受电弓磨耗关系着地铁的正常运行。为了对地铁受电弓磨耗进行有效检测，提出一种地铁受电弓磨耗线激光在线检测方法。该方法利用两台线激光传感器采集受电弓廓形数据，通过阈值设定、特征点搜寻、廓形配准对比得到受电弓实际磨耗。针对特征点搜寻，提出一种基于点云窗口移动计算的特征点搜寻算法，通过定义点云窗口来遍历受电弓廓形，计算每次移动后窗口内数据点方差，构造窗口最小方差索引点与廓形第一等分点直线，依据点线最大距离找出受电弓廓形特征点。采用主成分分析（PCA）算法的粗配准结合迭代最近点（ICP）算法的精确配准策略，实现受电弓廓形配准，依据配准结果得到受电弓磨耗。实验结果表明，特征点搜寻算法可准确找出所需特征点，廓形配准策略能有效保留廓形数据磨耗情况，使检测系统达到±0.5 mm的磨耗检测精度要求，实现地铁受电弓磨耗在线测量。

枕簧是铁路货车减振装置的关键部件，发挥着承载和缓冲的作用，其尺寸直接影响车辆的减振能力与特性。为保证行车安全，铁路货车段修和厂修时必须对枕簧几何尺寸等进行测量与检查。为提高枕簧检修过程中的测量效率，提出了一种基于三维激光点云的枕簧几何尺寸测量方法。该方法采用线激光传感器获取了枕簧三维点云数据，利用下采样和k-means聚类等算法实现了点云数据的预处理，然后通过平面拟合利用高度测量算法测量了枕簧高度；经过点云降维、边缘提取、圆分割后利用改进的圆拟合算法测量了枕簧内、外直径。搭建试验平台进行了测量算法的精度、可靠性和重复性试验。结果表明：测量10组不同枕簧，最大平均误差在±0.35 mm内，平均测量时间为2.7 s；测量4组枕簧10次，最大平均误差在±0.35 mm内，重复性小于3%。测试结果具有良好的精度和稳定性，满足检修规程和检修工艺要求。

针对目前线缆缠线机存在的到边反向不及时、效率低、依赖人工反向等问题, 采用线激光传感器对缠线机的线缆到边情况进行实时动态检测, 根据结果及时调整缠线机横向运动方向。首先根据线缆与挡板交点的特殊位置, 应用带约束的凹凸点检测算法对点云进行数据分割; 其次利用RANSAC算法对挡板的数据进行直线拟合, 然后使用斜率特点在线缆数据中找到待测线缆, 对待测线缆点云数据进行整体最小二乘法拟合圆; 最后计算出待测线缆到挡板处的相对位置。试验证明, 带约束的凹凸点算法能准确地找到数据分割点, 并计算出待测线缆到挡板处的距离, 实现线缆成卷过程中到边反向的实时检测。

针对目前航空叶片接触式测量中存在的效率低、表面易损伤等问题，设计并搭建了集航空叶片检测与加工于一体的线激光在机测量实验平台。在进行激光非接触测量中，点云数据容易出现误差。为了提高激光在机测量的精度，对在测量过程中的主要影响因素进行了探讨和分析。分别建立了基于径向基函数神经网络和支持向量回归机的误差预测模型，并对两种预测模型的性能进行了比较。提出自由曲面检测的误差补偿策略完成了点云数据的补偿和校正。最后以某型号航空叶片为例进行实验，实验结果表明，所提方法能将点云数据的精度提高39.86%，验证了误差补偿模型和补偿策略的可行性。

针对生产现场中工件精确测量和寻位问题,基于计算机数字控制机床(CNC)平台和线激光搭建了一套在机测量系统,并对工件一面两孔特征的快速寻位方法进行研究。利用球面的各向同性,通过标准球实现线激光在机测量系统的全局标定。将平面和孔作为找正特征,基于线激光传感器获取的测量数据,设计拟合算法并对相关特征的尺寸位置信息进行计算,最后利用试验件进行快速寻位实验。实验结果表明,该在机测量系统具有较高的精度和稳定性,能够满足生产加工中的工件寻位找正要求。

提出一种基于二维轮廓数据的旋转扫描系统标定方法。分别对每个传感器采集的二维轮廓数据提取关键特征,通过建立特征间的匹配关系来实现多传感器相对位姿的精确标定;利用激光平面、标靶和转轴三者的几何约束关系来求解转轴的初始解,同时根据标靶的几何尺寸建立目标优化函数,迭代求解出转轴的精确解。实验结果表明,系统测量精度可达0.08 mm,测量时间为20 s,所提方法不仅可替代人工检测,实现车轮尺寸的在线测量,还可以推广应用到其他大型回转体三维测量中。

针对自动焊接过程中焊缝特征点的检测问题, 提出了一套由工业相机和三线激光发生器组成的焊缝实时跟踪传感器设计方案。基于三角测量原理, 设计传感器的机械结构, 推导得出由激光条纹特征点像素坐标计算出焊缝特征点三维坐标的数学模型, 为有效抵抗在焊接过程中存在的弧光和飞溅的干扰, 采用高斯核相关(KCF)目标跟踪算法, 实时跟踪计算出图像中焊缝特征点的位置。实验结果表明, 采用最大焊接电流350 A的MIG焊, 在有强烈弧光和飞溅的工况下, 该装置能实现焊缝实时准确跟踪, 激光条纹与焊接熔池的最小距离可达20 mm, 传感器采样频率最高可达20 Hz, 跟踪误差小于0.42 mm, 能满足在实际焊接过程的使用要求。

设计了一套由三轴直角坐标机器人、线激光传感器和工业计算机组成的焊缝跟踪系统。研究了该系统所涉及的测量原理、特征点测量方法和基于模糊自适应的控制方法。通过高斯核相关算法(KCF)在焊接过程中实时检测焊缝特征点, 并根据测量原理计算获得特征点相对于相机坐标系的三维坐标值。设计了一种自适应模糊控制器, 通过自适应模糊控制器计算坐标的偏差值和偏差变化率得到焊枪末端运动轨迹的控制量, 同时对模糊控制器的输入输出论域、模糊规则和隶属函数进行实时动态更新。实施了焊缝跟踪实验。结果显示: 采用最大焊接电流为350 A的惰性气体保护焊(MIG), 在强烈弧光和飞溅的干扰下, 该系统能实时跟踪焊接工件, 跟踪精度为0.325 3 mm, 传感器测量频率为20 Hz。焊接过程中焊枪末端运行平稳, 焊缝轨迹跟踪准确, 且抗干扰能力, 能满足焊接应用要求。