基于多位姿标靶的激光跟踪姿态测量系统参数标定

1

作者 熊芝 钟陈小鹏 +5 位作者 张昊 贾小东 郭政南 赵子越 翟中生 周维虎 《光学精密工程》 北大核心 2025年第1期13-24,共12页

基于激光跟踪的六自由度(6DoF)测量系统在大型设备生产、制造、装配等环节具有广泛的应用,其中姿态测量精度是实现高精度位姿测量的保障。为解决激光跟踪姿态测量系统在远距离大视场中的标定问题,提出一种建立在多位姿标靶上的系统标定... 基于激光跟踪的六自由度(6DoF)测量系统在大型设备生产、制造、装配等环节具有广泛的应用,其中姿态测量精度是实现高精度位姿测量的保障。为解决激光跟踪姿态测量系统在远距离大视场中的标定问题,提出一种建立在多位姿标靶上的系统标定方法。以基于相机的激光跟踪姿态测量系统为研究对象,介绍了该系统的组成及姿态测量原理;其次对系统姿态求解算法性能进行了分析,得出对系统标定精度的影响因素;并在此基础上提出一种基于空间多位姿标靶的系统参数标定方法,基于空间几何约束和最小二乘原理,实现了标定参数的最优求解;最后,搭建基于全站仪的激光跟踪实验平台,使用移动标定板构建立体标靶进行标定。实验结果表明:在3~15 m的测量范围内,采用本文标定方法的姿态测量精度相较于改进前可提升25.4%以上。该方法在远距离大视场测量中具有重要的应用价值。 展开更多

关键词 激光跟踪 姿态测量 远距离 大视场 标定

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基于特征金字塔融合的水下目标识别方法研究 被引量：1

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作者 刘梦然 连恒绪 +1 位作者 聂磊 简泽明 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第4期117-123,共7页

复杂的海洋环境会加大水下目标识别的难度,为进一步提高水下目标识别准确率,本文提出基于特征金字塔融合的识别方法。提取了梅尔频率的倒谱系数(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)、线性预测倒谱系数(Linear Predictive Cepstra... 复杂的海洋环境会加大水下目标识别的难度,为进一步提高水下目标识别准确率,本文提出基于特征金字塔融合的识别方法。提取了梅尔频率的倒谱系数(Mel Frequency Cepstrum Coefficient,MFCC)、线性预测倒谱系数(Linear Predictive Cepstral Coefficient,LPCC)、色度频谱和短时能量4种频率信息不同的特征,分别基于特征金字塔完成特征的深层信息与浅层信息之间的融合,并将融合特征分别输入迁移学习后的轻量化神经网络shufflenetV2,进行水下目标识别。在Deepship数据集和Shipsear数据集上进行测试,结果表明,本文中4种频率信息不同特征基于特征金字塔融合后水下目标识别准确率均大于98%,相比于原始特征,识别准确率更高。该方法可应用于海洋资源勘探、海洋防御与安全、海洋环境监测等场景,为水下目标识别领域的研究提供了新的思路。 展开更多

关键词 水下目标识别 特征金字塔融合 深度学习

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带涂层压力容器腐蚀缺陷脉冲涡流检测及内外伤区分方法研究

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作者 张永红 黄琳枝 +3 位作者 陈涛 徐拥军 宋小春 何鹏 《压力容器》 北大核心 2025年第6期63-73,共11页

由于提离距离及探头姿态未知,带涂层的压力容器缺陷检测存在极大误差。为了提高检测精度,提出一种未知提离状态下压力容器腐蚀减薄缺陷脉冲涡流检测及信号处理方法。首先,利用仿真软件建立腐蚀缺陷脉冲涡流检测模型,研究检测信号与提离... 由于提离距离及探头姿态未知,带涂层的压力容器缺陷检测存在极大误差。为了提高检测精度,提出一种未知提离状态下压力容器腐蚀减薄缺陷脉冲涡流检测及信号处理方法。首先,利用仿真软件建立腐蚀缺陷脉冲涡流检测模型,研究检测信号与提离距离之间的关系;然后,利用关键特征参数消除提离干扰,构建用于表征材料厚度变化的标定曲线,并结合频域分析对不同类型缺陷的区分方法进行优化;最后,搭建试验测试系统,对带有不同腐蚀减薄缺陷的钢板试件进行测试。结果表明,该方法能够有效抑制提离效应,在0~9 mm提离范围内精确识别试件表面1 mm的厚度变化,并能够区分内外表面缺陷。该方法可用于未知提离下压力容器腐蚀缺陷的高精度检测及分类识别。 展开更多

关键词 脉冲涡流 腐蚀缺陷 未知提离 缺陷分类 信号处理

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激光并行加工二维码实验研究 被引量：2

4

作者 翟中生 刘春利 +2 位作者 李梦雨 陈波 刘顿 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第10期64-73,共10页

针对激光器单光束加工二维码输出能量大部分被浪费且加工效率低的问题,本文采用了一种多光束并行加工的方法来提高加工效率。仿真研究了QR码加工填充率和对比度对识别率和识别时间的影响,得到了一个二维码可识别范围。然后使用飞秒激光... 针对激光器单光束加工二维码输出能量大部分被浪费且加工效率低的问题,本文采用了一种多光束并行加工的方法来提高加工效率。仿真研究了QR码加工填充率和对比度对识别率和识别时间的影响,得到了一个二维码可识别范围。然后使用飞秒激光器基于空间光调制器的并行加工技术进行试验,对实验结果的对比度和加工填充率展开分析。分析结果表明,在二维码的识读评价标准范围内,加工填充率越大,识别率越低,识别时间越长;同样,对比度越低,识别率越低,识别时间越长。同时,对单束激光加工二维码进行了实验,分析了并行加工与单光束加工的加工时间等参数的对比,得到并行加工要比单激光束加工提高约10倍的效率。 展开更多

关键词 QR码 激光标刻 并行加工 空间光调制器

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激光并行加工DM码实验研究 被引量：1

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作者 翟中生 李梦雨 +2 位作者 刘春利 陈波 刘顿 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1115-1121,共7页

DM(data matrix)码信息存储容量大、编码范围广、可靠性高,是信息交流的重要载体。为了实现DM码并行加工方法,分析了DM码间距值与灰度值对识别时间的影响规律,并对不同情况下的DM码进行多次扫描,记录识读时间,确定了DM码识读成功的临界... DM(data matrix)码信息存储容量大、编码范围广、可靠性高,是信息交流的重要载体。为了实现DM码并行加工方法,分析了DM码间距值与灰度值对识别时间的影响规律,并对不同情况下的DM码进行多次扫描,记录识读时间,确定了DM码识读成功的临界圆点直径为11像素,临界灰度值为220。在此基础上,设计了一种基于空间光调制器的DM码并行加工方法,并在石英玻璃内部进行了激光并行加工DM码实验验证,与传统的单光束激光标刻二维码的方式相比,加工效率得到了提高。 展开更多

关键词 DM码 圆点直径 灰度值 空间光调制器 激光并行加工

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基于互STFT复数卷积神经网络的声源定位方法

6

作者 简泽明 周超 +2 位作者 胡君豪 聂磊 刘梦然 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第8期27-31,共5页

当前声源定位中的深度学习算法多依赖单一实数特征,未能充分挖掘麦克风阵列间的空间信息与频谱特征的多样性。为此,提出一种基于互短时傅里叶变换(STFT)复数卷积神经网络(CCNN)的声源定位方法。该方法以融合幅度与相位信息的互STFT谱作... 当前声源定位中的深度学习算法多依赖单一实数特征,未能充分挖掘麦克风阵列间的空间信息与频谱特征的多样性。为此,提出一种基于互短时傅里叶变换(STFT)复数卷积神经网络(CCNN)的声源定位方法。该方法以融合幅度与相位信息的互STFT谱作为输入特征,并通过CCNN进行特征提取,以提升定位精度与鲁棒性。通过仿真与实验,对比分析了互STFT特征及三种典型特征在实数与复数网络中的定位性能。结果表明,所提方法具有显著优势,定位误差较实数方法降低了51.06%,验证了其在特征表达能力和定位精度方面的有效性,为深度学习在声源定位领域的进一步发展提供了新思路。 展开更多

关键词 声源定位 麦克风阵列 互短时傅里叶变换 复数卷积神经网络

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基于子装配体模型的锚固钻机钻臂连接件结构优化

7

作者 张东桥 姚主林 +1 位作者 余中全 丁永剑 《机械设计与制造》 北大核心 2025年第6期61-68,共8页

针对复杂装配体中部件结构优化困难—以装配体整体为基础进行拓扑优化难收敛,单一部件拓扑优化精度低的问题,提出子装配体模型拓扑优化方法。以锚固钻机钻臂整体结构为研究对象,首先,建立锚固钻机五自由度上装结构的力学模型,使用MATLA... 针对复杂装配体中部件结构优化困难—以装配体整体为基础进行拓扑优化难收敛,单一部件拓扑优化精度低的问题,提出子装配体模型拓扑优化方法。以锚固钻机钻臂整体结构为研究对象,首先,建立锚固钻机五自由度上装结构的力学模型,使用MATLAB软件对其进行仿真,得到钻臂整体关键铰点最大受力工况条件;然后,对钻臂整体进行静强度分析,基于子装配体模型,以子装配体模型结构刚度为响应目标,子装配体模型强度与连接件结构质量为响应约束,对钻臂连接件结构进行拓扑优化,得到重构模型;最后,采用响应面分析方法进行重构模型参数优化,以重构模型的6个关键尺寸范围为约束,以钻臂连接件结构质量和钻臂整体最大静应力为优化目标,确定连接件结构的最终尺寸参数。结果表明:优化后的连接件结构,钻臂整体最大静应力值降低了67.91%,质量降低了1.23%。 展开更多

关键词 锚固钻机 静强度 子装配体模型 拓扑优化 参数优化

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混合遗传变邻域搜索算法求解柔性车间调度问题 被引量：2

8

作者 周伟 孙瑜 +1 位作者 李西兴 王林琳 《计算机工程与设计》 北大核心 2024年第7期2041-2049,共9页

针对考虑生产成本的柔性作业车间调度问题(flow job shop scheduling problem, FJSP),以完工时间与加工成本为优化指标,提出一种求解FJSP的混合遗传变邻域搜索算法。根据个体适应度对种群分割,结合自适应交叉概率改进子代种群产生方式;... 针对考虑生产成本的柔性作业车间调度问题(flow job shop scheduling problem, FJSP),以完工时间与加工成本为优化指标,提出一种求解FJSP的混合遗传变邻域搜索算法。根据个体适应度对种群分割,结合自适应交叉概率改进子代种群产生方式;设计两种邻域结构增强算法的局部搜索能力;提出一种基于动态交叉变异概率的优化算法流程提高求解效率。运用提出的算法求解基准实例与实际问题测试,验证了算法的有效性。 展开更多

关键词 柔性作业车间调度 加工成本 遗传算法 变邻域搜索 混合算法 动态概率 优化

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基于空间光调制器的艾里光束能量调制方法

9

作者 翟中生 陆佩佩 +1 位作者 刘春利 张骆 《激光与红外》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期262-266,共5页

艾里光束由于具有无衍射、自加速和自愈合等特性,具有重要的应用前景。本文基于空间光调制器可编程特性,提出了一种可调谐的艾里光束能量调制新方法。从理论上深入分析通过在相位图中引入一个可控的调制相位而实现了艾里光束能量调控的... 艾里光束由于具有无衍射、自加速和自愈合等特性,具有重要的应用前景。本文基于空间光调制器可编程特性,提出了一种可调谐的艾里光束能量调制新方法。从理论上深入分析通过在相位图中引入一个可控的调制相位而实现了艾里光束能量调控的方法,并且量化了调制参数与能量调制范围的关系。仿真和实验结果表明通过改变调制相位可以灵活地调节光束能量分布,本文的研究有助于进一步推动艾里光束的应用。 展开更多

关键词 艾里光束 角谱衍射 能量调控 空间光调制器

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面向汗液的可穿戴柔性电化学传感器研究进展 被引量：3

10

作者 陈晨 李嘉夕 聂磊 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期78-91,共14页

汗液中含有人体诸多生理信息,如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测,在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力,而被广泛研究。本文... 汗液中含有人体诸多生理信息,如电解质、代谢物、激素、温度等。基于汗液的可穿戴式传感器可对多模态生物指标实现分子层面上的实时、连续、非侵入式监测,在运动感知、疾病预防以及健康管理等领域具有重大发展潜力,而被广泛研究。本文阐述了可穿戴汗液传感器集成结构中基底、集汗、传感、电源和决策五大模块,着重强调了纳米结构(如金属基、碳基等材料)在电化学传感敏感材料中表现出的优异性能及应用,最后讨论了可穿戴汗液传感器在微量汗液收集及多参数传感中物理化学变量的可变性等方面存在的挑战。针对汗液收集和实时校准两个关键问题,提出可穿戴汗液传感未来发展方向包括仿生微流控技术和多参数反馈调控方法,实现微量汗液高效收集及精确检测,将有效推动汗液传感在慢性重大疾病实时预警的应用和发展。 展开更多

关键词 汗液传感器 可穿戴 电化学 纳米结构 柔性 集成结构

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基于四波横向剪切干涉的表面形貌测量方法 被引量：1

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作者 董正琼 黄贤文 +3 位作者 徐仁 祝仁龙 周向东 聂磊 《激光技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期906-912,共7页

为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题,利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波,通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源,再根据子... 为了解决传统四波横向剪切干涉测量系统中特定分光器件存在的加工难度高、光谱适用范围受限等问题,利用空间光调制器替代分光光栅将入射光分为4束横向剪切相干子波,通过灵活调整光栅的折射率来调制子波衍射效率以适应照明光源,再根据子波两两干涉效应重建出反映样品折射率和高度信息的光程差分布,即可实现宽光谱大尺寸范围内的表面形貌精确测量;结合傅里叶变换法研究了入射光不同波长对光程差重建精度的影响规律,并利用空间光调制器搭建了1套适用于可见光至近红外的宽光谱四波横向剪切干涉测量系统。结果表明,该系统对石英标准样件刻蚀深度的测量结果为209.39 nm±1.72 nm,与其标称值210.83 nm±2.39 nm和白光干涉仪测量值212.92 nm±1.35 nm基本保持一致,验证了所提表面形貌测量方法的有效性。该研究可为四波横向剪切干涉技术在表面形貌测量领域的扩展应用提供理论参考。 展开更多

关键词 测量与计量 表面形貌测量 四波横向剪切干涉 空间光调制器 光程差重建

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高灵敏度微位移零差干涉方法 被引量：3

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作者 翟中生 张艺 +3 位作者 冯维 冯胜 王选择 熊芝 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期74-80,共7页

干涉测量技术被广泛应用于纳米级的微观形貌测量,为了提高干涉测量的精度和灵敏度,提出一种基于白光干涉和激光二次干涉相结合的高灵敏度零差干涉测量方法。设计了高灵敏度零差干涉系统,利用激光二次干涉的零点对白光干涉的暗纹进行定位... 干涉测量技术被广泛应用于纳米级的微观形貌测量,为了提高干涉测量的精度和灵敏度,提出一种基于白光干涉和激光二次干涉相结合的高灵敏度零差干涉测量方法。设计了高灵敏度零差干涉系统,利用激光二次干涉的零点对白光干涉的暗纹进行定位,使其在零光程差时达到斜率最大值。利用波动原理和干涉条纹的强度公式分别对白光信号和激光信号进行分析,并提出将白光和激光干涉信号相结合的灵敏度计算方法。对系统及其灵敏度进行了仿真,最后搭建光路,将白光干涉条纹调至暗纹位置,以此来定位激光二次干涉的零位,并进行数据采集。所述测量方法的灵敏度相比激光二次干涉至少提高1832倍,相应的测量不确定度仅为±0.2887 mV。所述测量系统能够有效解决传统干涉测量中计算量大的问题,灵敏度高、稳定可靠。 展开更多

关键词 信号处理 激光干涉 白光干涉 零差干涉

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视觉引导的搬运机器手位置测量研究 被引量：2

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作者 刘文超 夏正乔 +2 位作者 朱思斯 余坤 吴庆华 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1674-1678,共5页

为提高工作效率,满足搬运机器手自动化抓取汽车保险杠的需要,研究了基于结构光视觉原理的保险杠抓取点位置测量方法。该方法通过对相机拍摄图像进行图像处理,识别出投射在保险杠平坦区域的激光光条中心点;利用透视变换原理对获取的激光... 为提高工作效率,满足搬运机器手自动化抓取汽车保险杠的需要,研究了基于结构光视觉原理的保险杠抓取点位置测量方法。该方法通过对相机拍摄图像进行图像处理,识别出投射在保险杠平坦区域的激光光条中心点;利用透视变换原理对获取的激光光条图像进行矫正,最后结合像素标定结果计算得到汽车保险杠抓取点沿图像X轴方向偏移量和高度信息。现场实验结果表明:该测量方法稳定性能好,测量误差小于±3 mm,可以实现对汽车保险杠的非接触测量,实时引导搬运机械手准确抓取汽车保险杠,给自动化行业提供一种简单准确的定位识别系统和方法。 展开更多

关键词 激光视觉 图像处理 透视变换 定位测量

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基于SLM的几何稳相法光束整形影响因素分析 被引量：2

14

作者 翟中生 段浪 郑雅雯 《应用光学》 CAS 北大核心 2023年第4期711-719,共9页

基于几何稳相法求解调制相位,使用傅里叶透镜进行傅里叶变换,在后焦面处聚焦,得到对应的平顶光束,从而将圆形高斯光束整形为方形平顶光束,其中光路参数对整形质量将产生较大影响。实验中发现,方形平顶光束受零级光影响均匀性较差,因此... 基于几何稳相法求解调制相位,使用傅里叶透镜进行傅里叶变换,在后焦面处聚焦,得到对应的平顶光束,从而将圆形高斯光束整形为方形平顶光束,其中光路参数对整形质量将产生较大影响。实验中发现,方形平顶光束受零级光影响均匀性较差,因此详细分析了零级光产生的原因,提出了有效的解决方法,并对实验结果中出现的零级光通过叠加闪耀光栅直接移除。实验结果表明:移除零级光后方形平顶光束的能量利用率为72.3%,光束均匀性高达97.2%,优于传统整形方法。最后进一步分析了全息图与入射光束偏移量、离焦以及入射光束束腰半径对几何稳相法整形质量的影响,为几何法光束整形的应用提供了便利。 展开更多

关键词 光束整形 稳相法 空间光调制器 平顶光束

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基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法研究 被引量：3

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作者 吕清花 程壮 +3 位作者 翟中生 王选择 崔甲臣 吕辉 《光电工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期60-67,共8页

针对工作台运动误差,提出了一种基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法。通过液晶空间光调制器(SLM)生成无衍射光,利用两束无衍射光干涉生成莫尔条纹。设计了无衍射光莫尔条纹三自由度测量光路,建立了三自由度运动误差数学模... 针对工作台运动误差,提出了一种基于计算全息的无衍射光莫尔条纹三自由度测量方法。通过液晶空间光调制器(SLM)生成无衍射光,利用两束无衍射光干涉生成莫尔条纹。设计了无衍射光莫尔条纹三自由度测量光路,建立了三自由度运动误差数学模型,并用几何分析法将三种运动误差(偏摆角、滚转角和俯仰角)进行分离。利用旋转台模拟不同大小的三自由度运动误差,带有误差信息的无衍射光和莫尔条纹图案分别由CCD1和CCD2接收。实验结果表明,通过光斑中心偏移量计算出的实际运动误差值接近理论值,测量误差不超过0.0104°,验证了无衍射光莫尔条纹三自由度测量系统的可行性与正确性。 展开更多

关键词 三自由度测量 无衍射光 莫尔条纹 液晶空间光调制器

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台阶板中兰姆波A0模式传播特性的光弹研究 被引量：1

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作者 张旭 张述坤 +4 位作者 胡中韬 涂君 程江 安志武 宋小春 《应用声学》 CSCD 北大核心 2020年第5期769-774,共6页

为了研究变壁厚结构中兰姆波的传播特性,以K9玻璃制成的台阶板为波导,运用动态光弹法实现了兰姆波在阶梯板中传播过程的可视化。使用MATLAB对兰姆波的理论应力分布进行了仿真,将仿真结果与光弹图像相对比以进行模式识别。此外,根据兰姆... 为了研究变壁厚结构中兰姆波的传播特性,以K9玻璃制成的台阶板为波导,运用动态光弹法实现了兰姆波在阶梯板中传播过程的可视化。使用MATLAB对兰姆波的理论应力分布进行了仿真,将仿真结果与光弹图像相对比以进行模式识别。此外,根据兰姆波的动态光弹图像计算了特定模式的相速度,并与相速度频散曲线相对比,以支持模式识别的结果。对4 mm-3 mm和4 mm-2 mm厚度差台阶板进行了对比分析。研究发现在激励目标模式的兰姆波时,可能会出现非目标模式,并且兰姆波的模态转换和频散程度与台阶处的厚度差有关。该文的结果可对具有相同性质类似结构材料的无损检测提供参考。 展开更多

关键词 兰姆波 相速度 动态光弹法

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PMMA材料在线偏振和圆偏振光下的超连续光谱特性分析

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作者 吕清花 汪于涛 +5 位作者 胡勇涛 翟中生 陈列 杨奇彪 刘顿 舒健 《应用光学》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期146-150,共5页

飞秒激光在透明材料加工过程中会出现超连续光谱现象。在阐述超连续光谱产生的原理的基础上,为了分析PMMA材料在不同偏振光下产生的超连续光谱的阈值,设计了线偏光和圆偏光及不同能量加工PMMA材料的实验方案。利用光谱仪对产生的超连续... 飞秒激光在透明材料加工过程中会出现超连续光谱现象。在阐述超连续光谱产生的原理的基础上,为了分析PMMA材料在不同偏振光下产生的超连续光谱的阈值,设计了线偏光和圆偏光及不同能量加工PMMA材料的实验方案。利用光谱仪对产生的超连续光谱信号进行采集及处理,分析出不同能量下的线偏振(TE和TM)和圆偏振两种偏振态的超连续光谱的变化规律,并对比了相同能量下线偏振和圆偏振的超连续光谱的区别。实验中采用脉宽160fs、中心波长为775nm的飞秒激光,实验结果表明,同一偏振下能量越大,光谱谱宽越宽;通过对比不同能量下的光谱特性,观测出产生超连续光谱的阈值,线偏振光的阈值为0.46μJ,圆偏振光的阈值为0.586μJ;对比相同能量下的线偏振和圆偏振光,线偏振的谱宽比圆偏振的宽。 展开更多

关键词 非线性光学 飞秒激光 PMMA 线偏振 圆偏振 超连续光谱

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