1 深圳综合粒子设施研究院，广东 深圳 518107
2 中国科学技术大学 国家同步辐射实验室，安徽 合肥 230029
3 重庆大学 超瞬态装置实验室，重庆 400044
多台激光跟踪仪组成的测量系统能够得到高精度的坐标观测值，在加速器准直工程领域应用十分广泛。该系统需要自标定仪器中心的距离，目前基于球面拟合的自标定方法虽然测量效率较高，但是其精度有限。为了提高其精度，分析基于拟合的自标定方法精度较低的主要原因，提出了基于三角形结构的自标定方法，定量对比了新方法和基于球心拟合方法的精度。新方法建立非线性误差模型进行参数迭代求解，能够应用于激光跟踪仪的三维自标定。通过模拟仿真和实测实验，证明了该方法比基于球心拟合的自标定方法在精度上有了大幅度提升。文中算法无需增加额外设备，改进了原先基于球心拟合方法并提高其自标定精度，具有一定的工程应用价值。
激光跟踪仪 自标定 球面拟合 非线性模型 精度 laser tracker self-calibration spherical fitting nonlinear model accuracy 红外与激光工程
2024, 53(2): 20230607
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造安徽省教育厅重点实验室, 安徽 合肥 230601
3 过程装备与控制工程四川省高校重点实验室, 四川 自贡 643000
配油盘作为液压系统的核心元件之一, 其曲面尺寸是否合格直接关系到液压系统的性能。针对其表面部分轮廓特征提取困难、测量误差较大的问题, 提出一种基于附加图像边缘检测的球面分割及尺寸测量方法: 首先, 采用Sobel算子对拍摄的配油盘图像边缘进行锐化并提取球面部分轮廓形成掩膜; 然后, 借助掩膜分割出球面部分的四步相移图, 采用四步相移法求解相位主值, 并使用双频外差法展开相位; 最后, 通过系统标定, 计算得到配油盘球面部分的三维点云数据, 并进行球面拟合。试验结果表明: 采用该方法能够分割出较为清晰的球面部分点云图, 基于点云数据拟合的测量精度99.238%, 高于依据高度分割、区域生长分割、RANSAC(random sample consensus)分割和手动框选等方法的测量精度, 实现了配油盘球面尺寸的高精度测量。
轮廓分割 配油盘 球面拟合 光栅投影 尺寸测量 contour segmentation oil distribution plate sphere fitting fringe projection size measurement
为了减少测量粗差对球标靶拟合精度的影响, 在加权总体最小二乘法基础上, 针对地面3维激光扫描球标靶数据特点, 采用了权函数IGGⅢ方案, 自适应地修正拟合权阵, 构建了新的点云球面拟合方法。利用新方法分别拟合了模拟球面数据、实际扫描球面数据。结果表明, 该方法在同时考虑拟合模型系数矩阵误差与观测向量误差基础上, 通过合理定义及优化拟合权阵, 获得了更为精确的球面参量。其拟合评价指标均优于常规方法。
测量与计量 点云球面拟合 加权总体最小二乘 IGGⅢ方案 球标靶 measurement and metrology fitting of sphere point clouds weighted total least squares IGGⅢ scheme sphere target
中国科学院长春光学精密机械与物理研究所, 吉林 长春 130033
镜面面形误差是空间相机反射镜的重要指标之一,对空间相机反射镜结构的设计及优化具有重要的指导意义。为分析空间相机反射镜在各种工况下的面形误差情况,以球面镜为例,对镜面面形误差的计算方法进行了研究。采用三种不同的球面拟合方法对变形后的反射镜镜面进行球面拟合,并计算得变形后反射镜镜面面形误差的RMS值和PV值。最后,通过计算实例对三种面形误差计算方法进行了比较,结果表明三种计算方法精度均满足空间相机反射镜镜面面形误差计算精度要求(优于1 nm),综合考虑计算精度及效率,高斯-牛顿法为最佳计算方法。
镜面面形误差 球面拟合 法方程法 牛顿法 高斯-牛顿法 surface figure error spherical fitting method of normal equations Newton method Gauss-Newton method
