1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
2 华东师范大学物理与电子学院,上海 200241
为解决激光扫描投影系统标定过程中易受环境光干扰、合作目标扫描时间长等问题,首先研究了应用于激光扫描投影合作目标定位的相关双采样探测方法,设计了适用于激光扫描投影仪的探测模块,经实验验证,设计的相关双采样探测模块在输入信号干扰比为-29.5 dB时仍能稳定地检测出激光光斑是否落在合作目标的高反射区。然后,针对相关双采样探测的特点,设计了一种基于二分原理的非连续扫描方法,以实现合作目标中心位置的快速提取。最后,使用此方法与栅矩形扫描方法对投影距离为3000 mm处的三个合作目标进行扫描探测和中心位置提取,实验结果表明,栅矩形扫描方式需获取10000个扫描点,而基于相关双采样探测的非连续扫描方法减少了97.4%的扫描点,且中心定位偏差优于0.06 mm。所研究的方法能够提高激光扫描投影系统合作目标探测过程的环境光自适应能力,大幅减少扫描点的同时还能保证中心位置提取精度。
激光扫描投影 相关双采样 二分原理 合作目标
光子学报
2021, 50(12): 1212001
长春理工大学光电工程学院, 吉林 长春 130022
提出一种基于特征自适应的激光扫描投影图形控制点提取及优化方法,该方法依据各相邻点的曲率和法向量夹角划分待投影图形的特征区域和非特征区域,实现针对不同图形特征的投影控制点自适应分布。同时,为了保证投影图形控制点在稀释处理后的形状准确度,提出基于人眼空间分辨率的控制点数量稀释和优化方法。最后,将优化得到的投影图形控制点作为扫描投影点完成待投影图形轮廓的循环扫描投影。实验结果表明:将所提方法应用到激光扫描投影系统中,可使投影图形控制点数减少20%以上,有效解决了扫描投影复杂图形时的“闪烁”问题。
成像系统 激光扫描投影 图形闪烁 稀释 特征提取 自适应 光学学报
2021, 41(24): 2411004
1 长春理工大学 光电工程学院 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 长春 130022
2 北京空间机电研究所, 北京 100094
为了解决自研的激光扫描投影系统在实际扫描投影零部件外形轮廓时会存在拖尾、缺失和非预期的圆角过渡等图形偏差,严重影响投影出零部件外形轮廓的形状准确度的问题.通过分析拖尾和缺失偏差、转角偏差产生的原因,研究了基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法,得出了补偿时间与采样率间的关系,建立了时间补偿与投影图形转角角度间的数学模型.应用所研究方法在自主搭建的激光扫描投影系统中进行验证实验,并与国外FARO激光扫描投影系统的投影图形进行对比.实验结果表明:对优化投影路径后的5行5列棋盘格图形进行投影时,比较偏差补偿前后实际投影图形效果,补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm.基于时间补偿的激光扫描投影偏差校正方法可以有效地补偿拖尾和缺失偏差、能够优化非预期的转角偏差,该方法应用于自主研发的激光扫描投影系统能够显著提高投影图形准确度,具有良好的实际应用价值.
激光扫描投影 偏差校正 时间补偿 拖尾 缺失 转角 Laser scanning projection Deviation correction Time compensation Trailing Missing Corner
1 长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
2 北京空间机电研究所, 北京 100094
为解决现有激光扫描投影系统至少需要4个合作目标点才能实现坐标转换关系标定,并且经常因迭代算法不收敛而需要多次、长时间才能完成坐标转换参数解算等问题,提出并研究了融合激光测距的激光扫描投影系统标定技术。研究了加入和未加激光测距模块的激光扫描投影系统数学模型,并运用粒子群优化算法仿真分析其标定精度。针对测距误差对系统标定精度有较大影响的问题,提出粒子群导数标定算法改进标定算法,最终实现了仅需3个合作目标点的快速标定,且标定精度可提升至10 -7 mm。
测量 激光测距 激光扫描投影系统 标定模型 粒子群算法 粒子群导数标定算法 中国激光
2019, 46(10): 1004002
1 长春理工大学 光电工程学院 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春130022
2 中车长春轨道客车股份有限公司 工程技术部, 吉林 长春 130062
为提高轨道客车装配时车体零部件的定位准确度, 解决现存人工划线、制作模板等传统工艺引起的定位精度差、工作效率低等问题, 基于激光扫描投影技术建立了全新的精准辅助装配系统。通过研究系统的数学模型, 分析了其在不同投影角度上的投影误差, 并依据上述分析得出了站位布置模型。将系统应用于实际装配中, 实现了定位准确、工作效率高的特点。实际应用效果表明, 定位精度可优于0.5mm, 有效克服了现存定位装配工艺中需制造大量专用模板工装, 工装定位位置不准确, 人工描线定位精度极差等缺点。
应用光学 激光扫描投影 轨道客车 数学模型 误差分析 applied optics laser scanning projection rail cars mathematical model the error analysis
长春理工大学 光电工程学院 光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室,吉林 长春 130022
为改善激光扫描投影系统在扫描复杂图形时由于扫描频率远小于20 Hz而引起的严重闪烁问题,基于图论理论将Fleury算法应用于激光扫描投影路径规划,并针对该算法无法优化非欧拉路径的局限性,提出了改进的Fleury算法。应用MATLAB对上述算法的扫描路径优化效果进行仿真分析,并应用到已有的激光扫描投影系统中进行实验,实验结果表明:基于改进的Fleury算法的激光扫描投影路径优化技术可以使激光扫描投影频率提升至20 Hz左右,有效解决频闪问题,提高绘制图像的质量,从而提升自主研发激光扫描投影仪器的实际应用价值。
激光扫描投影 频闪 路径优化 Fleury算法 欧拉图 laser scanning projection flickering path optimization Fleury algorithm Eulerian graph
长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林 长春 130022
在激光扫描投影校准过程中,激光投影的光斑大小直接影响校准精度,进而影响投影系统的投影精度。为达到激光投影扫描系统对精度的要求,提出了一种能提高激光扫描投影精度的方法,即采用固定倍率准直扩束镜组和动态聚焦镜组相结合的方式,在减小激光束发散角和激光投影光斑的同时,使投影系统在投影工作距离上具有足够的焦深,以获得较大的激光能量密度,进而实现平场聚焦。利用ZEMAX光学设计软件进行了仿真并通过实验进行了验证,在4~5 m的工作距离上,激光束经过固定倍率准直扩束镜组及动态聚焦镜组后,有效减小了激光束发散角及投影光斑大小,提高了目标定位点上投影光斑的能量密度,最终使激光扫描投影系统满足了对投影精度的要求。
激光光学 激光扫描投影 准直扩束镜 动态聚焦镜 投影精度 激光与光电子学进展
2018, 55(2): 020801