1 北京市地铁运营有限公司供电分公司, 北京 100082
2 北京方鸿智能科技有限公司, 北京 101520
3 北京石油化工学院, 北京 102617
通过对当前城市轨道交通弓网运行现状分析, 讨论目前接触网检测技术手段与方式所存在的问题, 设计了一款可实现接触线磨耗、导高和拉出值连续测量的仪器。该装置利用刚性汇流排“∏”型结构特点, 以轮对和连杆结构形式实现在汇流排表面的连续移动功能; 同时通过激光三角测量原理和轮廓匹配方法, 实现接触线磨耗、导高值和拉出值的连续同步测量。最后通过实验室测试、现场人工对比测试, 完成该测量仪器功能与测量精度的验证, 经实验该测量仪测量精度达到0.01 mm, 对于接触网磨耗测量的平均误差为0.128 mm, 导高和拉出值的平均误差分别为2.297 mm和3.119 mm, 达到对刚性接触网静态参数检测技术手段与检测效率提升的目标要求。
刚性接触网 接触线磨耗 导高和拉出值 激光三角测量 轮廓匹配 rigid catenary catenary wear geometric parameters of catenary laser triangulation measurement contour matching method
1 四川大学电子信息学院, 四川 成都 610065
2 四川大学华西医院放疗科, 四川 成都 610041
设计了一种基于点结构光的腹部运动测量系统, 用于监测由呼吸运动引起的患者腹部实时状态, 为主动补偿放疗中因呼吸因素造成的靶区位移、实现靶区的相对静止提供精确位置信息。测量系统基于激光三角测量原理的点结构原理, 将腹部运动转换为激光点移动, 从相机记录下的图像中提取激光点位置, 根据已知系统参数即可从激光点的移动量计算得到每个时刻呼吸所引起的腹部运动量。实验表明, 所提方法能准确、实时地获取位置信息, 具有结构简单、精度高等优点, 能为胸腹动态放疗中患者呼吸因素的补偿提供一种新的解决方法。
呼吸运动 面阵CMOS 激光三角测量 光斑中心定位 系统标定 respiratory motion area CMOS sensor laser triangulation spot center detection system calibration
1 西安工业大学机电工程学院，陕西 西安 710021
2 西安工业大学电子信息工程学院，陕西 西安 710021
结合三角测量原理和视觉激光器的优点，针对地形的纹理映射问题，设计一种基于多点式结构光的三维地形纹理映射系统。系统保持激光器与相机相对位置固定，可以同时采集深度信息及纹理信息，经过图像处理等可以生成具有纹理细节信息的三维虚拟地形，提高纹理映射结果的实时性。其中，系统在深度测量时Zw方向的误差可控制在1.3 mm以内，且平台简单，不需要额外相机采集纹理信息，相较于传统的三维测量系统，成本降低，建模效率提高。
三角测量原理 多点式结构光 深度信息 纹理信息 angulation principle multi point structured light depth information texture information
1 山东交通学院 轨道交通学院，山东 济南 250357
2 西安市智慧高速公路信息融合与控制重点实验室，陕西 西安 710064
3 济南重工集团有限公司， 山东 济南 250109
4 长安大学 电子与控制工程学院，陕西 西安 710064
为了解决目前国内自主研发的激光位移传感器基准工作距离短和测量范围小的问题，设计了一种适用于远距离测量的大量程激光位移传感器成像光学系统。基于激光三角测量原理，结合具体使用要求计算了大量程激光位移传感器的性能指标和成像光学系统的设计参数。选择5片式透镜结构作为系统的初始结构，利用光学设计软件对大量程激光位移传感器成像光学系统进行了仿真，完成了系统优化和性能分析，实现了基准工作距离为1 000 mm、量程为±500 mm、分辨率为0.4 mm的大量程激光位移传感器成像系统设计。结果表明，在测量范围±500 mm内，系统均可以满足成像质量要求。该激光位移传感器成像系统具有工作距离远、测量量程大、结构简单的特点，可满足1 000 mm远距离处大量程范围的测量使用要求。
激光位移传感器 激光三角测量 大量程 成像系统 光学设计 laser displacement sensor laser triangulation wide range imaging system optical design
1 西安理工大学 印刷包装与数字媒体学院，西安 710048
2 中国科学院 西安光学精密机械研究所 光谱成像技术重点实验室，西安 710119
编码结构光技术是一种获取复杂目标三维结构的典型测量技术，其将编码后的结构光图案投射到待测物体表面进行调制、采集，并通过解码计算三维面形数据，可见编码方法是结构光三维测量技术的核心问题。然而，通用的格雷码编码方法和六步相移编码方法都存在一定缺陷，为此，以获取物体的高精度三维点云数据为目标，提出了一种融合格雷码与六步相移的结构光技术。首先，将格雷码结构光设计为7幅黑白相间的条纹周期图像，并通过投射角度解码操作将图像划分为多个区域；然后，设计六步相移结构光为6幅具有相位差的余弦周期图像，通过相位解包裹操作将每个子区域细分到单个像素单元；最后，融合以上两种编码结构光解码值，计算图像内每个空间点的绝对相位信息。仿真实验与实际测试实验显示，与传统六幅莫尔条纹结构光技术相比，融合结构光技术计算量较小，同时也克服了单独使用格雷码或相移技术所存在的问题，能够以较高精度获取物体目标的三维结构细节，为基于结构光的双目三维扫描系统提供一定理论依据。
三角测量原理 六步相移 格雷码 结构光 三维点云 principle of triangulation six-step phase shift Gray code structured light cloud point 强激光与粒子束
2021, 33(2): 021004
北京天地玛珂电液控制系统有限公司, 北京 100020
电液控制系统在采煤自动化系统中是必不可少的关键子系统, 其中的重要元件阀芯的生产对加工工艺提出了高精度、高可靠的要求。数控车床的加工是阀芯加工的关键工序, 对这一关键工序的改进可以有效提高加工的精度, 因为数控车床在进行车削加工过程中, 主轴高速旋转, 与轴承之间摩擦会产生大量的热量, 热量急剧上升会造成数控车床在加工过程中位移的偏差。实验以CAK3675经济型数控车床为研究对象, 利用米铱激光三角测量仪和FLIR 红外热像仪对其主轴系统进行高精度测量, 最后从实验结果中得到重要结论, 由于前后轴承位置温升值各不相同, 使得主轴箱前后位置温升不同, 从而导致热变形有相对差异, 产生误差。
数控车床 主轴系统 热特性 激光三角测量仪 红外热像仪 computer numerical control (CNC) lathe spindle system thermal characteristic laser triangulation instrument infrared thermal imager
准分子激光直写在曲面加工情形下的加工效果将呈现出加工不均匀、加工线宽不一致等现象。为了实现准分子激光曲面微加工过程中对加工位置的监测补偿。在装置运行前选取基准距离, 在装置运行过程中, 对每一刻的加工位置进行跟踪。当加工点位于曲面下偏点或上偏离点时, 电动平移台进行反向补偿将该点拉回至基准线上, 以此保证每一刻的加工距离相等, 即加工平台实时随同工件表面发生相同起伏变化, 使得工件表面上作用光斑的大小保持不变。为了达成这一目的, 进行了补偿装置硬件方案的搭建, 以及传感器参数匹配和随动跟踪软件的开发。研制出了一套移动速度大于100 μm/s、补偿误差小于20 μm, 能够适用于金属和非金属材料加工的准分子激光曲面微加工过程补偿装置。并且, 通过实验对该装置的补偿性能和补偿加工效果进行了验证。在连续进行100次的补偿性能测试中, 最大偏差大于20 μm的次数共有18次, 大于30 μm的次数占其中2次。该装置由六轴电动平移台、运动控制卡、激光感测头、激光感测控制器以及PC电脑构成。其次, 基于MFC框架由C++语言编写了准分子曲面加工的随动跟踪软件, 该软件发送的控制信号能够灵活控制电动平移台做出响应。
准分子激光 微加工 曲面补偿 激光三角测量 excimer laser micromachining curved surface sompensation laser triangulation measuring MFC MFC
1 沈阳理工大学机械工程学院, 沈阳 110168
2 沈阳机床(集团)有限责任公司, 沈阳 110142
3 北京天地玛珂电液控制系统有限公司, 北京 100020
机床主轴系统的热特性是影响其加工精度的主要因素之一, 对主轴系统进行热特性相关分析尤为重要。以TPX6111E/3数控镗床为研究对象, 利用FLIR热成像仪和米铱激光三角测量系统, 分析不同季节条件下, 相同转速数控镗床在温升时两次所产生的热变形对比情况。实验得出结论: 因季节(即时间)不同,环境温度相差很大, 同一数控镗床相同转速条件下, 主轴各对应点的温度值相差很大; 主轴分别在X、Y方向上的热变形也不相同, 进而在加工过程中对主轴的工况条件提出了更高的要求。
机床主轴 温升 热变形 热成像仪 激光三角测量 spindle of machine tool temperature rising thermal deformation thermal imager laser triangulation measurement
1 南通大学 机械工程学院, 江苏 南通 226019
2 江苏甬金金属科技有限公司, 江苏 南通 226300
3 南京航空航天大学 江苏省仿生功能材料重点实验室, 南京 210016
基于生物复眼的视觉结构特性及视神经处理机制, 搭建了环形31通道的仿复眼视觉快速测距传感器, 建立了基于侧抑制神经网络的仿生多通道视觉快速测距模型, 并提出了基于高斯分布离散信息的多通道传感器多视轴快速标定法, 实现环形传感器视轴标定.实验结果表明：传感器视轴标定后, 传感器阵列中间视角区左眼相对准确度提高20.46%, 右眼相对准确度提高9.00%; 采用夹角6°的传感器阵列, 在左右眼中间评测区内80%以上区域内测得目标所在角度误差小于±0.60°; 实现了仿复眼视觉测距传感器对运动目标(速度50 mm/s)定位误差在-3～10 mm间的实时测距.
生物光学 多视轴标定 曲线拟合 仿生复眼 三角测量 侧抑制神经网络 运动估计 Biological optics Muti optical axis calibration Curve fitting Artificial compound eye Triangulation Lateral inhibition neural network Motion estimation
1 哈尔滨工业大学(威海)机械工程系, 山东 威海 264209
2 哈尔滨工业大学航天学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
3 哈尔滨工业大学(威海)光电科学系, 山东 威海 264209
将激光焊接头与CCD视频跟踪模块集成在一起,提出一种采用一字线激光进行自动化焊缝检测的方法。该方法利用激光三角测量法,得到焊缝的高度、宽度等形状信息。在图像处理方面,对所获得的焊缝区域图像进行中值滤波和二值化处理,获得焊缝特征点二维坐标,实现目标定位,并计算其在世界坐标系下的三维坐标。在跟踪算法方面,采用精度高、速度快的核相关滤波器目标跟踪算法,分别对常见的直线型和曲线型焊缝位置进行跟踪。实验所得数据拟合曲线与焊缝形态误差在5%以内,吻合度较高,实时跟踪效果良好。
机器视觉 激光焊接头 焊缝检测 激光三角测量法 图像处理 核相关滤波器跟踪算法 激光与光电子学进展
2018, 55(11): 111508
