一种线结构光视觉测量现场标定方法

针对线结构光视觉测量的现场标定问题,提出一种基于直角方框共线圆点靶标的测量系统参数现场标定方法,建立标定模型,给出了所使用的直角方框共线圆点靶标的设计方案和标定步骤。标定时,只需将线结构光传感器的光平面与靶标圆点中心平面调整至同一平面,采集靶标上的特征圆点图像并提取特征圆点圆心的图像坐标,进而将其代入线结构光视觉测量标定模型,即可一次性标定出测量系统的参数。实验结果表明:标定精度可达0. 001 mm,该方法较现有线结构光标定方法操作简单,可满足实际测量需求,提高了线结构光视觉现场测量效率。     

非特制靶标的结构光视觉自动标定系统北大核心

为解决现有结构光视觉装置的标定方法需要高精度特制靶标且标定过程复杂的问题,实现标定过程的流程化,提出了一种基于非特制靶标的结构光视觉自动标定方法,并构建了相应的自动标定系统。该系统控制机器人带动结构光视觉装置做两组运动对非特制靶标拍照,第一组运动通过8次平移和3次末端姿态改变运动,利用靶标平面的特征点信息并结合机器人的姿态信息获取相机参数和手眼参数,第二组运动通过5次平移,利用相机外参数和机器人的位移信息求解出光平面方程。采用具有清晰图像信息的卡片式物体作为靶标,利用所提出的方法完成线结构光平面标定,精度验证实验结果表明,系统对靶标的选择有较强的适应性,在测量30 mm、50 mm和60 mm标准块时,平均绝对误差均值为0.049 6 mm,相对误差均值为0.11%,标定精度能够满足毫米级的测量要求,能适应如焊缝跟踪、物体测量等工业现场对结构光视觉装置的要求。     

最优输入整形抑制柔性机械臂的残留振动

研究机器人柔性机械臂末端残留振动的抑制,给出两自由度柔性臂的动力学方程设计了最优输入整形器,并将其应用到柔性臂的运动,抑制柔性臂末端残留振动,通过实验对比与分析,结果表明最优输入整形能够有效地抑制机械臂末端的残留振动,且引入系统的时滞时间更短.     

一类窄焊缝的结构光图像特征提取方法

提出一种新颖的窄焊缝的特征提取与图像处理方法,有效地克服了环境的各种干扰,可靠地提取出了焊缝的特征点.首先设计了一套基于线结构光的显微视觉系统,可靠地检测出了结构光焊缝图像;接着提出一种基于阈值变换的行像素点统计算法和自适应形态学收缩算法可靠地分割出结构光条纹图像;然后采用过度参数直线拟合和B样条曲线拟合算法准确地得到了结构光条纹的中心线.最后,提出一种基于距离搜索的算法,得到了焊缝的特征点.结果表明,窄焊缝结构光图像特征提取方法可行.     

基于信度评价的焊缝结构光自适应多次曝光法

利用线结构光主动视觉法获取焊缝尺寸时,被测工件表面的复杂特性会造成局部图像质量下降,严重干扰焊缝尺寸计算.针对此问题提出了一种基于信度评价的自适应多次曝光法.将光条的信度评价作为结构光图像的质量评价参数,根据光条的信度分布自动获得下一次拍摄的曝光参数并判断拍摄结束节点.结果表明,基于信度评价的焊缝结构光自适应多次曝光法应用于角焊缝尺寸检测,具有良好的测量稳定性与测量精确度,并且可以有效避免光条图像质量退化造成的测量误差和测量数据缺失.     

复杂纹理工件的位姿检测方法研究

针对工业检测中一类具有平面特征的复杂纹理金属工件的位姿检测问题,使用双目视觉和DLP投影仪,将工件的局部特征作为检测重点,提出一种投影差分多线结构光的方法,使差分结构光的中心线相互补偿,减少提取光条中心线出现异常点的概率。运用极线约束特征点行对齐的特性,设计无编码双目结构光系统特征点匹配方法,提高提取平面特征点的稳定性。利用Tukey权重函数改进拟合算法,进一步提升工件被测平面拟合精度和提取工件边缘和角点的准确度,解决了传统拟合模型算法权重分配不合理的问题。经三轴精密滑台实验,并与高精度三坐标仪对比检测结果,验证该方法可以满足高精度三维测量的需求。     

基于结构光立体视觉的焊缝测量

提出了一种基于结构光立体视觉的焊缝测量方法,并给出了一种简单的摄像机与激光器标定方法。它采用安装在机器人末端的两台摄像机和一只激光器构成测量系统,激光器发出的光束经平凸柱面镜变成光平面,在焊件上形成条纹。两台摄像机同步采集该条纹图像,结合机器人末端位姿与摄像机参数,对于条纹上的每个特征点可以获得三组空间坐标。对这三组坐标进行信息融合,可以更加精确的获得特征点的空间坐标。进行的V形焊缝测量与跟踪试验表明,该方法具有实时性好、测量精度较高、标定简单、可靠性高等特点。     

预压叠层柔性机械臂振动抑制试验研究

为抑制柔性机械臂的低频振动，研究预压叠层柔性机械臂的抑振效果和动态特性，文章介绍了预压叠层组合机械臂不同的叠层夹紧力和叠层厚度的抑振对比试验，对振动的响应采用了动力学数值仿真并用实验对仿真结果进行了验证。试验及分析结果表明：有限元分析方法能比较、准确地反映组合柔性臂的动力学性质；叠层机械臂的层间滞迟阻尼能有效的抑制机械臂的低频振动；增大层间夹紧力可提高柔性机械臂对振动能量的耗散，但过大的夹紧力对小振幅振动的抑制作用减弱；减少组合层之间的刚度差可以提高柔性臂的抑振能力。     

基于线结构光视觉的轴径主动测量方法

针对轴径测量问题,提出一种通过建立与轴线垂直的虚拟平面,并利用基于最小二乘圆拟合算法快速获得被测轴直径的方法。对线结构光视觉系统进行标定,得到摄像机的内参、畸变系数、结构光平面参数;获得被测回转体轴线的方向向量和轴线与结构光平面交点坐标,利用已得到的方向向量和轴线与结构光平面的交点建立一个与轴线垂直的虚拟平面;再将结构光平面与零件表面上的交点投影到虚拟平面上,并通过所有投影点到轴线与光平面交点的距离排除数据中的噪点;最后利用有效投影点和轴线与光平面交点的距离,得到被测回转体的外表面圆柱度。通过轴径测量试验对该算法进行了验证,在复杂的测量环境下,当被测轴直径为30～50 mm时,平均测量误差为30μm,最大测量误差为50μm。因此,该算法可以应用于实际回转体零件的直径测量中。     

基于视觉的长柔梁振动抑制算法设计与验证

针对视觉抑振控制中，存在相机标定操作复杂，需添加标志物等问题，提出了一种简便新型的视觉振动测量和控制方法。该方法基于OpenCV,通过C++的多线程机制实现了图像处理与控制算法的并行运行。图像的处理过程包括截取、灰度化、二值化、区域信息提取(ROI)、坐标中值滤波等关键步骤，通过仿激光位移传感器的方式获取振动信号，并保证采样的稳定性，为抑振算法的实施提供了条件。相较于以往的研究，本方法简单可靠，不需要进行相机标定等复杂操作，可以同时测量多个点的振动数据，并且用于振动控制中亦可保证数据采样的稳定，为振动抑制算法提供可靠的数据。通过对比实验验证了信号采集的合理性，采用自抗扰算法实现了柔性梁的振动抑制。实验结果表明，在梁的顶端受到100 mm位移的扰动后，主模态的抑振程度最大可以达到4 dB。     

基于结构光三维视觉的再制造工件的测量及重建

提出了一种基于结构光三维视觉的再制造工件测量及重建方法。采用安装在机器人末端的结构光三维视觉传感器进行测量,给出了传感器的标定方法。控制机器人运动,使激光扫描整个工件表面,结合机器人末端位姿和传感器参数,可计算出扫描线上每个点的机器人基坐标系坐标,即获得了整个工件表面的三维坐标。对所获取的工件表面的轮廓测量数据,用B样条曲面拟合,给出了截面数据的B样条拟合算法。生成的再制造工件曲面,可以直接输入至离线编程系统,对再制造进行离线规划,并给出了轴类工件的算例。     

单杆柔性机械臂的轨迹跟踪与末端弹性振动复合控制

针对单杆柔性机械臂末端轨迹跟踪和弹性振动抑制的问题,提出了一种基于奇异摄动法的复合控制方法。采用假设模态法和Lagrange方程推导出柔性臂的动力学模型。基于奇异摄动法将柔性臂的刚柔耦合动力学方程分解成慢变(刚性)和快变(弹性)两个子系统。慢变子系统控制器选择滑模控制和PID控制相结合的方法以抑制控制输入引起的抖振,快变子系统则选择LQR最优控制方法以实现简单的线性状态反馈控制律。数值仿真表明:该方法不仅能实现柔性臂的轨迹跟踪,而且有效地抑制了柔性臂运动过程中的弹性振动。并且,采用滑模控制和PID控制相结合的方法设计的慢变子系统控制,能减少普通滑模控制中的输入抖振,具有更好的控制效果。     

基于空间直线约束的焊接机器人手眼标定

视觉传感器与焊接机器人的标定是焊接智能化应用中的重要问题,针对末端夹持线结构光传感器的焊接机器人,提出了一种基于空间直线约束的手眼标定方法.首先任意变换机器人位姿使线结构光传感器投射出的光平面与标定模板相交,然后通过特征点提取算法提取出线结构光与直线的交点,并基于直线约束建立了非线性优化模型,最后结合罚函数法与改进的Powell算法同时求解传感器位置与方向参数.基于上述方法进行了一系列试验,结果表明,该方法通用性强,适合现场标定,有效的提高了标定精度,标定精度在0.2 mm以内.     

考虑柔性关节的刚柔耦合机械臂的优化设计

为了提高刚柔耦合机械臂的运动精度,抑制由柔性关节引起的振动。根据"线性扭簧模型"和有限元法,推导出机械臂柔性关节和杆件的动力学模型,找寻刚柔耦合机械臂关节阻尼参数与末端振动位移的关系。确定关节阻尼取值范围并将其作为设计变量,设计目标为机械臂的末端振幅,进行优化。使用ADAMS对已建立关节阻尼优化设计模型的刚柔耦合机械臂进行优化设计,得到最小振幅时最优阻尼。对比并分析机械臂高速和低速两种工况下的结果,并对机械臂进行附加强迫振动分析。验证了柔性关节对高速和低速机械臂末端运动精度均有不可忽略的影响,为带有柔性关节机械臂抑制振动,提高精度提供理论依据。     

基于消隐点的线结构光传感器光平面标定方法北大核心

光平面高精度标定是实现线结构光传感器精密测量的关键,提出一种基于消隐点的光平面标定方法。首先控制平面靶标或者传感器作一组平移运动,得到光平面中一组平行的激光条纹图像;然后通过提取光条与标定板网格线交点,构造出光平面中第二组平行直线,计算两组平行直线的消隐点并利用向量叉积标定光平面的法向;最后计算光平面上两特征点之间的实际距离,并根据这一约束条件,标定得到光平面方程的其余参数。通过与多种标定方法进行对比实验,结果表明本方法具有更高的标定精度,结合工业机器人对厚度为7 mm的标准量块进行测量,平均测量误差为0.013 mm。与基于两组平移运动的标定方法相比,本方法进一步减少了人工参与,提高了标定效率。     

线结构光三维扫描测量中的多视数据对齐

对于大尺寸复杂形状全貌测量,基于光学测量技术测量范围的限制,需要将多视角测量数据统一到一个全局坐标系下,以形成被测形状的完整表达。该文研究了线结构光测量环境下的多视数据对齐技术,提出以投射激光光条为依据的标志点识别与计算方法,应用距离约束法建立各视角下标志点集的对应关系。利用各视角下的标志点集建立局部测量坐标系,并利用局部测量坐标系实现多视测量数据的预对齐;而且以测量数据的预对齐作为初始对齐结果,使用优化算法进行多视数据精确对齐以提高对齐精度。实验结果表明,多视数据对齐方法快速、稳定,可有效扩展线结构光测量技术的测量范围。     

组合柔性机械臂抑振性能研究

将柔性机械臂做成组合结构,利用接触面间的摩擦效应消耗能量以达到抑制柔性机械臂振动的目的。以直波纹板作为组合柔性机械臂的叠层,采用有限元软件ANSYS对组合柔性机械臂进行静态和动态仿真。用能量耗散率作为组合柔性机械臂迟滞性能评定指标。研究结果表明:与直板作为叠层的组合柔性机械臂相比,用波纹板作为叠层的组合机械臂可以用较少的材料获得较好的抑振性能;选择合适的预紧力和结构尺寸参数可得到最佳的抑振性能。     

基于线结构光的工件台阶特征尺寸测量方法研究

提出了一种应用线结构光光源和CCD摄像机对工件台阶特征尺寸进行视觉测量的方法.该方法针对线结构光光平面受工件表面台阶形状调制时发生的形变,利用较高精度的视觉测量系统和算法检测出形变位置从而实现工件台阶特征尺寸的测量.详细阐述了测量系统的原理和系统构建过程,介绍了测量中采用的形变位置亚像素检测算法,并利用实验说明了系统具有较高的测量重复性及准确性.通过台阶测距误差评定实验表明,该方法的测量误差小于0.05 mm.     

含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性

谐波传动关节是机械臂的典型关节。为了研究含谐波传动关节的机械臂在不同转速情况下的时频特性,针对空间机械臂,研制机械臂实验装置和测试系统,测试不同转速下机械臂关节处和末端标志点的振动响应。采用小波变换信号分析方法并借助于机械臂的驱动模型,分析谐波传动关节处的摩擦和运动滞后等非线性因素对不同转速下机械臂振动特性的影响。基于非线性响应面法和非线性规划方法分析了机械臂的最佳运行工况。研究结果表明:小波变换能够较好地表征机械臂在不同转速下关节和末端振动响应的时频特征;随着转速的增大,机械臂关节处和末端标志点的振动能量向低频段集中,振动能量峰值及其对应的频率呈现出局部波动;机械臂末端的振动特性明显弱于关节,关节处的振动频率更为丰富,但关节的振动能量峰值衰减比末端要快;且机械臂处于低速运行工况时可以保持较好的动力学性能。研究结果揭示了含谐波传动关节的机械臂在不同转速下的时频特性,对含谐波关节的机械臂设计及其振动抑制技术水平的提高具有重要意义。     

大锻件尺寸在线测量技术的研究

大锻件尺寸测量是大型锻件生产中的重要环节。大锻件在锻造过程中的精确测量对提高锻件的质量和加工效率以及材料的利用率具有十分重要的意义。传统的接触式测量技术已经满足不了现代工业化的需求,而非接触式测量技术以其快速、准确的特点得到了迅速的发展。介绍了机械式测量方法、基于激光的测量方法、基于CCD的视觉测量方法以及基于结构光的视觉测量方法,分析了各种方法的适用性和优缺点,并提出了一种基于线结构光的CCD相机扫描法。最后对高温大锻件尺寸在线测量的现状进行了总结。