光扫描 精确三维控制场 大尺寸测量 工作空间测量定位系统 orientation parameters calibration laser scanning precise 3D coordinate control network large-scale metrology wMPS 红外与激光工程
2016, 45(11): 1117001
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
车间测量定位系统(wMPS)是一种新型的光电扫描分布式测量系统。为提高其动态坐标测量精度，对wMPS的动态坐标测量原理进行了介绍。以扩展卡尔曼滤波算法(EKF)为基础，建立了匀速直线运动模型。并对模型及算法进行了计算机仿真，结合仿真结果，以ABB IRB 2400工业机器人为实验平台，对所提出的方法进行了实物实验验证。实验结果表明：所应用的EKF算法不但可以替代传统的最小二乘算法，实现对运动物体轨迹的估计，还可以减少wMPS动态测量过程中的随机误差,提高精度,完全满足工业现场对移动物体测量定位的需求。
测量 车间测量定位系统 扩展卡尔曼滤波 动态坐标测量 光电扫描 激光与光电子学进展
2016, 53(5): 051201
1 天津大学精密测试计量技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 天津大学海洋科学与技术学院，天津 300072
：工作空间测量定位系统(workspace Measuring and Positioning System，简称wMPS)是一种基于旋转激光扫描平面定位技术的室内大尺寸定位系统。它可实现计量精度的三维坐标测量，主要应用于制造加工及装配领域。作为一种分布式系统，工作空间测量定位系统也存在着为不同测量节点分配权重的问题。考虑到在定位过程中误差的复杂性，提出一种根据不同测量区域，利用统计数据对不同测量节点动态分配权重的分权方法。为验证此方法，设计了对比实验，实验结果表明：文中提出的加权方法可显著提高工作空间测量定位系统的测量精度。
工作空间测量定位系统 动态加权 解算方法 workspace measuring and positioning system dynamic weighting solution method
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
本文针对传统飞机水平测量技术的缺点及劣势, 将基于工作空间测量定位系统的数字化测量技术应用到飞机水平测量工序当中, 精度得到提高的同时, 使得测量周期由原来的一天缩短到了一个小时。此外, 示范应用效果表明, 工作空间测量定位系统十分吻合大尺寸测量及装配等生产应用需求, 应用前景十分广泛。
飞机水平测量 数字化测量 光平面交会 airplane level measurement wMPS wMPS digital measurement multiple laser planes intersection
1 湖北工业大学 机械工程学院, 湖北 武汉 430068
2 天津大学 精密测试技术国家重点实验室, 天津 300072
空间测量定位系统在多站协同作用下实现测量, 测站布局对系统测量精度、测量范围及使用成本影响很大。本文从wMPS网络布局和定位误差的关系入手, 重点研究了测站分布几何对定位误差的影响。首先, 建立了系统的定位误差模型, 分析了测站单向通讯几何约束以及测站数目对改善测量精度的影响; 然后, 设计了两到四测站的多种典型布局形式, 分析了典型布局的误差分布特性; 最后, 利用实验室样机对典型布局的误差特性进行了验证。实验结果表明, O_4型布局整体测量精度最高, L_3型布局对I_2型布局测量精度的增强幅度约为40%, O_4型布局对L_3型布局测量精度的提高幅度大部分处于20%以内。本文的研究为全局测量网络优化提供了有效的理论支撑。
空间测量 网络式测量 测站布局 角度交汇 定位误差 workspace measurement network measurement station deployment angle intersection positioning error
天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
工作空间测量定位系统是一种采用光平面交汇原理的大尺寸坐标测量系统, 测量过程中发现扫描光面并不是理想平面, 影响了测量精度。提出了一种思路: 利用二次曲面方程来描述扫描光面。运用线性最小二乘法对扫描光面上的离散点进行拟合, 得到二次曲面方程, 在正交线性变换的基础上, 分析了扫描光面的形状。对同一组测量点数据分别用二次曲面和平面进行拟合, 将拟合的效果进行比较, 结果表明: 利用抛物柱面方程能够更准确地描述扫描光面。
测量与计量 曲面拟合 线性最小二乘 measurement and metrology wMPS wMPS surface fitting linear least-square
