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。

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。

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。

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。

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。

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。

针对存在障碍物农田区域的植保无人机避障问题，提出了一种基于结构光视觉的植保无人机障碍物检测方法。本文基于激光三角测量原理，通过半导体激光器与CCD 传感器间特殊的光路，设计了可探测前方障碍物信息的光学检测系统。激光器发出的线结构光经障碍物表面的反射，成像于CCD 靶面上，通过图像采集、处理和计算提取出前方障碍物距离、方位角和宽度等参数信息。实验表明，该方法能够有效检测出未知环境下障碍物的距离、方位角和宽度，并且距离检测误差小于0.06 m。

为了解决激光三角测量法在标定时, 不能直接准确地测量激光器端口与标定物的距离的问题, 采用了一种基于距离差进行标定的方法。该方法利用标定物移动的距离作为标定输入, 改进了测量系统的标定方法;采用高斯-牛顿迭代法计算测量系统的参量, 分析了测量系统在标定时可能产生的激光像点提取误差和非垂直误差。结果表明,测量距离的精度可达到4.000mm。该方法能够准确标定激光三角测量系统的参量。

基于挠性印制电路板补强片贴装质量的检测要求, 从硬件与软件系统设计出发, 开发适用于FPC补强片的贴片质量视觉检测系统。采用自主设计的弧形机架简化标定过程并减少硬件设备对图像采集的影响。在激光三角测量法的基础上, 引入高斯拉普拉斯算子和极限式阈值分割用以分离散射光斑的光心和散射光区域, 同时采用形态学运算进一步分离出光心区域。运用矩的不变性进行椭圆拟合并将其中心位置的改变转换为补强片厚度的变化, 更易于观测。实验结果表明, 改变结构元素的大小, 光斑中心位置的波动为1.15像素, 且最大误差仅达0.82像素, 若闭运算结构元素设定为8, 能进一步提高检测精度与检测效率。