随着工业自动化程度的提高, 工件在线实时测量的需求越来越大, 将待测工件与标准工件的三维形貌进行差异性检测, 从而实现快速合格产品的筛选具有重要的研究意义。传统的差异性检测方法通常采用反向条纹技术, 它是通过摄像机与投影仪之间的坐标对应关系, 投射到标准工件上的条纹成直线分布, 当待测工件放置在同一位置时, 直接由直条纹的变形量直观反映出待测工件与标准工件的差异性。提出了一种实时计算莫尔轮廓术对工件进行差异性检测的方法。采用计算莫尔轮廓术的单帧采集特性, 仅需计算截断相位并建立差异性评价函数模型, 用评价函数的大小直接反应差异性特征, 通过评价函数的最值点来跟踪标准工件与待测工件的对准点, 从而实现二者差异性的精准检测, 并且在差异性检测的过程中已经保存了采集的条纹数据信息, 可以直接在对准处进行即时的三维重建, 实验结果验证了所提方法在三维差异性检测中的可行性。
计算莫尔轮廓术 实时差异性检测 位置对准 三维重建 实时误差分析 computer-generated moire profilometry real-time 3D difference detection position alignment three-dimensional reconstruction real-time error analysis
航天工程大学 宇航科学与技术系，北京 101416
冗余旋转惯导系统（Redundant Rotating Inertial Navigation System, RRINS）可以在传统旋转惯导系统的基础上，进一步提高系统的可靠性。针对该类系统高精度初始对准需求，以正四面体冗余旋转惯导系统为例，研究了两位置初始对准方法。首先以每3个陀螺仪和3个加速度计构成一种组合方式，建立每种组合下惯性器件的零偏与冗余配置相关的解析表达式，并设计RRINS两位置转停方案以估计对应惯性器件的零偏，但是在某些特殊的情况下需要增加观测位置；然后将每个惯性器件在不同组合下得到的结果取均值，并利用该均值对相应惯性器件的测量信息做补偿；最后基于补偿后的惯性器件输出进行RRINS的初始对准。数学仿真和实验验证结果表明，该方法在不同两位置方案下均可有效估计出惯性器件的零偏。仿真中陀螺仪的零偏估计误差在4%以内，加速度计的零偏估计误差基本在2%以内，且相比无零偏补偿的情况，初始对准精度提高10倍以上。实验中水平和方位向的初始对准精度都有提高，航向角对准误差最大减小100倍左右。同时，该方法还可以推广到其他配置方案的冗余旋转惯导系统中，对该类惯导系统初始对准精度的提高具有一定借鉴意义。
冗余旋转惯导系统 两位置对准 误差补偿 解析对准 redundant rotating inertial navigation system two-position alignment error compensation analytic alignment 红外与激光工程
2023, 52(1): 20220414
1 航天科技集团 九院16所, 陕西 西安 710100
2 火箭军装备部 驻西安地区第三军事代表室, 陕西 西安 710100
针对激光陀螺单轴旋转惯导系统初始对准问题, 分析了影响初始对准精度的惯性器件误差参数, 理论推导了陀螺安装误差对对准精度及加速度计零位估计的影响, 并进行了仿真分析。仿真结果表明, 陀螺安装误差直接带入失准角估计误差, 并会引起等效加速度计零位估计误差, 可通过标定陀螺安装误差提高对准精度。
捷联惯导系统(SINS) 多位置对准 单轴旋转 卡尔曼滤波 失准角 安装误差 strapdown inertial navigation system(SINS) multi-position alignment single-axial rotation Kalman filter misalignment angle installation error
1 火箭军工程大学兵器发射理论与技术国家重点学科实验室, 西安 710025
2 火箭军研究院, 北京 100085
针对传统车载捷联惯导初始对准方法中存在方位陀螺误差可观测性差、对准精度不高的问题, 研究了基于谱条件数可观测度分析的多位置对准方法。建立捷联惯导静基座对准误差模型, 利用基于谱条件数法的分段线性定常系统理论分析了单位置、最优二位置和双轴转动三位置对准的可观测度, 对比研究了惯性器件估计误差和对准精度, 探讨了最优二位置对准时间分配问题, 得到在相同对准时间内最优二位置对准精度更高、三位置对准可提高后续导航中方位陀螺常值漂移估计精度的结论, 并通过仿真结果验证了理论分析的正确性。
捷联惯导系统 多位置对准 可观测性分析 陀螺漂移 strap-down interial navigation system multi-position alignment observability analysis gyro drift
1 南京航空航天大学 机电学院, 江苏 南京 210016
2 上海宇航系统工程研究所, 上海 201109
针对工业机器人精确对准问题, 提出了一种基于单目视觉的工业机器人对准技术。该技术把工业机器人与单目视觉测量技术相结合, 根据特制的手眼标定板, 快速建立单目视觉测量系统与机器人上对准轴之间的手眼关系和对准的基准位姿; 在对准环节, 通过单目视觉系统获取工件目标的姿态, 然后根据已有的手眼关系和基准位姿, 求解在机器人基坐标系下机器人末端的对准轴的位置调整量, 迭代调整机器人末端位姿, 从而实现了机械人末端的对准轴与工件目标的精确对准。实验结果表明：在测量距离约是150 mm处, 对准平均精度优于0.2°。
位置对准 单目视觉 位姿求解 手眼标定 工业机器人 position alignment monocular vision pose solution hand-eye calibration industrial robots
国防科技大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
针对捷联式惯导系统单位置对准可观测性的问题, 以捷联式惯导10状态变量误差方程为研究对象, 利用奇异值分解的方法, 对固定位置对准的系统各状态变量的可观测性进行分析。可观测性分析结果表明：系统的各状态变量非完全可观, 方位失准角的可观测度较低。为了改善对准系统的可观测性, 根据可观测度分析结果及工程应用特性进行模型降阶, 得到7阶卡尔曼滤波参数模型并进行了实验验证。实验结果表明：降阶后的模型对滤波参数的容忍度更大, 且降阶后模型的精度要高于降阶前的精度。
激光技术 捷联惯导系统 单位置对准 可观测性 奇异值分解 模型降阶
惯导解算算法与误差模型相匹配是设计静态自对准或自标定卡尔曼滤波器的前提。给出了捷联惯导开环导航算法与简化的静基座捷联惯导误差模型; 并从误差对比的角度验证了开环导航算法与简化误差模型的匹配性。基于捷联惯导开环导航算法与简化误差模型构建了闭环卡尔曼滤波器, 将闭环卡尔曼滤波器应用于多位置对准半实物仿真试验, 仿真结果表明, 陀螺和加速度计零偏估计精度优于97%, 进一步从应用的角度验证了开环算法和简化误差模型的匹配性。
捷联惯导 开环算法 误差模型 多位置对准 SINS open-loop algorithm error model multi-position alignment
