基于工业CT测量数据的空心涡轮叶片三维壁厚分析

航空发动机空心涡轮叶片的壁厚是保证叶片强度的一个非常重要的参数,需要生产阶段进行全面的检测.以涡轮叶片的锥束CT(computed tomography)图象序列和叶片CAD(computer aided design)模型为基础,给出一种基于模板的空心涡轮叶片三维法向壁厚自动分析方法.使用亚像素级边缘检测算法, 从叶片锥束CT图象序列提取叶片的高精度内、外表面点云数据,并进行空间栅格划分,以提高后续计算的效率.采用CAD驱动的模型配准方法实现叶片测量数据与CAD模型的可靠定位.依据叶片壁厚特征在叶片CAD模型上定义壁厚分析模板,通过壁厚分析模板与叶片点云数据的求交运算,得到对应区域的三维壁厚与壁厚偏差分布.使用一组仿真生成的叶片CT图象序列对三维壁厚计算精度进行验证.     

基于序列局部图像的高精度测量

研究了基于序列局部图像的视觉测量方法.分析了机械零件图像边缘的过渡分布特征,提出用边缘像素补偿法来消除实际边缘不能精确定位对测量精度的影响.以直线边缘距离测量为原型,提出了基于序列局部图像尺寸特征的测量方法:对零件进行微小区域成像,生成在空间上连续的序列局部图像;应用相关系数法和双线性插值法获得相邻序列图像的亚像素级尺寸特征线,从而得到各局部图像的尺寸特征;对这些尺寸进行求和与补偿,得到零件的总体尺寸.实验结果表明,对常规尺寸零件的单幅图像运用边缘像素补偿法,相对测量误差在0.008%以内;对大尺寸零件应用序列图像测量法,相对测量误差在0.01%以内,并具有误差积累小的优点.本文算法可基本满足板类零件的精密自动化测量要求.     

基于Wedgelet的CT体数据线特征提取

线特征是描述CT体数据的重要特征之一,是基于工业CT逆向设计的重要基础。该文通过分析单尺度下Wedgelet的组成及相互间的联系,得到一种快速Wedgelet分解方法。以此为基础,考虑到CT体数据中的大部分线特征并不是以独立的形式存在,而是以不同灰度区域相连形式存在的客观事实,提出一种基于Wedgelet的CT体数据线特征提取方法。首先将体数据按3个相互垂直的方向进行切片划分;然后对每组切片序列图像进行基于多尺度Wedgelet分解的线特征提取;最后对3个方向的线特征进行融合,从而得到CT体数据的线特征。实际数据的数字实验结果表明,该方法能有效地提取出CT体数据中的线特征。     

基于序列局部图像的尺寸高精度测量方法

为实现大尺寸机械零件的高精度视觉测量,研究基于序列局部图像的视觉测量方法。首先分析机械零件图像边缘的过渡分布特征,提出边缘像素补偿法,消除实际边缘不能精确定位对测量精度的影响。然后以直线边缘距离测量为原型,提出基于序列局部图像尺寸特征的测量方法：对零件进行微小区域成像,生成在空间上连续的序列局部图像;应用相关系数法和双线性插值法获得相邻序列图像的亚像素级尺寸特征线,从而得到各局部图像的尺寸特征;对这些尺寸进行求和与补偿,得到零件的总体尺寸。实验表明,对常规尺寸零件的单幅图像运用边缘像素补偿法,相对测量误差在0.008%以内;对大尺寸零件应用序列图像测量法,相对测量误差在0.01%以内,具有误差积累小的优点,可用于机械零件的精密自动化测量。     

涡轮叶片锥束体积CT检测系统软件原型

给出了检测系统软件原型的总体结构和数据流设计.研究了图像序列快速重建、高精度图像边缘检测、叶片点云模型与CAD设计模型配准、叶片壁厚检测与铸造缺陷分析等关键模块的实现方法.软件原型由C 6.0编程实现.仿真测试表明该软件可基于空心涡轮叶片的锥束体积CT扫描数据对叶片的外型轮廓偏差、壁厚和铸造缺陷进行检测分析.     

零件工业CT层面数据研究

目前商用CAD/CAM软件无法直接处理经工业CT所获零件数据,给复杂内腔零件的逆向工程造成困难.介绍所研制的系统对零件经工业CT机所获图像,经过数据处理,提取特征后供商用CAD/CAM软件进行三维模型重构.     

基于神经网络边缘提取的工业CT图像与CAD模型的比对检测

研究了一种对工业计算机断层(CT)图像与计算机辅助设计(CAD)模型进行比对检测,分析工件制造误差的方法.首先,用模板自适应细胞神经网络提取工业CT图像边缘,并进行三方向CT切片边缘数据融合处理以获得完整的三维边缘面.然后,先结合主成分分析和最小包围盒的思想对CT边缘面数据与工件的CAD模型实现粗配准,再用奇异值分解-...     

基于深度学习的单视图重建参数化CAD模型方法

基于图像的三维重建是逆向工程的一个重要研究领域。现有的基于图像的三维重建方法的重建结果基本为点云、体素和网格。该文基于深度学习提出一种单视图重建三维参数化模型的方法。该方法分为2个阶段：第1阶段将RGB图像输入BSP-Net神经网络模型将图像中的物体重建成点云;第2阶段使用Point Net++和DeepCAD神经网络模型实现点云到参数化模型的重建,其中PointNet++提取点云形状特征并编码成形状特征向量,随后将该向量通过DeepCAD解码成CAD命令序列。最后使用PythonOCC库将CAD命令序列转换成参数化模型。实验结果表明,该方法能够实现图像到参数化模型的快速重建,并且鲁棒性较好。对点云重建参数化模型的神经网络模型性能研究,确定该模型的最佳参数组合。此外,在公开的CAD数据集上实验结果表明,第2阶段的神经网络模型能够准确的重建三维参数化模型。     

基于点云数据的反求特征约束识别方法

反求CAD模型应该包含原始的设计意图.忽略特征之间几何约束的重建CAD模型很难满足产品装配对齐及产品对称等要求.点云数据隐含了原始CAD模型设计信息.识别隐藏在数据点云中的正向设计CAD建模特征和定位基准特征,从而为基于约束的公差求解提供基础,是准确进行反求CAD建模的关键.结合正向设计手段,研究利用点云数据识别原始设计特征约束信息,从而准确反求原始模型.     

舰船图像序列电子稳定算法的研究

分析了船载摄像系统获取的图像序列的特点,提出了稳定舰船图像序列的特征点电子稳像算法.详细地阐述了实现此算法的关键步骤:获取图像特征点,确定图像运动矢量和校正图像序列等.通过分析实际工作中舰船摄像系统的运动状态,进一步简化算法,提高了算法的精度.将此算法应用于舰船图像序列稳定实验,分别采用图像差值和图像序列的逼真度对稳定的结果进行了评定.试验和评定的结果表明,这种特征点稳像算法能够实现实时准确地稳定舰船图像序列.     

CCD图像存贮与显示系统

本文介绍了在合成孔径雷达光学处理器上所加的一套CCD图像存贮与显示系统.该系统采用线阵CCD器件,对运动的图像采样,其输出信号经A/D变换后,在行同步逆程期间将数字信号逐行写入存贮器中去;在行同步正程期间再将数据读出,经假彩色编码及D/A变换后即可在彩色监示器上显示出滚动的假彩色图像.该系统除了能够即时观察图像之外,还为进一步数字图像处理提供了方便.     

工程图像的矢量化技术

工程图样的自动矢量化是CAD领域尚未解决的关键技术之一.本文通过对平面二维的工程图样进行了分析,介绍了图像二值化、修饰处理、边缘检测、骨架化、矢量化,编制了自动矢量化算法,并描述了主要函数的功能,该算法将彩色或灰度图样自动转化为直线与圆弧,再由CAD/CAM软件生成NC代码.     

基于神经网络边缘提取的工业断层成像图像拟合

通过工业计算机断层成像图像边缘拟合,可获得矢量化的曲线,进而获得工件的计算机辅助设计图纸,实现基于工业断层成像的机械零部件逆向设计。在用两组细胞神经网络对图像进行分割的基础上,进行边缘跟踪和曲线的多维拟合。通过横截圆和轴线的拟合,实现对圆柱形目标的拟合。轴线拟合时,将各层圆心坐标分别投影到xz平面和yz平面进行最小二乘拟合,以降低计算复杂度。对发动机切片图像进行实验,根据拟合得到的参数得出了圆柱形目标的计算机辅助设计图,其拟合均方误差小于0.3像素2。对不规则目标,讨论了基于最小二乘法的分段三次曲线拟合方法在边缘曲线拟合中的应用;对发动机切片图像目标区域进行实验的拟合均方误差均小于0.6像素2。实验结果和误差分析证明,文中的拟合方法是有效的,实现了基于工业断层成像的逆向设计所必需的位图矢量化。     

基于工业计算机断层成像技术的三维CAD模型重构方法

为解决复杂形状产品的三维计算机辅助设计模型的重构难题,提出了一种基于工业计算机断层成像技术的三维计算机辅助设计模型的重构方法.首先用工业计算机断层成像技术对产品进行扫描,得到产品切片图像,然后通过切片图像获取体数据;在采用高斯滤波对体数据进行预处理后,使用移动立方体算法重建三维表面,并用顶点删除法和二次误差测度算法简化三维表面;在采用Laplacian算法平滑三维表面后,将三维表面模型保存为STL格式的文件;最后,将STL格式的文件导入到UG中,重构出产品的三维计算机辅助设计模型.实际应用验证了该方法的有效性和正确性.     

Direct 3D mask modeling for nonplanar workpieces in microabrasive jet machining

Recently, a new microengraving technology, microabrasive jet machining, has been studied as a machining technology for highly brittle materials. The technology implements the machining by using an abrasive jet and it uses mask structures to achieve microscale geometrical accuracy. The mask structure selectively blocks the abrasive jet at the portions of the surface that are not to be machined. Modeling and fabrication of the mask structure are thus key processes in microabrasive jet machining. Microstereolithography is believed to be a better means of mask fabrication for general planar and nonplanar workpieces. However, it is not easy to model a precise 3D mask structure from a given pattern image. Because of inconsistencies between the computer-aided design (CAD) model and the actual workpiece, mask structures modeled from workpiece CAD models often fall off. We therefore propose an automated modeling algorithm for the corresponding 3D nonplanar mask structure by using measured geometry directly. The algorithm takes the workpiece geometry as section images acquired from computer tomography and generates the CAD mask model directly from the section and mask images. Application software was developed to verify the algorithm and was tested by verification and actual cases.     

Two-dimensional simulation and modeling in scanning electron microscope imaging and metrology research

Traditional Monte Carlo modeling of the electron beam-specimen interactions in a scanning electron microscope (SEM) produces information about electron beam penetration and output signal generation at either a single beam-landing location, or multiple landing positions. If the multiple landings lie on a line, the results can be graphed in a line scan-like format. Monte Carlo results formatted as line scans have proven useful in providing one-dimensional information about the sample (e.g., linewidth). When used this way, this process is called forward line scan modeling. In the present work, the concept of image simulation (or the first step in the inverse modeling of images) is introduced where the forward-modeled line scan data are carried one step further to construct theoretical two-dimensional (2-D) micrographs (i.e., theoretical SEM images) for comparison with similar experimentally obtained micrographs. This provides an ability to mimic and closely match theory and experiment using SEM images. Calculated and/or measured libraries of simulated images can be developed with this technique. The library concept will prove to be very useful in the determination of dimensional and other properties of simple structures, such as integrated circuit parts, where the shape of the features is preferably measured from a single top-down image or a line scan. This paper presents one approach to the generation of 2-D simulated images and presents some suggestions as to their application to critical dimension metrology.     

分布式机械CAD系统中确定性信息处理方法

为解决基于网络的机械CAD系统中输入输出数据、表格、图形与图像、公式、线图等确定性信息的处理问题,通过数据分析,应用了网络数据库存储管理计算数据、数表、图形和图像信息;应用了正则表达式方法编制网络工程计算器;此外,应用了插值、多项式拟合、数学形态学和人工神经网络等方法对设计线图进行优化处理,以提高CAD系统取值的精确性。     

智能三坐标测量机中零件位置自动识别系统

提出了一种基于机器视觉和CAD三维模型的零件自动定位方案，利用虚拟图像匹配的方法确定零件在工作台上的位置和方向。在CAD三维模型中，针对零件的可能放置方式通过透视成像的方法形成多幅虚拟图像。CCD产生的实际图像与各幅虚拟图像进行匹配。确定零件坐标系与机器坐标系的关系，达到定位目的。最后在三坐标测量机平台上实现了该方法，并给出了定位定向实验误差分析。     

K-shell emission x-ray imaging of Z-pinch plasmas with a pinhole and a logarithmic spiral crystal

An in-chamber, mini x-ray imaging instrument employs a pinhole and a logarithmic spiral crystal has been developed for obtaining K-shell line images of the imploding aluminum wire array on the "Yang" accelerator. The logarithmic spiral crystal acts as a monochromator and a non-dispersive mirror that reflects the pinhole image to a x-ray film detector with a very narrow photon energy bandwidth (<1 eV, mainly determined by the width of rocking curve of the crystal). Two imaging configurations with the use of Quartz (10 ?10) crystal and Mica (002) crystal are designed, respectively, to image the Al Ly(α2) line (1727.7 eV) emission and Al He(α) intercombination line (1588.3 eV) emission. The primary experimental data corresponding to these two configurations are presented and discussed.     

Recommended slicing positions for adaptive direct slicing by image processing technique

Build time and accuracy are two contradicting issues that have been a major concern in rapid prototyping, and have led to the development of many slicing approaches including those applying adaptive slicing, direct slicing, and adaptive direct slicing concepts. Presented in this paper is an approach for adaptive direct slicing that applies image processing technique to determine appropriate thickness for each sliced layer and to recommend slicing positions on a 3D CAD model. Two orthogonal views of a model are captured and converted to be edge images before being analyzed, and based on the surface complexity on the two edge images, slicing positions are recommended. These positions are passed to the CAD software for slicing activities. This adaptive direct slicing approach has been implemented on LabVIEW platform and compared with uniform direct slicing approach and uniform cusp height approach. The results show that this slicing approach improved slicing performance by reducing the number of layer which has a direct impact on build time while maintaining surface quality at the same level as the thin uniform direct slicing. Since its inputs are the images of a CAD model instead of the model itself, this adaptive direct slicing supports any CAD software.