天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
随着大型装备制造技术的不断发展,测量尺度的增加与精度需求的提升给现有大尺寸精密测量技术带来了严峻挑战。光频扫描干涉测距在精度、效率、现场适应性、溯源等方面具有良好的综合性能,尤其适合当前工业测量场景下的大尺寸绝对距离测量任务。本文介绍了光频扫描干涉测距的基本原理,总结了关键技术和仪器的研究进展,从提升测量精度与效率的角度出发,探讨了其应用于工业测量领域仍存在的问题、研究方向和发展前景。
测量 绝对测距 光频扫描干涉 大空间坐标测量 工业测量 中国激光
2021, 48(19): 1918002
海军工程大学电气工程学院, 湖北 武汉 430033
针对双目视觉系统在远距离目标点三维坐标测量中的问题,首先,基于双目视觉测量系统的原理,分析了双目视觉中相机标定和三维定位过程的主要误差来源;然后,推导了双目视觉三维定位测量系统与相机参数、特征点匹配精度、像元大小、焦距、基线长度与测量距离之间的导数关系。最后,通过仿真实验得到各参数对测量系统定位误差的影响。实验结果表明,该误差模型对双目视觉测量系统的设计具有一定的指导意义。
视觉光学 双目视觉 精度分析 三维坐标测量 远距离测量 激光与光电子学进展
2021, 58(14): 1415007
红外与激光工程
2020, 49(8): 20190438
1 新乡职业技术学院 机械制造系, 河南 新乡 453000
2 许昌电气职业学院 机电工程系, 河南 许昌 461000
棱镜广泛应用于各种光学系统中。实际应用中, 仅有部分具有特定角度的棱镜能够达到较高的形位精度, 主要受到这类光学元件加工过程中检测能力的限制。对一个非特殊夹角的楔形棱镜, 提出粗加工和精加工过程的加工工艺和检测方法。该楔形棱镜最终达到的精度为: 有效口径内面形误差PV 值优于0.2λ (1λ=632.8nm), 楔角误差和塔差优于5″。结果表明加工工艺和检测方法, 可以实现楔形棱镜的高精度制造, 对于其他夹角的此类光学元件制造也能提供有效指导。
楔形棱镜 坐标测量 光学测量 确定性抛光 形位误差 wedge prism coordinate measurement optical measurement deterministic polishing form and position error
1 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 天津大学 微光机电系统技术教育部重点实验室, 天津 300072
针对大视场远距离复杂地形条件下的弹落点坐标测量, 提出一种结合数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)的单目视觉测量方法。该方法不依赖目标或场景信息, 只需单幅弹落点图像, 即可快速解算出弹落点的三维坐标。首先, 利用图像二维信息求解出相机与弹落点相连的空间直线; 然后, 根据相机与靶心的相对位置确定直线上的搜索起点和搜索步距, 将直线上的搜索点与数字高程地图进行匹配; 最终求解出弹落点的三维坐标。现场试验结果表明: 相机距监测区域大于500 m, 监测区域视场宽度为300 m时, 相对定位误差优于0.3%。该方法结构简单、成本低、运算速度快, 适用于复杂地形条件下的弹落点坐标测量。
单目视觉 三维坐标测量 大视场 monocular vision DEM DEM 3D coordinate measurement wide field 红外与激光工程
2018, 47(9): 0917005
1 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 上海跃盛信息技术有限公司, 上海 201100
现今随着大型工件制造、装配需求的增加, 对此类产品的制造装配精度的需求也在不断地提高。高精度的测量和控制成为制约高端制造业发展的一个重要因素。对此文中研究了一种基于激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统, 该系统由四台绝对距离测量激光跟踪仪和上位机构成, 既充分利用了绝对激光干涉测距的精度优势和断光续接的能力, 又避免了传统激光跟踪仪角度测量带来的误差。同时, 为提高自标定算法的精度, 提出并研究了一种依赖距离的残差模型。通过实验表明, 该系统实现了在20 m大范围空间内小于±20 ?滋m的测量误差, 测量不确定度为12.3 ?滋m。较之单台绝对激光跟踪仪系统的精度有很大的提升, 实现了在工业现场在线、高效、精密的三维坐标测量。
多边法 绝对激光跟踪仪 相对残差 坐标测量 multilateral absolute laser tracker relative residual coordinate measurement 红外与激光工程
2018, 47(8): 0806007
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
针对多线阵CCD相机应用于航空、航天等大型装备测量过程中普遍存在的视场遮挡问题, 提出一种基于正交柱面成像的单目坐标测量方法。该方法由一个正交柱面成像相机和一个光立体靶组成, 应用空间后方交会原理, 无需多相机交会即可完成测量。分析了正交柱面相机的测量原理和内参校准过程, 设计了光立体靶的结构参数和标定方法。重点研究了正交柱面相机与光立体靶之间的配合测量过程, 并推导了坐标解算的数学模型。最后在测量场距离相机 3 m的1 000 mm×1 000 mm×1 000 mm空间内, 在水平与竖直方向的距离测量精度优于0.4 mm, 深度方向的距离测量精度优于0.7 mm, 三维坐标测量误差小于0.5 mm。实验验证结果表明: 该方法有效, 可被灵活应用, 具有良好的测量精度。
三维坐标测量 正交柱面成像相机 空间后方交会 3D coordinate measurement orthogonal cylindrical imaging camera space resection 红外与激光工程
2018, 47(3): 0317001
1 天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津 300072
2 天津大学 微光机电系统技术教育部重点实验室，天津 300072
针对野外复杂地形环境下，对于多个监测区域进行野外坐标测量的情况，提出一种利用双目立体视觉原理对相机3个姿态角及焦距同时进行现场校准的快速标定方法。该方法对传统的标定方法进行改进，可用于相机焦距、姿态未知的情况，对现场环境条件要求低，避免了传统标定方法中相机架设姿态受限的问题。首先通过选择合适的统一世界坐标系和坐标系旋转顺序，使标定得到的相机外参与相机姿态角对应。然后通过GPS测量得到两个标定点的世界坐标，将两个标定点的世界坐标和图像坐标代入成像模型，用最小二乘法解出相机的焦距和姿态角。在现场对其中一个监测区域进行实际测量验证，结果显示直径200 m的圆形监测区域内，相对误差优于0.38%。该方法工程应用性强，灵活度高，适用性广。
双目视觉 摄像机快速标定 任意姿态 大视场 坐标测量 binocular vision camera rapid calibration arbitrary attitude large field of view coordinate measurement
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
提出了一种基于正交柱面成像相机的大尺寸三维坐标测量方法。正交柱面成像相机由一个正交柱面成像光学系统和两个正交放置的线阵CCD组成, 它们分别被用来检测被测点的水平角和垂直角。一个相机决定了两个角度, 两个相机交汇, 即可实现被测点的三维坐标测量。所提出的方法在精密坐标测量特别是动态位置跟踪方面具有突出的优势。一个灵活的内参标定方法被用来标定正交柱面成像相机, 内参标定后相机在水平方向和垂直方向角度测量误差的均值分别为1.85″和2.16″。另外, 双相机的外参标定也被介绍, 外参标定后系统的坐标测量精度优于0.52 mm。实验结果表明: 所提出的三维坐标测量方法有效, 具有良好的测量精度。
正交柱面成像 线阵相机 大尺寸三维坐标测量 orthogonal cylindrical imaging linear camera large-scale 3D coordinate measurement 红外与激光工程
2016, 45(11): 1117002
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
为了实现对非正交轴系激光经纬仪测量系统的快速、准确定向, 采用构建新型光电基准尺的方法, 提出并研究了一种基于高精度光电位置敏感器件的可变长度光电基准尺构建技术。阐述了非正交轴系激光经纬仪的特点, 根据其特点及非正交轴系激光经纬仪测量系统定向的需要, 确定了可变长度光电基准尺构建的总体思路, 完成了硬件电路设计, 构建了可变长度光电基准尺, 并标定了两光电位置敏感探测器的空间位姿关系, 以实现可变长度基准测量。结果表明, 利用该可变长度光电基准尺定向后的测量系统, 其相对测量精度优于0.03%, 可方便、高精度地实现非正交轴系激光经纬仪测量系统的定向。
光电子学 可变长度光电基准尺 位置敏感探测器 激光经纬仪 系统定向 空间坐标测量 optoelectronics variable-length photoelectric reference scale position sensitive detector laser theodolite system orientation space coordinate measurement
