单目视觉坐标测量方法

为了解决现代化生产中对高精度、大尺寸、三维整体现场在线测量技术的需求问题,提出了一种基于光学测头成像的单目视觉坐标测量方法。该方法以光学测头上的光学特征点作为成像目标,利用单个摄像机获取测量信息。测量过程中,通过分析光学测头上光学特征点的二维成像坐标,利用特征点之间已知的几何约束知识和摄像机的透视投影模型,建立特征点与对应像点的求解关系。通过基于奇异值分解的位姿优化算法确定特征点的空间位置坐标。根据特征点与测尖间已知的位置约束关系确定被测点的空间坐标,从而实现坐标测量目的。测试实验结果表明,该方法切实可行,系统的测量不确定度小于0.32mm。     

视觉测量中光学测头姿态估计方法

基于光学测头特征点成像的单机视觉坐标测量系统具有测量空间大、测量精度高及可进行现场测量等优点,是替代传统的大型坐标测量机的最有发展前途的技术方案之一.为实现该测量方法,必须先解决光学测头姿态估计问题,为此,提取一种利用SVD与矢量观测值的姿态确定方法.首先,通过基于SVD的5点优化算法确定特征点的空间坐标;然后,利用特征点的测头坐标和空间坐标建立关于测头坐标矢量、像机坐标矢量的矩阵方程,优化求解矩阵方程确定光学测头(测头坐标系)相对于像机坐标系的姿态.该算法利用所有数据冗余信息,提高了测量系统的精度和稳定性.实验证明,该算法切实可行,系统的单点重复性及测量不确定度<0.1 mm.     

三坐标测量机测头系统的误差分析与修正

测头是三坐标测量机的关键部分,其动态性能对测量机最终测量结果有直接的影响。为了提高三坐标测量机测头的测量精度,以触发式测头系统为主,研究了测头系统动态误差的构成,分析了测头预行程误差来源及影响因素,提出了将测头直径动态标定与微平面补偿法相结合的方法对测头直径进行补偿。通过对凹轮轮廓进行测量,并在逆向工程软件中对测头直径补偿前后进行对比。结果表明,该方法对测量机测头直径有较好的补偿效果,具有一定的应用价值。     

一种基于视觉测量技术的复杂工件检测系统

针对金属工件具有强反射性和工件形状复杂的特点,设计了一种基于视觉测量技术的复杂工件二维检测系统。采用一种改进的基于灰度矩的亚像素边缘定位算法对边缘进行了精确定位,随后根据边缘点数据拟合出圆心与直线,最终求出工件的各个尺寸参数。测量尺寸参数误差小于0．03mm,重复性误差±30σ±4．5μm,实验结果表明,系统具有实时、非接触、速度快、精度高以及抗干扰能力强等优点,可以满足复杂工件尺寸检测的需要。     

工业机器人自动钻孔及锪窝一体化加工

为了提高工业机器人制孔的位姿精度,控制锪窝深度误差,利用激光跟踪仪跟踪机器人位姿,获得位姿偏差,并对机器人位姿偏差进行补偿,提高机器人制孔的位姿精度;利用光栅尺构成闭环控制系统,将制孔过程中机器人与工件变形引起的误差补偿到制孔刀具的进刀位置,从而保证埋头螺栓孔的锪窝深度.采用该跟踪、补偿系统在平面试验件和曲面试验件上进行了工业机器人制孔位置精度和锪窝深度补偿加工试验.结果表明,机器人的位置精度和角度精度达到0.05 mm和0.05°,锪窝深度误差控制在0.03 mm以内.     

基于数字模型的复杂曲面测量原理和技术

依据复杂曲面测量中球形测头的中心轨迹与被测曲面之间互为等距曲面的关系,用双三次B样条曲面建立了描述测头中心轨迹曲面的数字模型。该模型可以按给定精度要求逼近测头中心轨迹曲面。同时提出了一种测头半径三维补偿原理及实施技术,进行了精度分析,最后给出了测量实例。     

基于坐标法的复杂曲面轮廓度的误差评定

复杂曲面的面轮廓度是一个应用广泛而又难于测量和评定的问题.在面轮廓度误差评定过程中,首先将复杂曲面的理论模型离散化后用双三次样条函数进行精确描述,并用该拟合曲面作为误差评定的依据;其次对测量后所得的测头球心位置曲面进行等距平移以得到实测轮廓曲面;最后再采用坐标轮换法求取实测点在以双三次样条函数所表示的理论轮廓上的对应点,从而实现对复杂曲面轮廓度的评定.由于本文用双三次样条函数所表示的曲面作为复杂曲面的一般表示,因此该评定算法可实现测量及评定软件的通用性,并通过计算机仿真,证明该算法的正确性与可行性.     

测头成像视觉坐标测量系统组成,建模及求解

提出了一种新型视觉坐标测量系统－单摄像机测头成像视觉坐标测量系统。系统中采用目标测头作为成像目标,利用测头与被测表面接触,通过分析测头上已知特征点成像变化来实现对被接触点的三维坐标测量。这一测量新思路,不仅可以达到目前大多数视觉测量系统的测量目的,同时还可以实现对被遮挡表面的测量并具有较大测量范围。利用空间坐标变换及光学成像原理建立了这一视觉测量系统的非线性测量方程,并给出了利用Ｎｅｗｔｏｎ非线性     

基于双测头组合的未知自由曲面自适应采样

在逆向工程中为了准确、快速、合理地获取未知自由曲面的表面数据,提出一种基于双测头组合的非接触式自适应采样方法.并列组安装2个点激光测头,分别为前端测头和后端测头,利用遮光布阻挡反射光消除两测头之间的测量干扰.在逐行采样过程中,在扫描方向上前端测头用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理与曲线拟合,根据拟合曲线的曲率特征为后端测头规划合理的采样间距,后端测头以探路结果为指导完成自适应采样.在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面.仿真与实验结果表明,该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,能有效提高曲面数字化的效率与精度,为模型重建提供合理的测量数据.     

基于双测头组合的未知自由曲面自适应采样

在逆向工程中为了准确、快速、合理地获取未知自由曲面的表面数据,提出一种基于双测头组合的非接触式自适应采样方法.并列安装2个点激光测头,分别为前端测头和后端测头,利用遮光布阻挡反射光消除两测头之间的测量干扰.在逐行采样过程中,扫描方向上的前端测头用于探路测量,系统实时地对探路测量数据进行处理与曲线拟合,根据拟合曲线的曲率特征为后端测头规划合理的采样间距,后端测头以探路结果为指导完成自适应采样.在测量截面进给方向上,通过截面间夹角分析,自适应地细分测量截面.仿真与实验结果表明:该方法能根据曲面特征合理地布置采样点,有效提高曲面数字化的效率与精度,为模型重建提供合理的测量数据.     

数控火焰切割系统Z轴高度补偿功能的实现

采用工业计算机和运动控制卡等硬件构建开放式数控火焰切割系统,以Visual Basic 6.0为开发工具,开发了提高异形工件火焰切割过程平稳性的系统控制软件. 采用激光位移传感器对被加工件进行非接触式扫描,获取工件在加工路径上的高度信息,并以此为依据进行切割轨迹的规划和高度补偿. 试运行结果表明,当工件表面高度发生变化时,由伺服系统进行三轴直线插补或三轴螺旋插补,能够在切割过程中使割炬与工件表面之间的距离始终保持一致,位置精度±0.02 mm,重复定位精度±0.05 mm. 整个系统保证了良好的切割质量,达到了切割过程平稳高效的目的.     

复杂螺旋曲面成形磨砂轮廓形数值仿真方法

针对复杂螺旋曲面成形磨砂轮廓形设计中数学理论较为复杂的问题,提出了一种新的数值仿真方法进行复杂螺旋面磨削加工的砂轮廓形设计,其基本原理是通过坐标转换将工件与砂轮的坐标系进行整合,离散处理工件与砂轮面模型,通过数值迭代算法求得砂轮与工件的空间接触迹线3维离散点坐标,进一步通过坐标转换求得砂轮廓形.该方法数学原理简单,易于编程实现,通过与解析方法的计算结果对比,表明其数据精度满足产品设计要求,具有很好的工程应用价值.同时该方法也适用于任意复杂曲面成形磨的砂轮廓形设计.     

基于压脚位移补偿的机器人制孔锪窝深度控制

为了解决机器人自动制孔过程中由于飞机壁板变形和振动引起的锪窝深度控制问题,提出将终端执行器压脚位移作为实时补偿信号的制孔进给轴全闭环控制系统设计方法;根据制孔过程中压脚振动的实际频率特性,引入低通滤波器,考虑飞机壁板锪窝深度精度要求确定截止频率,有效抑制压脚高频振荡对进给轴位置精度的影响,保证锪窝深度以及加工孔的表面质量.在材料为铝合金的圆弧工件和平面工件上,分别加工直径为5.8和9.8mm的孔.实验结果表明,该系统可将加工孔的锪窝深度误差控制在0.02mm以内,表面粗糙度达到0.8μm.     

解决约束平面偏移问题的机械臂闭环标定

基于平面约束的工业机械臂闭环标定,拟合平面与实际约束平面之间存在一定偏差,直接影响标定精度.针对此问题提出消除偏差的方法及误差模型.建立平面坐标系,得到约束平面的准确方程,通过接触式测量头对约束平面进行测量,在平面坐标系中描述测量点的位置;建立最小完整连续运动学模型,从而减少冗余参数的影响;利用双目视觉定位约束平面并规划理论测量点位置,实现自动化测量;通过改进的最小二乘法对参数误差进行辨识.实验结果表明,修正运动学参数后,机械臂绝对位置精度由1.234 mm提高到0.405 mm.该方法成本低、精度高、效率高,且简化了误差模型,适用于工业机械臂的现场标定,为机械臂生产厂家实现批量化标定及后期设备维护提供了思路.     

基于线阵CCD的大视场二维平面定位系统

为了克服当前交互式电子白板系统技术复杂、定位精度低等缺点,提出一种基于线阵电荷耦合器件（CCD）的大视场二维平面定位系统,该系统由待定位物体、CCD摄像装置和信号处理电路组成.CCD获取待定位物体的信息送入信号处理电路处理,通过坐标变换快速校正CCD光学系统引起的畸变,得到待定位物体的位置.系统定位距离为1 360 mm,二维定位平面大小为1 574 mm×1 260 mm,定位误差小于2 mm,定位精度高于0.2%.搭建了相应的大视场二维平面定位系统.实验结果表明,该系统可实现大角度非接触式二维物体的精确动态定位.     

三维扫描测头的标定方法

为降低三维扫描测头中标定方法对测量系统定位精度的要求,提出了一种三维扫描测头标定方法,设计了一种最小二乘迭代算法及迭代数据筛选算法,实现了三维扫描测头高精度高效率的标定.为验证该三维扫描测头标定方法的稳定性与精度,设计若干组标定仿真实验,测试各类误差对于三维扫描测头标定结果的影响.结果表明:该三维扫描测头标定方法对于三维扫描测头标定过程中定位精度没有要求,对于测量机误差及扫描测头探测误差不敏感,三维扫描测头坐标系单位向量精度达0.000 01,完全满足三维扫描测头标定要求.     

小孔内表面在线检测装置设计

针对孔内壁表面上的砂眼、裂纹等疵病造成的精密零件安装调试困难问题,提出一种新型疵病检测系统。首先通过水平运动系统带动测头运动到待测小孔上方,测头固定不动,然后通过竖直运动系统带动测头并采用内窥镜的测量原理提取小孔内表面的图像,最后利用MATLAB进行图像处理。结果表明,此新型检测装置光学测头长为150mm,直径为14mm,能够实现内径为15~20mm,孔深100mm的细长孔内壁测量,并且能够标记孔内壁疵病的具体位置,测量准确且可操作性强。     

采用结构光的大跨度销孔加工精度在线测量

设计采用十字线结构光的双相机视觉测量系统,构建由2个高精度工业相机、2个十字激光器和环形光源等组成的图像采集装置. 在传动箱加工现场获取端面销孔图像,提取图像感兴趣区域(ROI),采用双边滤波进行降噪预处理、二值化和边缘检测;基于改进方向模板法提取2个十字线结构光的中心线. 依据测量系统的设计原理分别测出2个销孔的孔径及其位置度. 结果表明：对于孔径,机器视觉在线测量装置与电子塞规的测量结果的偏差平均值为0.001 mm;对于孔组位置度,机器视觉在线测量装置与三坐标测量仪的测量结果的最大偏差为0.02 mm. 这表明机器视觉在线测量装置能满足加工精度要求和在线实时测量需求.     

一种基于视觉测量的大型自由曲面拼接方法

针对不规则复杂大尺寸三维面型测量的问题,提出一种基于视觉测量技术的大型自由曲面拼接方法。将大型曲面分为若干子块,采用双摄像机面结构光方式获取局部子区域密集点云,在曲面上布置若干标志点,其坐标采取近景摄影测量方法获得,对这些标志点进行局部子块坐标系到全局坐标系的转换,得到自由曲面面型。避免了一般标志点拼接方法的累积误差,解决了非编码标志点匹配及匹配奇异问题。实验表明,在1065mm×1000mm×255mm范围内,用19块子区域进行拼接,平均拼接误差为0．045mm。     

分布式光纤传感器裂缝传感模型试验

基于光时域反射技术及瑞利散射，构建全自动控制的高精度力-光耦合试验系统，进行了分布式光纤传感器裂缝传感模型试验，研究了混凝土模型力-光本构关系，试验中组合传感光纤初始感知缝宽达0．1mm，光纤传感动态范围达5.3mm，定位精度达到0.2m，并根据试验数据拟合出半经验公式。