1 中国科学院高能物理研究所北京 100049
2 散裂中子源科学中心东莞 523803
六极铁作为高能同步辐射光源（High Energy Photon Source，HEPS）储存环八铁单元的重要部件之一，其技术工艺较为复杂，对加工精度和中心引出精度要求都很高。本文对HEPS六极铁的机械中心引出标定方案进行了研究，利用极缝偏差角对常规标定坐标系进行旋转，使三个极缝面更接近理论位置，从而减小磁铁主场斜分量；对每块磁铁进行两次机械中心标定，极缝间距的实测值与设计值的标准偏差在0.015 mm，坐标系旋转前后的基准点偏差标准值为0.09 mm，旋转角最大可达0.6 mrad。这种考虑极缝偏差角的建系方法可以提高标定的精度，能为实际工作中同类型、准直精度有相同要求的设备标定提供参考，有利于加速器装置的顺利安装，对加速器准直测量具有十分重要的意义。
六极铁中心标定 机械中心 坐标系旋转 准直精度 Sextupole center calibration Mechanical center Coordinate rotation Collimation accuracy
1 北京交通大学 机械与电子控制工程学院， 北京00044
2 北京交通大学 智慧高铁系统前沿科学中心， 北京100044
3 北京特种机械研究所，北京10014
地铁隧道断面轮廓参数测量过程中，需要对高速激光雷达点云进行高精度系统标定。特别是大场景隧道环境，对标定模板要求高，标定过程复杂，检测精度影响大。针对此问题，本论文提出了一种新颖的适用于地铁隧道轮廓点云的标定方法，并基于双激光雷达测量系统，进行了算法研究。本方法设计了专用的手推行便携式标定系统，利用由点云数据提取的标定板线特征，建立目标函数，通过混合了遗传算法和Levenberg-Marquardt算法的非线性优化方法，寻找全局最优解从而实现对激光雷达的标定。实验结果表明：本方法对于两侧钢轨顶轨的标定误差在±1.5 mm以内；静态测量精度X误差在±1 mm内、Y误差在±4 mm内；当采集系统以5 km/h的速度进行数据采集时，动态测量精度X误差在±4 mm内、Y误差在±6 mm内。本方法能够实现激光雷达的高精度标定，算法鲁棒性强，具有易操作、环境适应性强的特点。
激光雷达 地铁隧道 点云标定 共面约束 隧道断面 Lidar metro tunnels point cloud calibration coplanar constraints tunnel section
1 新疆大学 机械工程学院, 新疆 乌鲁木齐 830046
2 西安交通大学 机械工程学院 机械制造系统工程国家重点实验室, 陕西 西安 710049
3 新拓三维技术（西安）有限公司 创新实验室, 陕西 西安 710086
小尺寸零件的表面积小、结构复杂，传统标志点拼接方法需要在零件表面人工粘贴标志点，导致表面的测量数据缺失出现孔洞。基于特征的点云拼接方法要求零件表面具有易区分的几何或距离特征，不适用于包含重复性特征的回转体零件。本文提出一种基于机械拼接的无标志点扫描测量方法，不需要粘贴标志点，不依赖于零件表面特征。首先，采用基于摄影测量的相机标定方法得到相机的高精度内外参数，重建标定板上靶点的高精度三维坐标，接着通过跟踪编码靶点的位置建立转台不同转角对应的旋转矩阵，进而解算出转轴方向向量和轴上定点坐标，实现转轴和相机的同步标定。在完成两个转轴位姿精确标定的基础上，利用转台转角构建旋转拼接矩阵，实现多视角点云粗配准。最后，基于法向迭代最近点算法(Normal Iterative Closest Point, NICP)完成点云的精配准。实验结果表明：使用靶点跟踪法标定后的两转轴夹角误差较传统的标准球拟合法低0.023°，标定后测量标准球的整体平均尺寸误差小于0.012 mm；在小尺寸零件自动化测量时，机械拼接方法在精配准后的点云拼接效果与标志点拼接方法相近，且拼接稳定性更高。机械拼接方法适用于无法粘贴标记点的小尺寸零件三维形貌测量场景。
结构光 机械拼接 小尺寸零件 转轴标定 NICP算法 structured light mechanical splicing small-size parts axis calibration NICP algorithm
安徽工业大学 电气与信息工程学院, 马鞍山 243000
为了提高柔性机器人抓握传感中掌心表面的重构精度，本文基于COMSOL仿真，在436 mm×436 mm×2 mm聚丙烯板上，采用7只经聚二甲基硅氧烷（PDMS）封装的光纤光栅（FBG）柔性传感器，选取环形布设的方式，在板末端中心与两角分别受力的情况下，使用光纤光栅解调仪采集实验中的传感器数据，并通过三次样条插值法进行连续化。设定数个平面Y与拟合圆环相交，计算过点函数获得三维曲面点集，实现了空间曲面的拟合可视化显示。在曲面末端中心受力时，板末端位移最小相对误差为0.549%，最大相对误差为8.300%，最小绝对误差为0.051 cm，最大绝对误差为1.255 cm，板末端两角受力时，板面重构末端位移最小相对误差为2.546％，最大相对误差为14.289％，最小绝对误差为0.005 cm，最大绝对误差为0.729 cm。实验结果为柔性机器人掌心抓握传感提供了应用基础。
曲率插值 曲面拟合 FBG 环形布设 曲率标定 curvature interpolation surface fitting FBG ring arrangement curvature calibration
1 中国计量大学光学与电子科技学院，浙江 杭州 310018
2 青岛理工大学信息与控制工程学院，山东 青岛 266520
谱图还原算法是中阶梯光栅光谱仪高分辨的保障，其精度和速度的优化是推动仪器发展的关键。提出一种基于全像面拟合的谱图还原算法，将光谱标定融入到建模过程中的方式同时解决了环境改变和仪器扰动对模型精度的影响问题。首先建立初始模型，利用光线追迹结果进行全像面拟合，获得标准模型。再利用Hg-Ar灯的特征谱线对标准模型进行二次拟合以修正偏差，从而完成光谱标定。最后采用多种元素灯的特征谱线对所提建模方法的精度进行验证。实验结果表明，所建立的谱图还原模型的全像面误差在2 pixel内，全波段波长平均提取误差为0.01 nm。所提方法将建模过程与标定技术相结合，使标定常态化，简化了建模流程，为中阶梯光栅光谱仪的应用推广提供了算法基础。
光谱学 中阶梯光栅光谱仪 谱图还原算法 全像面拟合 光谱标定
东北石油大学电气信息工程学院，黑龙江 大庆 163318
基于圆形标定板的相机标定过程中，当镜头畸变较大时图像质量降低、圆形投影边缘模糊，导致标定产生误差。基于此，提出一种基于亚像素边缘检测和圆心修正补偿的高精度相机方法。首先，通过Canny-Zernike矩法提取亚像素级的圆形特征轮廓点，使用边缘点链连接独立轮廓点，得到闭环的精确特征轮廓，增强对模糊边缘轮廓的提取能力；其次，对内外轮廓分别采样取点拟合椭圆，将两者中心的均值作为特征点，并通过三点判断排序法得到有序特征点集后进行粗标定；最后，用粗标定参数对轮廓的采样点集进行校正，重新获取中心坐标后反投影回图像上进行相机精标定，实现畸变情况下的圆心修正补偿标定。实验结果表明，所提方法有效提高了镜头畸变较大时相机标定的精度。
相机标定 Canny-Zernike矩 边缘点链 圆心修正补偿 激光与光电子学进展
2024, 61(8): 0811006
1 中国科学技术大学环境科学与光电技术学院，安徽 合肥 230026
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所光子器件与材料安徽省重点实验室，安徽 合肥 230031
3 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所中国科学院环境光学与技术重点实验室，安徽 合肥 230031
4 国防科技大学先进激光技术安徽省实验室，安徽 合肥 230037
5 国家管网集团科学技术研究总院分公司，河北 廊坊 065000
实现乙烯气体（C2H4）实时在线精确检测对石油化工、煤矿等行业安全具有重要意义，但是C2H4在近红外波段的谱线强度信息不明确，具有谱带吸收特征，且与CH4有明显的混叠干扰，因此对其浓度进行精确检测是目前激光吸收光谱测量面临的共性技术难题。将波长调制光谱中的标定方法与直接吸收光谱相结合，提出了一种适用于C2H4气体检测的标定直接吸收光谱法（CDAS）。该方法不需要激光吸收光谱反演过程中的确切谱线强度信息，并克服了波长调制光谱在测量过程中出现的非线性效应。为了避免特定工况（如煤矿）中CH4的干扰，实验装置采用了高精度压强控制系统，并且在100 mbar（1 bar=105 Pa）稳定压强下实现了CH4和C2H4混叠光谱的分离。实验过程中对1626 nm附近的CH4和C2H4仿真和实测吸收光谱进行了分析，确定了C2H4的标定光谱范围，进而验证了该方法在体积分数低于100×10-6的范围内，对C2H4气体的检测误差不超过-1.47×10-6，并且测量体积分数与标准体积分数之间的线性拟合优度达到了0.999。对体积分数为10×10-6的C2H4直接吸收光谱进行分析，以1倍信噪比对应的浓度作为检测下限进行等效计算，得到检测下限为1.38×10-6。在Allan方差分析中，积分时间为77 s时检测精度达到了0.04×10-6。以上实验结果充分说明了标定直接吸收光谱法能够在近红外波段实现C2H4的精确检测，并为此类气体的检测提供了一种新思路。
光谱学 乙烯气体（C2H4） 近红外光谱 谱带吸收 标定直接吸收光谱 高精度压强控制
