基于智能三坐标测量机的零件位姿单目立体视觉识别

为了使三坐标测量机快速准确地识别出被测零件的位姿,提出了一种基于三坐标测量机平动的单目立体视觉识别方法,并对该方法的原理、位姿参数的求解和识别过程进行了研究.根据双目立体视觉原理,以三坐标测量机带动摄像机沿X轴或y轴平移,在两个不同位置分别拍摄被测零件的一幅图像;利用本文提出的基于边缘图像质心偏移的同名像点匹配方法,实现单摄像机立体视觉测量,得到被测零件上各特征点在摄像机坐标系中的三维坐标;由摄像机标定参数,进一步计算出各特征点在机器坐标系中的三维坐标;再结合各特征点在零件CAD坐标系中的对应坐标,求解出被测零件的位姿参数.组建了识别系统,进行了识别实验,结果显示,识别出的实验件位姿的平移量分别为:tx1=32.65 mm,ty1 =-90.23 mm,tz1=13.27 mm,旋转角分别为Ax =38°,AY=4°,Az=-5°,整个识别过程用时1.818 s.得到的实验数据表明该识别方法是可行的,可满足实时测量要求.     

三坐标测量机驱动的摄像机标定技术

为了降低摄像机的标定费用和提高标定精度,提出了一种基于三坐标测量机平动的摄像机标定技术,对该技术的原理、数学模型、标定步骤和标定精度进行了研究。根据摄像机标定的基本原理,利用三坐标测量机沿X、Y、Z轴移动和正交精度都很高的特点,以三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心(标定特征点)在X、Y、Z轴方向上的相对平动,得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标;在每一个确定位置,摄像机拍摄标定特征点的像,经图像处理后,计算出像点在计算机帧存坐标系中的坐标。引入测头坐标系,建立了该项摄像机标定技术的数学模型,给出了标定步骤,组建了标定系统。比对标定实验结果表明,基于三坐标测量机平动的摄像机标定系统与专用标定系统的标定精度相当,数据相差在±1μm以内,满足工程实际精度要求,成本低、标定效率高。     

三坐标测量时的余弦误差分析

三坐标测量机在实际测量时,三坐标测球与零件表面接触,得到测球中心位置,三坐标将沿测量方向补偿测球半径r后得到零件表面测量点位置。当测量方向与矢量方向有一定夹角时,被补偿点并非真正的接触点,而是测头沿着测针接触工件方向上测球的最低点,这样就造成了补偿误差。介绍了矢量的定义,分析了测球半径及余弦夹角对测量误差的影响。结果表明:测量误差的大小与测球半径及测量方向与该工件被测面的余弦夹角有关;使用半径较小的测球与减小余弦夹角,可以减小误差,提高测量精度。     

三坐标测斜面孔时坐标投影偏差及不确定度

结合面投影和坐标平面投影两种投影原理,应用FARO和ZEISS两种三坐标测量机对磨刀机外壳上的斜面孔进行测量,观察被测孔的尺寸和坐标位置偏差,并对被测孔的圆度和测量平面的平面度误差所产生的不确定度进行分析。结果表明,两种途径测量偏差合理,满足定位误差及形状误差产生的不确定度的要求,为利用三坐标测量合理建立零件逆向CAD模型提供了依据。     

三维无接触测量中多摄像头拼接技术

在三维无接触光学测量中,为得到被测物体完整的三维信息,这里采用多摄像头系统对被测图像进行拼接。利用摄像机定标获得的摄像机外参数即旋转矩阵R与平移向量t,将不同摄像机拍摄到的物体不同侧面,拼接到同一世界坐标系下。实验表明这种方法具有操作简单、处理速度快的特点。     

基于压电测力仪三维质心测量方法研究北大核心CSCD

针对被测模型质心测量精度高、变化范围小的动态测试需求,以四点支撑式压电测力仪为基础开展了测量方法研究。分析对比单一状态测量质心法与两状态测量质心方法,以测量精度为目标对两状态测三维质心法进行研究与改进,最终确定图解法三维测量质心。通过仿真分析进行了方法可行性验证,设计两状态质心测量结构,采用放置小砝码进行质心测量实验。实验结果表明:改进后的测量方法满足三维质心的测量精度需求。     

基于数学形态学光笔测量系统的特征点图像识别算法

介绍了一种便携式光笔三坐标视觉测量系统,在分析测量系统成像特点的基础上,提出了一种基于数学形态学算法的图像数字处理方法,即通过在CCD摄像机镜头上加滤光片来隔离背景对图像产生亮斑的干扰。数学形态算法以光笔上被测特征点在CCD摄像机像面上的光斑图像轮廓所占的像素个数为基准,剔除过大和过小的图像轮廓,进而采用基于本算法的特征点图像识别方法来实现目标图像的获取,从而实现椭圆形光斑图像的识别。本文给出了该方法的具体实现过程,试验结果表明,该方法能够对背景复杂和灰度分布不均匀的图像实行有效的图像分割,实现目标图像和背景图像的分离,加快图像分析和处理速度,提高系统测量的效率和稳定性。     

双摄像机光学三坐标测量系统的研究

针对点阵单摄像机轴向重复性差的问题,设计了一种正交双摄像机光学三坐标测量系统.利用冗余算法建立双摄像机的数学测量模型,完成双摄像机轴向测量误差补偿,实现高精度的空间三维坐标测量;实验采用最简的三点共线测头模式在测量距离1 500 mm处各个方向重复性优于0.1 mm,长度测量精度达到0.2 mm.     

镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构设计

针对传统双目视觉传感器体积大、测量效率低、成本高和图像采集需同步等缺点,建立镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构模型,提出一种镜像式单摄像机双目视觉传感器的结构优化设计方法。传感器由单摄像机和两块呈一定角度的平面镜构成的镜像光学系统组成,摄像机置于镜像光学系统前,拍摄获得平面镜中对应同一被测物体的两个虚拟物体的一幅图像,图像中左右两半部分的同名特征对应被测物体的同一空间目标,等效于传统双目视觉传感器中左右摄像机分别采集的两幅图像中的同名特征。详细分析平面镜的尺寸、两块平面镜之间的夹角、平面镜与摄像机的距离等结构参数对视场范围和测量精度误差分布的影响,由仿真结果得出结构参数的合理取值范围,给出镜像式单摄像机双目视觉传感器结构参数的一般性设计原则与方法步骤。根据视场范围和测量精度的要求,确定镜像式单摄像机双目视觉传感器的关键结构参数。试验结果表明,提出的结构优化设计方法对工程应用具有实际指导意义。     

变异机制粒子群优化的摄像机内参数校准

针对大空间单目视觉系统中摄像机内参数校准精度对整体测量精度影响较大这一问题,本文提出一种基于变异机制粒子群优化(MMPSO)算法的摄像机内参数虚拟三维校准方法。该方法基于分阶段最优化思路,通过建立摄像机成像模型对摄像机外参数及部分内参数进行初始值估计,再通过MMPSO算法对内参数进行优化校准确定最终的结果。实验中为了提供精确的校准控制点,搭建了校准硬件平台,将红外发光二极管固定于三坐标测量机测头上并跟随测头移动,构造一个大空间虚拟三维校准板。实验结果表明:主要的10个内参数均达到测量精度要求的数量级,验证了该方法的有效性。通过单目视觉坐标测量系统对两种校准方法所得结果进行等距测量实验,基于Janne Heikkila的三维校准法的总体标准差为0.112mm,基于MMPSO算法的虚拟三维校准法的总体标准差为0.084mm。通过对比实测数据标准差,可以证明本文提出的校准方法稳定性更好,精度更高。该方法能够满足大空间单目视觉坐标测量系统对摄像机内参数精度的要求,对视觉坐标测量技术领域中的摄像机校准等非线性优化问题具有一定指导作用。     

柔性质心测量方法及不确定度评定

为了实现大尺寸飞行器质心的测量,提出了一种柔性质心测量方法。对该方法的重力作用线测量、坐标转换、质心合成等问题进行了研究并进行了不确定度分析。首先,测量被测件在任意一个状态下质心在测量设备中的投影,建立通过该投影的重力作用线并通过坐标转换将重力作用线转换到被测件坐标系下。然后,将被测件旋转或倾斜任意一个角度,测量该状态下重力作用线并转换到被测件坐标系中,通过求得两条重力作用线的交点获得质心。最后,采用蒙特卡洛仿真分析法对该测量方法进行了不确定度评定。仿真分析表明,该方法的测量误差≤0.3mm,实验结果表明,质心测量误差≤0.3mm,可以在被测件与测量设备相对位置关系未知的情况下实现质心的高精度测量。     

双远心视觉精密测量技术研究

传统人工测量存在主观性强、效率低、易损坏工件表面等缺点。提出了一种利用机器视觉检测的方法,采用双远心测量系统获取待测工件图像,对图像进行了预处理,并且拟合了亚像素边缘,得到了测量结果。实验结果表明,五组孔距中视觉测量的平均误差为0.004 mm,测量精度接近三坐标的测量结果;测量用时为0.78 s,远远快于三坐标测量机。双远心测量系统适用于小型工件的快速精密测量,在未来智能工厂具有广泛的应用价值。     

回转体零件的非接触自动测量

介绍了三坐标测量机与光学非接触测头组成的回转体零件表面自动测量系统,通过设计具有偏心调整机构的回转工作台和安装摄像机监测系统,实现了回转体零件的非接触自动测量.     

基于单目视觉的自由曲面三维坐标测量方法

本文将单摄像机与三坐标测量机结合设计了一种自由曲面的三维坐标测量方法.自由曲面的表面经坐标测量机带动摄像机序列采集图像后形成图像体积,然后使用调焦评价函数在图像体积内寻优判断,找到自由曲面的正焦图像表面.根据物像关系式和正焦图像表面即可推得自由曲面点的三维坐标.经实验比较,本系统测量结果与接触式坐标测量机测量曲面点Z坐标极限偏差13 μm.     

短基准孔的同轴度测量

三坐标测量机在测量零件时,首先在被测表面采点计算出该几何元素,通过数学找正或转换,可以得到被测几何元素的尺寸或相互位置关系,减少了零件的辅助基准和检测量具的设计、加工,而测量的     

基于数字相移条纹投影技术的结构光系统标定

在结构光三维测量中,摄像机和投影仪的标定是关键技术之一,直接影响着系统的测量精度.提出一种对几何结构没有严格要求的结构光系统标定方法,减小了对系统的结构约束要求,平台搭建方便,摄像机和投影机可以根据需要的条纹图像随意放置,操作简单,实现对被测物体的三维测量与重构.仿真和实验证实了该方法的有效性和正确性.     

基于二维图像的距离测量方法

针对传统的直接接触测量方式在操作和使用上无法满足自动化等问题,为了提高测量的精度和效率,提出基于图像的非接触式测量距离方法。首先在场景中添设一把带有刻度的刻度尺,并将刻度尺横在被测物体之间;然后利用摄像机对场景进行拍摄,获得场景的真实图像,对获得的图像进行相关处理并标出刻度;最后通过公式计算出被测物体的距离,并与游标卡尺所测的距离进行对比分析。该方案在测距的过程中省略了图像的相机标定、图像矫正等一系列复杂步骤,从而避免了处理图像时的误差,有效提高了数字化测量的精度和效率。研究结果表明,通过比较试验数据与游标卡尺测量的数据,基于非接触式测量距离方法切实有效、适应性好、测距精度高,与传统的检测方法相比,检测效果有提高。     

基于机器视觉的汽车阶梯轴轴段长度测量系统

为了实现汽车阶梯轴轴段长度的快速有效测量,本文设计了一种基于机器视觉的轴段长度非接触测量系统。该测量系统主要由CCD摄像机、背景光源、计算机和工装组成。在对摄像机进行标定后,利用图像灰度化、边缘轮廓检测、边缘轮廓拟合等图像处理技术对拍摄的图像进行处理,然后通过对图像分析得到每段轴角点处的像素坐标,最后计算被测轴段的长度。仿真和试验结果表明,设计的系统能够快速有效地完成汽车阶梯轴轴段长度的非接触测量,并具有良好的测量精度,这对实现汽车零件的自动化测量具有重要的意义。     

圆跳动误差测量及浅析

本文就跳动误差的三坐标测量方法进行研究分析,并对同一被测件用常规方法和三坐标测量方法进行测量实验,分析了测量结果的影响因素,为跳动误差的准确测量提供参考,并为现有三坐标测量机的测量软件升级提供依据。     

惯性传感器测试质量质心测量装置及方法研究

惯性传感器是空间引力波探测的核心载荷,惯性传感器内的测试质量是惯性和测量基准。测试质量质心、形心偏移会产生杂散力噪声,空间引力波探测对测试质量质心、形心偏移的技术指标要求小于3.75μm。由于需要获得测试质量精确的质心位置,并且商用质心测量装置无法满足测试质量质心测量精度需求,因此设计了一种基于五线摆的新型质心测量装置,根据测得的五线摆自由振动频率得到测试质量质心位置。实验结果表明,质心测量精度优于±1μm,满足空间引力波探测惯性传感器测试质量质心测量的精度需求。