钢管管端内外径测量系统的设计与实现

为了实现对钢管管端内外径、不圆度的自动化非接触快速测量,设计并实现了一种钢管管端内外径测量系统。该系统利用转台带动激光三角法位移传感器绕钢管中轴线转动的方法来测量管端截面整个圆周的外径和内径尺寸,然后利用圆心拟合算法修正转台中轴线与钢管中轴线不重合带来的误差。通过平移台自动调整测量截面与管端的距离,大型升降台调节管心对齐高度,双臂平移台调节可测量管径范围,自动实现对不同管径钢管的非接触测量。实验结果表明:系统测量精度小于0.05mm;重复性限小于等于5μm;每个管端截面测量500个点时,测量时间小于25s。设计的系统具有精度高、操作简便、测量速度快的优点,满足无缝钢管生产在线检测的要求,并已经在天津天管元通管材制品有限公司通过离线测试。     

热轧圆钢截面轮廓及直径结构光在线检测系统

基于激光视觉三维测量原理,采用四个结构光传感器设计了一套热轧圆钢截面轮廓及直径结构光在线检测系统.提出了一种现场快速统一标定方法,并设计了相应的新型立体标定靶标.提出了一种对截面轮廓三维数据进行筛选和融合的数据处理方法,得到圆钢截面较理想三维坐标,从不同方位采用平行线相夹法测量圆钢截面直径.进行了系统标定实验和测量实验,实验结果证明系统在一定测量范围内能实时获取圆钢截面轮廓,直径测量精度在0.2mm以上.     

双目立体视觉测量系统的标定

考虑传统的自标定方法虽然无需场景信息即可实现摄像机标定,但是标定精度较低,故本文提出了一种新的大视场双目视觉测量系统自标定方法。该方法无需高精度标定板或者标定物,仅需利用空间中常见的平行线和垂直线建立摄像机参数与特征线间的约束方程,即可实现摄像机的内参数与旋转矩阵标定;同时利用空间中距离已知的3个空间点即可线性标定两摄像机间的平移向量。通过标定实验对本文提出的方法进行了验证。结果表明:该方法标定精度能够达到0.51%,可以较高精度地标定双目测量系统。由于避免了大视场测量系统标定中大型标定物制造困难,以及摄像机自标定过程中算法冗杂,标定精度不高等问题,该方法操作简便,精度较好,适用于大视场双目测量系统的在线标定。     

时栅角位移传感器在线自标定系统

为解决时栅角位移传感器在实际应用中的在线标定问题,提出了一种定角平移自标定方法并设计了相应的自标定系统。该方法首先把圆周封闭的自然基准转换成定角基准,在时栅内部建立了自标定基准。然后,根据傅里叶级数的性质,将定角基准平移到傅里叶变换的幅值和相位中,建立了测量值之差与误差之差的函数关系。通过对测量值之差进行傅里叶分析,重构了时栅角位移传感器的误差函数。最后,讨论了影响自标定精度的误差来源,并设计了传感器的零点纠错算法。为了检验自标定效果,利用激光干涉仪实验装置与自标定系统进行了对比试验。结果表明:定角平移自标定精度为1.9″,与理论计算的自标定误差(1.5±0.5)″的结论相符。提出的自标定方法在解决时栅自身标定基准的同时,满足了精密测量领域对时栅精度和可靠性的要求。     

集成激光位移传感器与线性编码器的自由曲面测量方法及系统

利用激光位移传感器在小测量范围内精度高和线性编码器大量程高精度、动态测量的特点,研究开发了一种大量程自由曲面非接触测量系统。分析了激光位移传感器和线性编码器的测量原理和特点,并对其进行了相关实验标定。以LabVIEW为系统软件平台,采用改进多项式自动跟踪算法对一球体截面进行了测量。实验结果表明:该系统测量稳定可靠,可对测量倾角≤±45°的自由曲面进行高精度测量。     

大直径钢管直线度在线测量研究

本文研制了基于视觉检测技术的大直径钢管直线度在线测量系统.提出了采用结构光型传感器测量钢管截面圆心坐标,通过多传感器坐标统一,从而评定出钢管直线度误差的方法.该方案可以满足100%在线实时测量.     

基于双目立体视觉的摄像机外参数快速在线自标定算法

提出了一种基于双目立体视觉的摄像机外参数在线自标定算法。该算法采用理想的小孔成像模型,事先离线标定好摄像机的内参数,且各项内参数在自标定过程中均不发生变化,通过双目系统采集的二维目标图像,进行匹配和分析计算,来实时标定视觉系统的位置参数即摄像机的外参数。由于该算法可以实现摄像机快速在线标定,可以实时获得视觉系统位置参数,故可为无人机的自主着陆提供高度信息。     

基于机器视觉的冲压件感兴趣区域尺寸测量

针对生产线上对冲压件尺寸的高精度测量要求,利用机器视觉技术,设计了对冲压件中感兴趣区域(ROI)尺寸的在线测量系统,实现了自动化在线尺寸测量。设计ROI提取算法,主要提取两条直线分别与半圆弧相切的特殊几何特征。通过最小二乘法和最小平方中值法,对提取的几何特征进行精确拟合。利用量块对系统进行标定,通过标定测量出工件实际尺寸。实验结果表明,这里算法能精确地测量出冲压件的ROI尺寸,达到精度要求,能够满足实际生产的需要。     

油液监测黏度传感器标定方法优化研究

针对黏度传感器存在的测试准确性不足的问题,基于黏度测量原理提出数据处理算法模型对黏度传感器进行标定,设计并搭建实验测试平台,在较大温度范围内进行流体的黏度测量,并对提出的标定算法进行了验证。结果表明：采用改进的标定算法模型对黏度传感器进行标定,提升了传感器的测量精度和稳定性,能够将黏度测量平均绝对误差控制在5%以内。设计的黏度传感器对油液黏度变化具有较好的响应和较高的灵敏度,较好地满足了流体黏度的工程在线实时测量需求。     

内齿轮激光扫描测量系统参数优化估计

针对内齿轮激光扫描测量系统的标定问题,提出了一种基于标准圆环的参数估计算法。选取对表环规为标定件,根据标定圆环上各扫描点至其轴线距离的约束条件,建立了测量系统参数的非线性目标函数;用Levenberg-Marquart算法对此目标函数进行最优估计,最终实现了参数标定。实验结果表明,本算法标定精度高、一致性好。     

应用微分算法处理特种管道测厚激光超声信号

为了实现特种管道在高温、高压、辐射等特殊环境下管壁厚度的非均匀性检测,提出一种基于微分算法的管道壁厚激光超声测量及特征信号处理方法。采用脉冲激光激励和激光干涉探测的激光超声方法,实验测得管道试件的宽频带激光超声信号。采用数字平均算法对宽带激光超声信号进行去噪处理,提高原始激光超声信号的信噪比。采用微分算法对激光超声信号进行特征提取处理,得到表征管壁厚度的激光超声特征信号。根据管道材料声速和激光超声传播时间反演计算得到管道试件的壁厚值,管壁厚度测量值与实际值的误差小于5%。研究表明,基于微分算法的管道壁厚激光超声测量及特征信号处理方法具有良好的信噪比、准确的信号特征量和较高的测量精度,可用于管道壁厚的在线实时检测以及因腐蚀、应力引起的管道壁厚不均匀性检测。     

激光三角法在锥管螺纹轮廓测量中的应用

设计了基于激光三角测量原理的锥管螺纹轮廓测量系统,以非接触扫描的测量方法实现螺纹轮廓的自动测量。系统以ADu C845单片机为核心,采用激光三角位移传感器、精密丝杠和编码器分别获取螺纹垂直(Y轴)和水平(X轴)方向的原始数据,进而得到螺纹轮廓的坐标值。对数据进行相应的滤波和处理后综合得到螺纹轮廓,通过参数的算法模型得出螺纹的牙高、螺距和锥角等参数。     

图像编码亚像元位移量的分析

根据JussiLam m i亚像元相对位移量测量方法,提出一种符合实际应用的改进方法, 采用新的方法用C语言在计算机上进行了编程,实现了判断编码算法的亚像元位移量在计算机上计算分析,应用于JPEG编码,并与JussiLam m i的方法进行了比较,得到了一致的结果。     

管道内表面自动检测仪

介绍一种测量各种管道内表面尺寸和形状的仪器，着重阐述该仪器的组成和工作原理：该仪器采用DSP(Digital signal Processor，数字信号处理器)系统处理图像信号，采用以太网与上位机通信使得测量快速准确，被测管道的长度可达500m。     

基于开环控制的螺旋面的测量技术

基于螺旋面的特征线方程,阐述了螺旋线与齿廓线的扫描式测量原理,给出了相应的误差计算公式,并介绍了实现该测量原理的四种控制策略,测量实践表明,螺旋面的数控化测量具有精度高,速度快等特点,特别适合曲纹螺纹的测量。     

激光自动聚焦三维形状测量系统的研究

基于激光自动聚焦测量方法提出一种实现快速、精密三维形状测量的扫描速度控制算法。介绍了系统的构成及激光测量头的原理。自动地对曲面轮廓进行连续扫描测量不仅提高了测量效率，还解决了对软质材料测量的难题     

阻抗断层成象系统的研究

描述了一阻抗断层成象系统。该系统用安装在有机玻璃筒壁上的３２只电极来注入电流和测量在边界是的电压分布。提出的一种快速成象算法利用所测到的一组电压值来重建筒内物体的断层阻抗分布图象。与其它成象方法相比，阻抗断层成象有着高速、简单、可靠的优点，适合于一些工业过程的动态监控与测量。     

Design and use of an online drilling fluid pipe viscometer

The accurate and frequent measurement of the drilling fluid's rheological properties is essential for drilling engineering. To measure drilling fluid's rheological properties automatically and frequently, we design an online pipe viscometer. First, we introduce the measurement principle, calculation flow chart, and design scheme. The pulsation damper and back pressure valve are used to stabilize flowrate and pressure which can improve the accuracy of the pipe viscometer. Then the errors under various static hole sizes are measured, and the static hole with the smallest error is selected as the measurement pipe of the pipe viscometer. Finally, various drilling fluids are tested. Compared with the standard six-speed viscometer, the shear stress error of the six standard shear rates (1022, 511, 340, 170, 10, 5s⁻¹) is within 1Pa. The designed pipe viscometer can frequently measure drilling fluid's rheological properties and meets the needs of on-site online testing.     

Detection of gas pipe wall thickness based on electromagnetic flux leakage

Based on electromagnetic flux leakage (EMFL), a nondestructive testing (NDT) technique for the detection of gas pipe wall thickness is presented, and its principle and feasibility is evaluated by means of equivalent magnetic circuit analysis and finite element analysis. An online NDT device adopting this technique is developed, and its structure and working principle are introduced in detail. This device is composed of a detector array with 32 pipe wall thickness sensors that employ a Hall element as the element for sensing the magnetic flux density, and it can be adapted to pipe diameters from Ø400mm to Ø650 mm. On the basis of the experimental investigation for this device, the influences of some factors on thickness measurement, namely the excitation current, excitation coil turns, gap distance, concentrator of the magnetic field, magnetization time, and number of sensors in the detector array, are revealed and the optimal excitation voltage for the sensors of the detector array is selected. The measuring calibration is given to establish the relationship between the pipe wall thickness and the output voltage of the sensors. The results show that the proposed EMFL for measuring the wall thickness of ferromagnetic pipe is feasible, the technical parameters of the sensor are important for improvement of measurement precision and resolution, and the developed device has precision, resolution, and a linear output curve. Carried by the developed gas pipeline inspection robot through a universal joint, this NDT device can move inside the gas pipeline and monitor the state of the pipe wall.     

四坐标联动斜齿轮偏差测头运动规划

四坐标联动斜齿轮测量仪可以测量渐开线圆柱齿轮的各项偏差。根据国家标准GB/T10095.1-2001《渐开线圆柱齿轮精度》和GB/T 13924-2008《渐开线圆柱齿轮精度检验细则》中渐开线圆柱齿轮各项偏差的定义和测量规范,以四坐标联动斜齿轮测量仪为研究对象,基于齿轮偏差坐标法的测量原理,给出渐开线圆柱齿轮的齿廓偏差、齿距偏差和螺旋线偏差测量时测头的运动路径和关键点的位置坐标,并通过一实例加以说明,该运动路径规划可用于齿轮偏差测量仪器的运动控制。