激光跟踪测距三维坐标视觉测量系统建模讲解

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LDV激光测振与3D视觉传感技术融合的实践与展望

LDV激光测振与3D视觉传感技术融合的实践与展望严建伟(浙江舜宇智能光学技术有限公司，浙江省杭州市310000)摘要：随着LDV激光测振技术与3D视觉技术的迅猛发展，两项应用性技术的有效结合及融合发展的产品已广泛应用于各行业.同时衍生出应用于不同领域、具有各种特殊功能性的科技产品.着重介绍相关产品的研发实践过程和产品展望.关键词：3D视觉；激光测振1引言随着智能化产业的高速发展，3D视觉技术与LDV 测振技术融合的产品，已广泛应用于工、农、医和物联网等产业，并呈落地之势。

本文以应用实例，全面论述了融合技术的产品发展过程和未来产品趋向。

2振动概述2.1振动起源在大自然、人们日常生活中，振动是常见的一种自然现象。

古代，智慧的劳动人民就已发现釆用振动的方式可以清理掉衣物表面上的尘埃。

17世纪初，伽利略开始了研究单摆周期和物体振动；17世纪中叶，荷兰物理学家克里斯蒂安•惠更斯(Christiaan Huygens)从系统理论上对振动展开了深入研究。

2.2振动分类振动可分为宏观振动和微观振动。

在大规模机械加工过程中，不良振动会导致机械加工件表面光洁度不合格，影响产品质量。

在加工过程中，过度的不良振动会对机床寿命、刀具的磨损度产生直接影响。

交通运输上，航空飞行器上出现的机翼猛烈振动，会导致机毁人亡事故。

建筑工程上出现的失控振动，将导致建筑物墙体开裂及整体倒塌。

2.3振动的基本参数及相关公式可用于正弦或余弦函数描述的振动过程称为简谐振动,振动的参数有位移、速度和加速度。

振动位移X=^sin(®r+^>)(1)振动速度V=—=Aa)sin\ot+<Z>+—|(2)d/I2)振动加速度a==Aa)2sin^coT+0+n)(3)式中，&为振动的最大值，称为振幅；®为园频率。

振动三要素为振幅4、频率/和相位角0。

2.4振动检测分类在工农业生产过程及人们日常生活中，振动的安全检测控制甚为重要。

激光跟踪仪坐标测量精度的研究

第37卷，增刊红外与激光工程2008年4月V ol.37SupplementInfrared and Laser EngineeringApr.2008收稿日期：2008-04-13基金项目：国家自然科学基金项目(50475038)作者简介：欧阳健飞(6)，男，河南省特聘教授，博士，博士生导师，主要从事精密测试技术与仪器方面的研究。

j y 3@激光跟踪仪坐标测量精度的研究欧阳健飞1，刘万里2，闫勇刚1，梁智勇1（1.河南理工大学精密工程研究所，河南焦作454000；2.天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072)摘要：激光跟踪仪是目前最新型的便携式空间大尺寸坐标测量系统，其坐标测量精度的校准目前常用标准件进行评定，但标准件的加工制造困难且易变形。

因此本文利用高精度三坐标测量机及标准球，在三坐标测量机上建立虚拟三维网格标准球板，并通过移站对激光跟踪仪坐标测量精度进行实验研究。

虚拟三维网格标准球板消除了由于标准件变形给坐标测量精度带来的影响，移站测量可以从不同的角度和位置全方位地测量工件各部位待测点的坐标，避免了外界环境的影响，也改善通视条件，实验结果证明该方法具有理论正确性和实际可行性。

关键词：激光跟踪仪；虚拟三维网格；坐标测量精度；移站中图分类号：TB92文献标识码：A文章编号：1007-2276(2008)增(几何量)-0015-04Coordinate measuring accur acy of laser trackerOUYANG Jian-fei 1,LIU Wan-li 2,YAN Yong-gang 1,LIANG Zh-iyong 1(1.Precis i on Engi neering Institute,Henan Pol ytechni c University,Jiaozuo 454003，China;2．State Key Laboratory of Precision Meas uring Technology and Instruments ,Ti anj in Univers i ty,Tianjin 300072，China )Abstr act:Laser tracker system (LTS)is one of the latest portable three dimensional large size coordinate measuring machines (CMMs).The major calibrating method of LTS coordinate measuring accuracy is using standard gauge,but the gauge manufacturing is more difficulty and expensive.In order to resolve the above problem,a novel m ethod of using virtual standard ball plate grid to calibrate LTS coordinate measuring accuracy is proposed.The virtual 3D grid established by high accuracy CMM can eliminate the effect of standard gauge deformation;the moving station measurement can avoid the impact of different angles and locations.Experiment results show that this method is correct and practical.Key wor ds:Laser tracker;V irtual 3D grid;Coordinate measuring accuracy;Moving station0引言激光跟踪仪是一种便携式三维大尺寸测量设备，通过靶镜（SMR ）反射跟踪仪发射的激光束，测量空间任意点的三维坐标，其测量半径达35m ，测量精度1×10-6，采样速度高达1000点/s 。

如何进行三维建模和测量

如何进行三维建模和测量三维建模和测量是当今科技领域中一项极为重要的技术。

它不仅在工程、建筑和制造行业中有着广泛的应用，也在医学、地质和艺术等领域发挥着重要的作用。

本文将探讨三维建模和测量的基本原理、常用的方法以及其在不同领域中的应用。

一、三维建模的基本原理三维建模是将实际世界中的物体或场景通过数学和计算机技术转化为数字化表示的过程。

它的基本原理是通过捕捉物体的空间几何信息和表面纹理等特征，然后将其转化为计算机可以识别和处理的数据。

常用的捕捉手段包括激光扫描、摄影测量和物体跟踪等技术。

二、三维测量的常用方法三维测量可以通过多种方法来实现，根据不同需求选择不同的方法可以提高测量效率和准确性。

以下是几种常用的三维测量方法：1. 激光扫描技术：利用激光器发射激光束，通过测量激光束与物体表面的反射或散射来获取物体的几何形状和表面特征。

激光扫描技术广泛应用于三维建模、工业检测和文物保护等领域。

2. 光学测量技术：通过相机或其他光学传感器记录物体的投影图像，并利用计算机算法进行图像处理和数据分析，从而得到物体的三维形状和尺寸信息。

光学测量技术常用于工程测量、医学影像和虚拟现实等领域。

3. 超声波测量技术：利用超声波在物体内部的传播特性来测量物体的形状和尺寸。

超声波测量技术广泛应用于医学影像、材料测试和地质勘探等领域。

4. 视觉测量技术：通过相机或其他视觉传感器记录物体的图像或视频，并通过图像处理和计算机视觉算法来提取物体的三维信息。

视觉测量技术适用于机器人导航、智能交通和虚拟现实等领域。

三、三维建模和测量在不同领域中的应用三维建模和测量在各个领域中都有着广泛的应用，以下列举几个例子：1. 工程和建筑领域：三维建模和测量可以用于工程设计、土方计算和建筑施工等环节。

通过精确的三维模型和测量数据，可以提高工程质量和效率，减少人力和资源的浪费。

2. 制造业：三维建模和测量在制造业中被广泛应用于产品设计、模具加工和质量控制等环节。

基于深度学习和PnP模型的激光跟踪仪自动姿态测量

第30卷第9期2022年5月Vol.30No.9May2022光学精密工程Optics and Precision Engineering基于深度学习和PnP模型的激光跟踪仪自动姿态测量周道德1，2，高豆豆1，董登峰1，2*，周维虎1，2，崔成君1（1.中国科学院微电子研究所，北京100029；2.中国科学院大学，北京100049）摘要：针对航空航天、汽车装配等高端制造领域对姿态测量的迫切需求，提出一种面向激光跟踪仪的快速高精度姿态测量方法，利用深度学习结合视觉PnP模型实现了激光跟踪过程中被测件姿态的自动测量。

针对PnP姿态求解模型所需的3D特征点和2D特征点之间的对应关系难以直接确定的问题，设计了一个特征提取网络用于提取特征点对应的高维特征，采用最优传输理论确定特征向量之间的联合概率分布，从而完成3D-2D特征点的自动匹配；使用Ransac-P3P结合EPnP算法对匹配好的3D特征点和2D像素点进行姿态求解，获得高精度的姿态信息；在此基础上，利用隐式微分理论计算PnP求解过程的雅克比矩阵，从而将PnP姿态求解模型集成到网络中并指导网络训练，实现了深度网络匹配能力与PnP模型姿态求解能力的优势互补，提高了解算精度。

最后，制作了一个含有丰富标注信息的数据集，用于训练面向激光跟踪仪的姿态测量网络。

基于高精度二维转台进行了姿态测量实验，结果表明，该方法在3m处对俯仰角的测量精度优于0.31°，横滚角精度优于0.03°，单次测量耗时约40ms，能够实现激光跟踪仪的高精度姿态测量。

关键词：激光跟踪仪；姿态测量；单目视觉；深度学习中图分类号：TP391.4；TH744文献标识码：A doi：10.37188/OPE.20223009.1047Automatic attitude measurement of laser tracker based ondeep learning and PnP modelZHOU Daode1，2，GAO Doudou1，DONG Dengfeng1，2*，ZHOU Weihu1，2，CUI Chengjun1（1.Institute of Microelectronics of the Chinese Academy of Sciences，Beijing100029，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing100049，China）*Corresponding author，E-mail：Dongdengfeng@Abstract：In view of the urgent demand for attitude measurement in high-end manufacturing applications，such as aerospace and automobile assembly，a fast and high-precision attitude measurement method for a laser tracker was proposed.The method employed deep learning in conjunction with the visual PnP model to realize automatic attitude measurement of the laser tracker.The correspondence between3D feature points and2D feature points required by the traditional PnP model were directly determined through a fea⁃ture extraction network designed to extract high-dimensional features.The joint probability distribution be⁃tween feature vectors was determined using optimal transmission theory to complete the matching of3D-文章编号1004-924X（2022）09-1047-11收稿日期：2022-03-04；修订日期：2022-03-16.基金项目：国家重点研发计划资助项目（No.2019YFB1310100）第30卷光学精密工程2D feature points.Subsequently，Ransac-P3P combined with EPnP algorithm was used to obtain high-pre⁃cision attitude information；Based on this，the Jacobian matrix of PnP solution process was calculated us⁃ing implicit differential theory，and the PnP attitude solution model was integrated into the network to guide the training of the network.The complementary advantages of strong depth network matching abili⁃ty and high attitude solution accuracy of the PnP model improved the solution accuracy of the network.In addition，a dataset with rich annotation information was used to train the attitude measurement network for the laser tracker.Finally，an attitude measurement test was conducted using a high-precision two-dimen⁃sional turntable.The experimental results show that the calculation error of pitch angle is less than0.31°，the rolling angle error is less than0.03°，and the single measurement takes approximately40ms.The pro⁃posed method can potentially be applied to attitude measurement scene of the laser tracker.Key words：laser tracker；attitude measurement；monocular vision；deep learning1引言随着制造业的快速发展，在航空航天、汽车装配等领域，大尺寸高精度姿态测量技术越来越重要。

激光跟踪仪精度仿真与实验分析

激光跟踪仪精度仿真与实验分析雷振尧;陈伟刚;陈文礼;任海峰【摘要】随着现代工业技术的迅猛发展,制造业对设备尺寸及空间位置精度要求越来越严苛,已达微米级.激光跟踪仪作为一种高精密,便携测量工具被越来越广泛地应用于工业测量项目中.本文在误差传递理论及空间几何学基础上,推算激光跟踪仪在空间测量中定向误差与测程和测角之间的关系,并通过MATLAB软件进行定性与定量仿真分析,最终设计实验对结果加以验证.所得结论为构建大尺寸空间测量体系提供了理论依据并对今后工业现场测量作业起到指导性作用.【期刊名称】《北京测绘》【年(卷),期】2018(032)001【总页数】5页(P132-136)【关键词】激光跟踪仪;误差传播理论;定向误差;仿真分析【作者】雷振尧;陈伟刚;陈文礼;任海峰【作者单位】首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北唐山063299;首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北唐山063299;首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北唐山063299;首钢京唐钢铁联合有限责任公司,河北唐山063299【正文语种】中文【中图分类】P2040 引言激光跟踪仪的测距采用激光干涉原理,精度达到亚微米级,且固定误差仅十几微米,甚至更小,相对于全站仪几百微米的固定误差,微米级的测距误差,大大提高了近距离测量的精度[1,2]。

而现代工业,直径数米设备,其装配精度仅0.1 mm,传动测量设备根本无法满足精度要求。

因此,如何正确使用激光跟踪仪,并通过测量方案设计降低测量结果误差,已成为现代设备空间位置精度控制研究的热题[3]。

现场实际测量作业中,通过测程粗算出的点位误差对测量体系构建的参考性较差[4]。

例如激光跟踪仪,其测距精度要远远高于测角精度,因此点位误差在各特定方向的误差分量的差距很大,而往往对于测量结果,恰是某一个方向的误差分量起到决定性作用[5,6]。

例如,对于相对较远的两点间距的测量,基站应尽量建立在两点连线上的某一位置,才可充分利用仪器的测距精度,避免测角误差对于测量结果的影响。

06三维坐标测量数据处理

七参数模型
四、形位公差评定
一、三维坐标基本概念 1.1 坐标系的定义（Coordinate System）
在机械加工与制造、设备安装与检测、光学工程、精密工业
与工程测量等领域，经常需要对物体的尺寸、位置、形位公差等参数进行测量和误差评定。三维坐标测量是主要的测量方法。
一、三维坐标基本概念 1.1 坐标系的定义（Coordinate System）
二、三维坐标测量技术 2.5 激光跟踪仪测量系统
角度仪器分辨率
ADM 测距精度 IFM测距精度测角精度点位精度测量范围最大采点速度 3000点/ 秒
AT90 0.1 10um 1-B 4″
0.5um/m
15m+6m/ m
15m+6m/ m 0.049mm
160m
误差分析与数据处理(The error analysis and data processing)
第四讲
三维坐标测量数据处理
3D Coordinate Processing
主讲：范百兴
2016.04.05
本次课程内容
一、三维坐标基本概念
定义、要素、常见坐标系
二、三维坐标测量技术三、测量坐标系生成转换
（1）由于测角误差是主要误差源，因此可以进行双面测量消
弱测角误差，提高点位精度；（2）进行温度、压力、湿度的实时改正；（3）采用基距尺和基准尺进行现场校准；
在航天器位置、形位公差测量中有着广泛应用，在航天器震动试验中也有着良好应用。
二、三维坐标测量技术 2.6 数字摄影测量系统
基于计算机视觉方法的检测，利用数字相机作为图象传感器，综合运用图象处理、精密测量等技术进行非接触二维或三维坐标测量。基本原理是摄影测量中的目标点、相机中心和像点三点共线方程。

激光雷达LIDAR

结论：
由于激光雷达是一种代价小、效果好、使用范围广的遥感手段，相信将来会应用得更为广泛。特别是“嫦娥一号”、“嫦娥二号”奔月以来，对我国发展星载激光雷达是个巨大的促进。
谢谢观赏！
LiDAR 的定义
机载LiDAR(LightLaser Deteetion and Ranging)，又称机载雷达，是激光探测及测距系统的简称。
L i D A R
激光测距技术计算机技术 POS系统（IMU /DGPS）
LiDAR的工作原理——POS系统：
DGPS：机载LiDAR采用动态载波相位差分GPS系统。
LiDAR的发展趋势：
激光雷达寻的器：激光雷达可以提供以距离和强度为基础的高分辨率影像，使空—地
武器具有自主精确制导能力。激光雷达寻的器能形成目标的三维影像，确保准确地识别目标。
战场侦察激光雷达：激光雷达有可能成为重要的侦察工具和手段。测风激光雷达：测定风速对研究气候变化、提高天气预报的精度、监测机场气流、优
LiDAR的在我国的发展现状和发展趋势：
激光技术从它的问世到现在，虽然时间不长,但是由于它有: 高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性等几个极有价值的特点，因而在国防军事、工农业生产、医学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用。
军事方面的应用：目前，在水雷探测激光雷达、化学试剂探测激光雷达、大气监测激光雷达、生化陆战激光雷达[1]等方面已经有了很大的成就。气象方面的应用：我国已经建立12 个沙尘暴长期观测站，首次形成全国性的沙尘暴监测网络。测风方面的应用：多普勒测风激光雷达具有高分辨率、高精度、大探测范围、能提供晴空条件下三维风场信息的能力。水土保持监测中的应用：目前，全国由于建设开发的影响，给水土流失治理带来很大的难度，据调查，全国每年由于开发建设使水土流失面积达到1.00×104km2由以上。

单目摄像机_激光测距传感器位姿测量系统_晁志超

第31卷第3期光学学报V ol.31,N o.32011年3月ACTA OPTICA SINICAMarch,2011单目摄像机-激光测距传感器位姿测量系统晁志超1 伏思华1 姜广文1 于起峰21国防科学技术大学光电科学与工程学院,湖南长沙4100732国防科学技术大学航天与材料工程学院,湖南长沙410073摘要在单目视觉测量中,由于模型自身的限制,沿摄像机光轴方向上的位移测量精度一般远低于垂直光轴方向上的位移测量精度。

首先,从数学模型上分析了单目视觉位姿测量在沿光轴方向上位移测量精度低的原因;然后,为了提高沿摄像机光轴方向上的位移测量精度,通过在沿摄像机光轴方向上加装一个高精度的激光测距传感器,设计了一种单目摄像机-激光测距传感器位姿测量系统,从而利用激光测距传感器的高精度测距数据提高系统在沿摄像机光轴方向上的位移测量精度;最后,分别对单目摄像机-激光测距传感器系统的测量原理、参数标定以及测量过程中的数据融合等方面进行了理论推导与实验研究,实验数据表明了系统方案的可行性和有效性。

关键词光学测量;位姿测量;单目摄像机;激光测距传感器;数据融合中图分类号 T P242;T P391 文献标识码 A d oi :10.3788/AOS 201131.0312001Mono Camera and Lase r Range finding Se nsor Position -PoseMe asureme nt SystemChao Zhichao 1 Fu Sihua 1 Jiang Guangwen 1 Yu Qifeng 21Opto-Elect r onic Scien ce a nd En gineer ing ,Na tion al U niv er sity of Defence T echn ology ,Cha ngsha ,Hu na n 410073,Chin a2College of Aer ospa ce En gineer in g ,Na tion al Un iver sity of Def ence T echnology ,Chan gsha ,Hun a n 410073,Chin a Abstract Precision of translation measurements along the camera c s optica l axis is generally much lower than that of which is perpendicular to the optical axis in monocular vision measurement due to the inherent lim itation of the system.First of all,mathematical m odel is analyzed to explain the cause,then a high -precision laser rangefinding sensor (DLS)is installed near the c amera t o construct the Monoocular Camera -DLS pose measurement system,which will improve the precision of translation measurements along the optic al axis with DLS m ea surements;Finally,princ iple of the system c s calibration and data fusion method are conducted.Experimental results show the feasibility and validity of the position -pose measurement system .Key wo rds optical mea surement;position -pose measurement;monoocular camera ;laser rangefinding sensor;data fusionOCIS co des 120.0280;110.3925;280.3400;150.1135;150.5670收稿日期:2010-07-02;收到修改稿日期:2010-09-15基金项目:国家自然科学基金(10727202)资助课题。

_三维激光扫描测量技术

收稿日期:2004-12-20作者简介:毛方儒(1940-),男,研究员,主要从事几何量计量测试技术的研究。

　2005年4月宇航计测技术Apr .,2005第25卷　第2期Journal of Astronautic Metrology and MeasurementVol .25,No .2文章编号:1000-7202(2005)02-0001-06 中图分类号:TN249 文献标识码:A三维激光扫描测量技术毛方儒　王　磊(中国航天科技集团公司五院514所,北京100080) 摘　要　介绍了三维激光扫描测量系统的技术构成、测量原理,并简要地介绍了法国MENSI 三维激光测量系统的技术特点;三维激光扫描测量技术在航空、航天工程中所具有的极其重要的应用价值。

关键词　三维激光扫描　测量系统　CCD 技术Measurement Technology of 3D Laser ScanningMAO Fang -r u W ANG Lei(China Aerospace Science Company No .514institute ,Beijing 100080) A bstract The structur e and principle of 3D laser scanning system ,and the feature of the ME NSI laser scanner are introduced .The measurement technology of 3D laser scanning is very useful in aer ospace engineer -ing . Key words 3D laser scanning Measuring system CCD technology1　引　言在现代制造业中,正向设计仅占40%,逆向设计占60%,逆向技术是为正向技术服务的。

飞机装配中的数字化测量系统

飞机装配中的数字化测量系统作者：杨海燕来源：《中国科技博览》2013年第18期摘要：近年来，我国飞机制造业不断向数字化进程迈进，传统的二维图样和模拟量手段检验产品质量的模式已经无法满足新型飞机的制造要求。

零件的数控加工、精准成形等各方面对数字化测量技术要求越来越严格，因此，基于模型和三维标注的面向装配的数字化测量技术已经成为机检测装配的发展方向。

关键词：数字化测量飞机装配中图分类号：P231.51 数字化测量技术的特点和优势数字化测量检测技术是通过数字化的测量设备，根据飞机数字化模型的定义，在计算机网络系统的控制下，实现飞机装配中关键特征的自动、快速、精密的测量，同时对其数据进行处理。

这些测量设备包括激光跟踪仪、测量照相仪、电子经纬仪、雷达扫描仪等。

目前，数字化测量技术主要有以下几个方面的优势：（1）在当今飞机尺寸不断变化的情况，可进行大型测量工件。

（2）数字化测量系统虽然比传统测量手段复杂、昂贵，但是其使用无论是使用范围或使用周期，都叫传统技术有了很大的发展。

（3）数字化测量系统能完成更加复杂的形位测量任务。

因其具有动态实时测量能力，可以完成多目标点位置数据的同时反馈和控制。

（4）能够简化工装，更具通用性和柔性。

（5）数字化测量系统具有离线测量标定和网络异地并行工作的能力。

（6）数字化测量系统可以与机电控制系统、机械随动装置等组成一套完整的数字化装配体系。

根据测量分析结论通过计算机发出运动的指令，从而容易实现对机电结构运动的控制。

不仅如此，面向飞机装配的数字化测量系统还具有测量范围大、精度高的特点，同时测量过程是可以通过编程控制的，因此测量结果可以使用数字量进行表征，可读性好。

因为数字化测量设备采用表征的TCP/IP接口，因此测量设备之间可以非常容易的进行数据通信，使得测量数据具有非常好的共享性。

2 飞机装配中应用的典型数字化测量系统当前存在的数字化测量系统种类很多，在飞机装配中应用较为广泛的主要有以下四种：激光跟踪测量系统、i维激光扫描测量系统、数字照相测量系统以及iGPS系统。

一种标定系统数据测量方法及系统

一种标定系统数据测量方法及系统摘要：标定系统在设计、制造和安装过程中都会产生相应的误差，因此在标定系统投入使用之前，需要对标定系统进行测量和校准。

关于标定系统的校准及测量常用的方法是单点测量，各个测量点是没有关联的，即使各个点的测量都满足设计误差的要求，但是对于整个标定系统来讲，测量误差不一定满足要求。

本论文中阐述了一种对标定系统进行系统测量的方法。

通过此方法将系统中各测量点进行关联，使得测量数据是系统数据，可以确定整个标定系统安装调试完成之后，系统误差是否满足要求。

关键字：测量；激光跟踪；公差；垂直度；水平度；倾斜角；一前言随着汽车智能驾驶功能的新增，整车搭载了摄像头、雷达等硬件来实现智能驾驶功能。

在雷达和摄像头安装过程中会产生装配误差，为了消除装配过程中带来的安装系统误差对视觉效果的影响，需要对下线整车摄像头、雷达进行标定。

标定台按照产品要求进行工艺设计，根据零部件允许的误差结合标定台自身可以保证的的精度，对标定台中的标靶安装精度、标靶平面度等设定了指标要求。

为了确认以上指标达成情况，在标定台安装、调试完成后，需要对标定台技术指标进行测量、确认。

二、测量系统组成测量系统的构成有两部分构成，一是测量工具，激光追踪仪及其附件；二是测量工装，包含标定样架、标靶等测量对象。

三、测量原理说明激光跟踪技术是利用激光干涉仪作为测距基准的一种球坐标测量系统，其原理如下图所示：安装在一个球坐标旋转机构上的激光器发出的一束红色激光，经过角棱镜反射回到激光头内部，通过光电传感器可以感知返回光束的位置变化，从而驱动激光头旋转指向棱镜的中心点。

在跟踪过程中，高精度内置激光测距装置测量从旋转中心到目标的距离，用角度编码器记录靶标所处的俯仰偏摆角，基于测量得到的距离和两个角度，就能计算出靶标所处的空间坐标值。

激光跟踪仪是目前现场大尺寸测量设备中精度最高的设备，同时也具有最广泛的环境适应性，在工业测量领域得到了广泛的应用，相比于其他工业测量设备，激光跟踪系统有其突出的特点：具有超高的测量精度，空间坐标测量精度可以达到10微米+5微米/米，设备可靠性高，重复性好；对现场使用环境没有特殊要求，不需要预算标定；工作范围大，测量范围可达几十米；设备便携，支持各种位置的安装，可以进行静态测量和高速动态扫描测量；使用便捷，采用全数字化控制，对测量人员要求极低等。

利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法

利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法一、本文概述随着机器人技术的飞速发展，机器人在工业、医疗、军事等领域的应用越来越广泛。

机器人的定位精度和运动性能直接决定了其工作效率和准确性，因此，对机器人进行精确标定至关重要。

激光跟踪仪作为一种高精度测量设备，因其非接触性、高效率和高精度等特点，被广泛应用于机器人标定领域。

本文旨在介绍一种利用激光跟踪仪对机器人进行标定的方法，通过该方法可以实现对机器人位姿参数的精确测量和校准，提高机器人的定位精度和运动性能，为机器人在各领域的应用提供有力支持。

本文首先介绍了机器人标定的基本概念和重要性，以及激光跟踪仪的基本原理和优势。

接着，详细阐述了利用激光跟踪仪对机器人进行标定的具体步骤和方法，包括标定前的准备工作、标定过程中的数据采集和处理、以及标定结果的评估和应用。

本文还讨论了标定过程中可能遇到的问题和解决方法，以确保标定结果的准确性和可靠性。

通过本文的介绍，读者可以深入了解利用激光跟踪仪对机器人进行标定的基本原理和方法，掌握相关技术和应用，为机器人在各领域的应用提供有力支持。

本文也为相关领域的研究人员和技术人员提供了有益的参考和借鉴。

二、激光跟踪仪基本原理及特点激光跟踪仪是一种高精度、非接触式的测量设备，其基本原理基于激光测距和角度测量。

激光跟踪仪通过发射一束激光并追踪其反射光，测量激光发射器与目标点之间的距离。

通过内置的旋转关节和角度编码器，激光跟踪仪可以精确地测定目标点在空间中的方向。

结合距离和方向信息，激光跟踪仪能够计算出目标点在三维坐标系中的精确位置。

激光跟踪仪具有多种显著特点。

其测量精度高，可达到微米级甚至纳米级，适用于对机器人等精密设备的标定工作。

激光跟踪仪的测量速度快，能够实现实时跟踪和测量，提高工作效率。

激光跟踪仪具有非接触式测量的优点，不会对目标点产生任何机械力或热影响，从而避免了可能引起的误差。

激光跟踪仪的操作简单，只需将目标点置于激光束的照射范围内，即可进行自动跟踪和测量，无需复杂的操作和调整。

三维数据测量技术

激光跟踪仪
该产品可以认为是激光跟踪技术和三维视觉技术的结合产品。
系统如右图所示，测笔上装有一个测量头、
若干个目标靶点（红外发光二极管）、一个猫眼，
它们之间的相互位置关系已知，通过获得目标靶
点、猫眼的空间位置可以计算出测量头的空间位
置。
在测量时，首先通过激光跟踪仪检测到猫
眼的位置，从而得到测笔的大概位置，然后相
缺点：
1）精度比传统的三坐标测量机要低，精度一般为 10μm 级以上； 2）关节臂测量机可能有测量死角或精度特别差的区域； 3）测量效率比较低。
美国 FARO 公司生产的铂金系列关节臂测量机单点精度可达 0.005mm，空间长度精度可达 0.02mm，重量最轻可不超过 9.0kg。
非接触式三维测量技术
接触式 “测头直接与零件表面接触”
三维测量技术
基于“力-变形”原理的触发式测量
非接触式 “间接获得”，基于磁场、光学、超声波等物理模拟量
接触式三维测量技术
典型的接触式测量设备是三坐标测量机（CMM）和关节臂测量机。
上图关节臂测量机
关节臂测量机
优点：
1）机械结构简单； 2）运动灵活，测量范围大； 3）便携性好等特点。
特点： 1）具有测量速度快； 2）单次测量的数据点多，具备大规模采集表面数据的能力； 3）非接触式扫描，非接触式三维光学扫描方式，可针对外观复杂、自由
曲面、柔软易变形或易磨损等物体进行扫描； 4）精度高，独特的标定技术可使单面精度可达4μm。
在飞机、汽车和船舶等大型复杂零件的外形轮廓测量中已得到了广泛的应用。
主要内容
• 研究的背景及意义 • 三维数据测量技术现状
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研究的背景及意义
众所周知，测量一直都是工业领域中的重要内容，从产品的研制、加工、到装配，各个环节都需要测量。在实际的生产中，利用传统的检测方法对大型构件的测量，不仅费时费力，而且不易达到精度的要求。比如对航空大型构件、发动机叶轮、船体等测量。

如何使用三维激光扫描仪进行测量与建模

如何使用三维激光扫描仪进行测量与建模三维激光扫描仪在测量与建模领域扮演着重要角色，它能够快速、精确地获取现实物体的三维形貌信息。

本文将介绍如何使用三维激光扫描仪进行测量与建模，并探讨其在各个行业中的应用。

一、原理与技术背景三维激光扫描仪是一种利用激光束测量物体三维形貌的设备。

它基于激光光束与物体相互作用的原理，通过扫描物体表面，记录激光光束反射后返回的信号，从而得到物体的三维坐标数据。

利用三维激光扫描仪进行测量与建模的过程可分为三个步骤：预处理、扫描与数据处理。

二、预处理在进行三维激光扫描前，需要进行预处理工作以确保扫描结果的准确性。

首先，确定扫描区域并清理工作区域，确保没有干扰物体的因素。

其次，校准激光扫描仪，以确保其相对于物体的位置和姿态正确。

最后，选择合适的扫描参数，例如扫描分辨率和扫描速度，以满足测量与建模的需求。

三、扫描在预处理完成后，可以进行实际的三维激光扫描。

激光扫描仪将激光光束照射在物体表面，光束与物体表面发生反射并返回到扫描仪中。

通过控制扫描仪的运动，可以扫描整个物体表面，并记录下每个点的三维坐标信息。

四、数据处理得到扫描数据后，需要进行数据处理以得到完整的三维模型。

首先，将扫描数据进行对齐，将不同扫描视角下的数据融合为一个整体。

然后，根据扫描数据生成三维点云，即将每个扫描点的坐标信息转化为点云模型。

在生成点云后，可以进一步进行数据处理，例如去除噪点、填补缺失数据等。

最后，使用三维建模软件将点云转化为可编辑的三维模型，进行后续分析与应用。

五、应用领域三维激光扫描仪在各个行业中有广泛的应用。

在制造业中，激光扫描仪可以用来进行产品质量检测与控制，例如检测零件的尺寸、形状等。

此外，激光扫描仪还可以应用于工程测量与建设领域，例如测量建筑物的结构形态、地形地貌等。

在文化遗产保护方面，激光扫描仪可以用来进行文物实物的数字化保护，以及古建筑的三维重建等。

在医学领域，激光扫描仪可以应用于人体测量与建模，例如进行人体形态的测量、矫正器件的定制等。

faro激光跟踪仪工作原理解析

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结果处理
❖ 实际测量值形成点云，拟合成曲面，把实现测量结果与CAD理论数据比较，依据偏差数据生成颜色表示测量结果。计算测得的几何元素间的相对位置关系(距离、角度等)，查看关键部位的特征符合状况(尺寸公差和几何公差等)。
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4 数字化检测验收
利用激光跟踪仪对工装连续重复测量3次，对其工装基准进展测量，可验证工装的稳定性、仪器的测量精度等，保证其测量数据精度。同时，使用数字技术验证关键定位器，利用量规对工装进展实际检查等。最终选择适合自己的报告格式，打印测量报告作为验收依据。
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激光跟踪仪测量系统的组成及原理
❖ 激光跟踪仪测量系统的组成及原理
❖
激光跟踪仪实际上是一台激光干猜测距和自动跟踪测角测距
的全站仪, 跟踪头的激光束、旋转镜和旋转轴构成了激光跟踪仪
的三个轴, 三轴相交的中心是测量坐标系的原点。激光跟踪仪可
以连续的瞄准、跟踪并确定由移动或稳定的反射目标返回激光束
的位置。简洁的说, 激光跟踪测量系统可静态或动态地跟踪一个
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激光干预仪
从激光器发出的光束，经扩束准直后由分光镜分为两路，并分别从固定反射镜和可动反射镜反射回来会合在分光镜上而产生干预条纹。当可动反射镜移动时，干预条纹的光强变化由承受器中的光电转换元件和电子线路等转换为电脉冲信号，经整形、放大后输入可逆计数器计算出总脉冲数，再由电子计算机按计算式式中λ为激光波长(N 为电脉冲总数)，算出可动反射镜的位移量L。使用单频激光干预仪时，要求四周大气处于稳定状态，各种空气湍流都会引起直流电平变化而影响测量结果。
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(2) 简洁曲面的测量假设要测量的曲面局部激光蔽或凹陷在钣金件的下面，反射球无法完成检测时，可选用7Imobe解决这些问题，T_-Pmbe测量隐蔽的洞或腔可获得极高的精度。假设要检测的型面比较简洁，不便于接触测量，或者需要扫描部件各个部位用来逆向制造，可选用 T_Sc蛐，它可以快速扫描各种材质或者简洁的外表。操作人员手持靶标测量时，靶标的移动速度和加速度对测量精度将产生影响，速度过快会使光束折断，虽然跟踪仪有断光续接功能，但是它是以牺牲确定的精度为代价的。同时应尽量避开测量点的振动以及气流的扰动。

如何使用激光测量技术进行三维建模

如何使用激光测量技术进行三维建模在现代科技的快速发展下，激光测量技术在各个领域中被广泛应用，其中之一就是三维建模。

三维建模通过获取物体的三维几何信息，可以用于产品设计、建筑规划、地质勘察等众多领域。

而激光测量技术则是实现三维建模的重要手段之一。

本文将介绍如何使用激光测量技术进行三维建模，以及该技术的应用前景。

一、激光测量技术简介激光测量技术是一种利用激光器发射的激光束进行测量的方法。

激光经过反射、折射或散射后返回激光器，通过测量激光的时间、相位、频率等参数，可以得到目标物体的距离、形状等信息。

在三维建模中，激光测量技术主要用于测量物体的形状和位置。

二、激光测量的原理激光测量的原理可以简单概括为三步：发射激光、接收激光、计算测量结果。

首先，激光器发射高功率激光束，将其照射在目标物体上。

目标物体对激光的反射、折射或散射会导致激光的改变。

然后，激光传感器接收到经过变化的激光，记录激光的时间、相位或频率等信息。

最后，根据所测量到的信息，通过计算可以得到目标物体的距离、形状等参数。

三、激光测量在三维建模中的应用使用激光测量技术进行三维建模有许多应用，以下介绍其中几个典型的应用。

1. 建筑与工程规划在建筑和工程领域中，激光测量技术可以使用激光扫描仪对建筑物或工程场地进行快速而准确的测量。

激光扫描仪可以快速激发激光束，并记录返回的激光数据，从而实现对建筑物或工程场地的精确测量。

通过激光测量得到的三维模型可以用于建筑设计和工程规划，提高工作效率和减少人为测量误差。

2. 工业制造与产品设计在工业制造领域，激光测量技术可以用于产品设计和制造过程中的质量控制。

通过激光测量，可以快速获得产品的几何尺寸和形状信息，并与设计要求进行比较，从而及时发现和解决问题。

激光测量还可以用于零部件的装配和检测，提高产品的质量和可靠性。

3. 地质勘察与地形测量激光测量技术在地质勘察和地理信息系统方面也有广泛应用。

通过激光测量可以获取地表或地下的地貌、地形、地下管线等信息，用于地质勘察、地下资源勘探和城市规划等领域。

第三章光学三维传感

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1 xi
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zref / F(xs
zstg x )
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/(Fxs )
通常，采用一维线阵探测器，使投影光轴、成像光轴和探测器阵列位于同一平面，这时像点只在x方向上沿探测器阵列移动
有效光源位于x轴上即△yi=0,yx=zs=0，
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这种由一个投影光轴和一个成像光轴构成的测量系统又称为单三角测量系统。 •这种测量方法要求投影光轴和成像光轴之间保持恒定的夹角。 •用这种系统完成一维或二维物面高度的测量，必须在整个传感器 (包括投影和成像)和被测物体之间附加一维或二维的相对扫描 •单三角法中距离的测量是通过比较一个相对于物面的像点和一个相对于基准面的像点而实现的。
扫描镜是一个双面镀膜的反射镜，保证了投影光线和成像光线的完全同步旋转
多面锥棱镜的旋转完成了x方向的同步扫描，而M3反射镜的慢速旋转完成了y方向的扫描，从而构成三维面形测量功能
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3 采用激光片光的三维传感
1.激光片光的产生采用线结构照明的三维传感系统中，投影器投射片状光束，这种光束又称片光或光刀。
单片图象卡可以完成1024 X 1024 X 8bit图象的存储。多片的已经可以满足存储 32幅 512X512X8bit的图象要求。
有单色（也称伪彩色）和彩色图象卡
目前不少图象卡还装有各种不同功能的图象处理芯片算术逻辑单元（ALU）、乘法器、查找表（LUT）可以实现对图象的卷积、形态学、算术逻辑运算甚至高速傅里叶变换等功能。
第1节主动三维传感的基本概念
一、主动照明的三维传感方法
1. 方法：投影器发出结构照明光束，接收器接受由被测三维表面返回的光信号，由于三维面形对结构照明光束产生空间或时间调制，因此解调接收到的光信号就可以得到三维面形数据。

T-Probe激光跟踪仪工作原理

T-Probe激光跟踪仪工作原理由于激光发散性很小，测距精度高，人们在几十年前就开始用激光干涉仪来测距离。

进而用它测直线度和角度，特别在较长距离的测量中发挥了它的优势。

但是激光干涉仪使用时要求找好准直，如果干涉镜或反射镜偏离了激光光轴，那么就出错，而且不能断光再续，必须重新再来，甚至中间有东西当一下光也是如此。

这些限制了它在空间坐标测量中的应用，另一方面激光终究是一个测长的工具，要用来做空间测量则必须寻求其他的定位装置。

激光跟踪仪产品中文名：激光跟踪仪外文名：Laser Tracker System类别：大尺寸测量仪器适用领域：工业测量系统基本内容激光跟踪测量系统（Laser Tracker System）是工业测量系统中一种高精度的大尺寸测量仪器。

它集合了激光干涉测距技术、光电探测技术、精密机械技术、计算机及控制技术、现代数值计算理论等各种先进技术，对空间运动目标进行跟踪并实时测量目标的空间三维坐标。

它具有高精度、高效率、实时跟踪测量、安装快捷、操作简便等特点，适合于大尺寸工件配装测量。

激光跟踪测量系统基本都是由激光跟踪头（跟踪仪）、控制器、用户计算机、反射器（靶镜）及测量附件等组成。

激光跟踪仪原理激光跟踪测量系统的工作基本原理是在目标点上安置一个反射器，跟踪头发出的激光射到反射器上，又返回到跟踪头，当目标移动时，跟踪头调整光束方向来对准目标。

同时，返回光束为检测系统所接收，用来测算目标的空间位置。

简单的说，激光跟踪测量系统的所要解决的问题是静态或动态地跟踪一个在空间中运动的点，同时确定目标点的空间坐标。

激光跟踪仪结构图激光跟踪仪原理图T-Probe在测头中心放置了反射镜，同时按一定的阵列分布了10个红外发光二极管，这样就反映了T-Probe的6个位置参数，进而根据给定的参数给出测头探针针头中心的坐标。

这就可以用此探针来对被测对象进行测量。

T-Probe的发明使隐蔽处测量成为可能，尤其是对方向姿态的测量大大扩展了激光跟踪仪的应用，例如可以用于机器人姿态的动态测量。

一种基于激光跟踪仪的大飞机外形测绘建模方法

一种基于激光跟踪仪的大飞机外形测绘建模方法范晓龙;刘韶光;范欢欢【摘要】为满足现役飞机进行数字化建模的需求,随着数字化测量技术的发展,使用激光跟踪仪及激光扫描仪进行大尺寸飞机停机状态全机外形测绘建模的工程技术方法已经成为现实.通过对某型飞机进行全机测绘建模的工程实例分析,归纳出大飞机测绘建模主要包括:测绘建模平台的搭建、整机逆向数据采集、点云数据处理、曲面模型重建、重建模型质量分析5个关键环节.该测绘建模方法既能大幅度提升飞机模型重建的精度和测绘建模效率,又能满足顶层的现代飞机研制及改装过程中数字化设计需求,还可以在飞机设计、制造、改型、改装中发挥重要作用.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2016(000)014【总页数】6页(P69-74)【关键词】大飞机;测绘建模;逆向设计;激光扫描;激光跟踪仪【作者】范晓龙;刘韶光;范欢欢【作者单位】中国飞行试验研究院,西安710089;中国飞行试验研究院,西安710089;中国飞行试验研究院,西安710089【正文语种】中文随着测量科学技术与飞机现代化制造技术的飞速发展，基于数字化测量的逆向设计技术以其测量精度高，测绘建模效率显著提升，测绘建模环境适应能力不断增强等优势在飞机外形测绘建模领域应用越来越广，飞机外形测绘建模是现役飞机数字化的重要手段，飞机测绘建模的需求也日趋旺盛。

飞机测绘建模的方法众多，有分解后局部测绘建模，有局部扫描测绘建模，也有小飞机整机扫描测绘建模，但是还没有见到大飞机整机测绘建模的报道[1]。

通过大飞机测绘建模建立整机飞机外形、相关结构件以及工艺装备的数字化模型，可充分发挥飞机数字化设计的优势，可以有效推动实现智能化、集成化的产品数据交换，适应现代飞机研制过程中的数控加工、虚拟装配、有限元分析等数字化要求，缩短飞机的改进改型周期[2]，在飞机的改型、改进、改装中发挥重要作用。

1 基于激光跟踪仪的大飞机外形测绘方法介绍基于激光跟踪仪的大飞机外形测绘建模是针对一些尺寸大的飞机或特殊飞行器提出的整机停机状态下非接触式测绘建模方法，其测绘建模对象尺寸非常大，翼展超过40m，三视图尺寸46m×42m×14m，测绘精度要求高，要测绘建模的内容非常繁多，不仅包括机头、机身、机翼、发动机舱、平尾和垂尾等关键部件的整体外形测绘建模，还需进行巡航、起飞、降落等不同构型状态下的各活动翼面的不同位置的外形测绘建模等。