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 上海交通大学 电子信息与电气工程学院，上海2000
2 上海西虹桥导航技术有限公司，上海01100
3 上海卫星工程研究所，上海201700
激光三角光斑定位通常受到像点光斑偏态的影响，为提高激光三角位移传感器的测量精度和物面适应性，在分析激光三角光斑的偏态特征的基础上，针对偏态特性提出了一种基于互相关和非均匀有理B样条插值的光斑定位算法。对光斑信号采取时域和空域相结合的滤波处理方法，降低外部噪声干扰。引入邻域标定光斑进行互相关运算，充分利用光斑偏态分布的灰度和位置相似性约束，确定像素级相关系数分布。最后，对相关系数序列进行三次非均匀有理B样条插值细分，实现亚像素级光斑质心定位。在激光三角位移传感器中验证算法，实验结果表明：该算法通过结合互相关和非均匀有理B样条插值细分，将测量重复性误差降低至0.4 μm，精度相对于传统定位算法显著提高；同时，在互相关算法中采用的邻域标定光斑模板不仅容易获取，几何相似度更高，而且对不同物面特性的适应性更强。本文方法精度高、适应性强，为有效提升激光三角位移传感器的性能提供了新的技术路径。
激光三角法 光斑中心 定位误差 互相关 非均匀有理B样条 laser triangulation spot center positioning error cross-correlation non-uniform rational B-spline
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 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
辽宁工程技术大学 机械工程学院,阜新 123000
为了解决地磅在煤矸石装载量称重中效率低、成本高等问题, 提出了一种基于激光三角法的非接触式煤矸石装载体积测量方法。首先通过CCD相机实时采集激光器投射在满载煤矸石的运动车厢表面的激光条纹信息, 并采用中值滤波和基于Otsu算法的阈值分割法对图像进行预处理, 实现图像有效区域的提取; 然后使用基于骨架的灰度重心法提取激光条纹的中心线; 最后采用黎曼积分计算车辆的煤矸石装载量。结果表明, 此系统结果误差控制在4%以内, 符合系统运行要求, 证实了该测量方法的可行性与实用性。该研究为复杂环境下公路运输管理的装载量测量提供了参考。
激光技术 激光三角法 线结构光 中心提取 体积测量 laser technique laser triangulation line-structure light center extraction volume measurement
1 上海交通大学电子信息与电气工程学院, 上海 200240
2 安徽工业大学电气与信息工程学院, 安徽 马鞍山 243032
激光光源的方向抖动是激光三角位移传感器测量误差的重要来源。为了抑制光源光束抖动,设计了一种基于差分成像的激光光束指向控制装置。该装置由一个准直激光器和两个接收透镜组组成,其中两个接收透镜组关于发射激光光束的光轴对称,每个接收透镜组由一个聚焦透镜和一个光电电荷耦合器件组成。激光光源光束抖动角度控制在0.4°以内时,成像在两个光电探测器上的激光光束的质心的均值可控制在误差许可的范围内。实验结果表明,采用该装置,拟合误差的估计标准差由28.53 μm减小至0.2532 μm,重复性精度由原来的±0.7 mm降低至±5 μm,非线性误差由全量程的±0.8% 减小至全量程的±0.04%。
几何光学 激光三角位移传感器 激光光束指向性 差分成像 中国激光
2021, 48(17): 1705002
针对轨道车辆外轮廓超限实时检测系统中图像噪声对超限实时检测可靠性、精度和检测速度的影响，对现场图像噪声进行了深入分析，优化了系统硬件设施与软件框架，对图像噪声处理软件算法进行了优化与改进。现场实测效果表明，系统检测稳定性、可靠性、精度与速度均得到很大的提高，满足了生产现场实时检测的需要。
轨道列车 激光三角法 膨胀腐蚀算法 Otsu滤波算法 去噪 rail train laser triangulation expansion corrosion algorithm Otsu filtering algorithm denoising
1 中国科学院 沈阳自动化研究所 智能检测与装备研究室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院 机器人与智能制造创新研究院, 辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院大学, 北京 100049
4 西安航天发动机有限公司, 陕西 西安 710100
为解决位置敏感器件(PSD)提取光斑位置信息的不准确性, 克服元器件、信号处理电路等带来的随机噪声干扰, 本文提出了一种基于极限学习机(ELM)的反馈堆叠模型(FsELM)。该模型使用ELM作为基本训练块, 以单层预测结果与目标真值的偏差作为依据对输入数据进行更新, 并进行循环训练, 形成反馈堆叠的结构, 从而实现PSD信号有效信息的深度提取。同时设计进行了基于一维PSD的激光三角位移检测实验验证算法的性能, 比较了传统滤波算法、经典学习算法、ELM及其变体和本文提出的FsELM方法对数据的处理效果。实验结果表明: FsELM预测精度明显优于其他处理方法, 预测结果均方误差可达1.4×10-5, 预测精度为0.78%; 除ELM等单次训练结构外, FsELM模型的运算速度比其他处理方法更快。该结果证明了FsELM在应对随机噪声干扰的优异性能, 以及不确定环境下突出的预测能力。
位置敏感器件 极限学习机 数字信号 滤波算法 激光三角法 position sensitive devices extreme learning machine digital signal filtering algorithm laser triangulation
1 中国科学院沈阳自动化研究所智能检测与装备研究室, 辽宁 沈阳 110016
2 中国科学院机器人与智能制造创新研究院, 辽宁 沈阳 110169
3 中国科学院大学, 北京 100049
为解决基于位置敏感器件(PSD)的激光三角位移传感器在复杂光电噪声干扰下的精密标定问题,提出一种多元自适应卡尔曼滤波(MAKF)与非均匀B样条曲线拟合的联合标定方法。通过分析测量原理和计算方法,对位移传感器的非线性特性进行了详细说明,进而提出应用曲线拟合的方法进行非线性标定。针对曲线拟合的特点,设计了一种多元自适应卡尔曼预处理算法用于滤除光电噪声干扰;通过非均匀的节点矢量划分,构建了B样条曲线拟合模型,进一步提高了标定系统的精度。在实际工况下进行了标定实验,实验结果表明,该曲线拟合标定方法能够完成激光位移传感器的高精度标定,其定位精度为0.7%,平均测量误差可达0.012 mm,标定均方误差约为2.12×10 -5 mm 2。
测量 传感器标定 多元自适应卡尔曼滤波 非均匀B样条曲线拟合 位置敏感器件 激光三角法
中国计量大学计量测试工程学院, 浙江 杭州 310018
针对小圆孔轮廓的精密测量难度大, 构建了一个基于线激光三角法的圆孔尺寸测量系统。对杂散光、激光点间距和激光线倾斜等误差因素进行分析, 设计实验, 搭建了基于线激光三角测距传感器、气浮位移平台和十字滑台的表面形貌测量装置。研究合适的测量系统参数, 通过MATLAB理论仿真圆和实验装置实际测量圆, 获取环规标准件圆孔三维形貌点云数据。利用HOUGH圆变换法、最小二乘拟合圆法和最小距离拟合圆法, 实现高效、准确地计算圆尺寸参数。测试结果表明, 圆心位置的微小改变不影响测量结果, HOUGH圆变换法优于最小二乘法和最小距离法。对于不同直径的环规标准件, 利用HOUGH圆变换法重复测量, 实验测量误差最小2 μm, 当圆孔直径过小时, 杂散光对测量结果影响明显。
圆孔尺寸测量 线激光三角法 精密测量 HOUGH圆变换 round hole size measurement line laser triangulation precision measurement HOUGH circle transformation
