激光视觉传感系统的电弧增材制造侧表面成形分析

针对多层单道电弧增材制造侧表面成形检测问题,通过激光视觉传感三维重构系统获取不同焊接条件下焊缝侧表面轮廓深度点云信息,利用RANSAC(Random Sample Consensus)和KNN(K-Nearest Neighbors)点云处理算法提取堆积层侧表面的三维点云。分析多层单道焊缝堆积的层间分布情况,量化堆积层侧表面粗糙度,进而探索堆积过程中焊丝末端与板材间距对堆积层三维成形的影响。研究结果表明,激光视觉传感系统能够准确判断电弧增材侧表面成形情况,三维点云算法可用于电弧增材侧表面的三维重构和特征提取,能够直观地描述和量化堆积层的三维成形特征,为电弧增材制造表面成形检测和量化分析提供了一种新方法。     

航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测

传统的航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测方法检测准确度低,图像特征查全率低。基于上述问题,提出一种基于图像识别技术的航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测方法。采用红外成像技术进行航空激光增材制造零部件成像处理,提取航空激光增材制造零部件红外图像的缺陷区域特征点,对红外图像进行中值滤波降噪处理,利用扫描图像的纹理异常分布特性进行潜在缺陷的自适应定位检测,结合模板匹配和角点检测方法,实现对航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测。仿真结果表明,采用该方法方法的图像特征提取查全率比传统方法提高了15%-20%,能够清晰检测到增材零件的潜在缺陷。说明进行航空激光增材制造零部件潜在缺陷检测的准确性较好,对缺陷部位定位的误差较小。     

红外图像中人体目标检测技术研究

针对红外序列图像中人体目标检测问题,采用了基于特征点的特征区域提取方法,先用FAST算法快速提取特征点,然后基于提取出的特征点,使用LBP算法提取特征区域,在得到感兴趣的特征区域（ROI区域）后,用对ROI区域进行基于离散小波变换的小波熵特征提取,并采用复合分类方法对ROI区域进行分类,利用此方法有效地将人体目标从红外序列图像中检测出来。     

激光熔覆零件破损边界提取和形状还原研究

为了快速、准确地提取零件破损边界,直观地反映零件损伤的过程和结果并进行形状还原,更好地实现激光熔覆再制造修复复杂破损零件,依据激光熔覆的工艺特点对破损零件的缺陷类型进行划分,并对不同类型缺陷进行破损边界提取和形状还原方法的研究。提出基于曲率阈值和法矢夹角阈值的表面浅斑类损伤边界特征以及基于3-D比较的局部深层类损伤边界特征进行提取的方法,采用NURBS曲面对表面浅斑类损伤零件和传统曲面造型方法对局部深层类损伤零件进行形状还原,最后路径规划进行激光熔覆再制造修复实验验证。结果表明,此方法提高了其破损区域提取和还原的精度和效率,熔覆形貌波纹度较小。该研究为零件破损边界提取与形状还原在激光熔覆再制造的应用提供了理论基础。     

基于遗传算法的激光视觉焊缝特征点提取

提出了一种基于遗传算法的平面焊缝特征点提取方法。采用中值滤波、阈值分割法对焊缝图像进行预处理,以减少噪声;利用种子填充法进行图像分割,提取出激光条纹连通域,根据连通域特征抽象出激光条纹骨架提取的数学模型;重点研究基于遗传算法的骨架提取方法,并采用法向直线扫描法沿骨架方向提取中心点坐标;对骨架中心点进行直线拟合,并利用拉依达准则迭代剔除噪声点,获得激光条纹骨架的准确位置和焊缝特征点坐标。经试验验证可知,该方法能够有效消除焊缝图像中多种噪声及激光条纹宽度的干扰,快速准确地检测出焊缝特征点的位置。     

激光-MIG复合焊接熔滴过渡对焊缝表面成形的影响

熔滴过渡特性对于保证激光-电弧复合焊接成形质量十分重要。利用高速摄像机采集激光-熔化极惰性气体保护焊(MIG)复合焊接过程中的熔滴过渡图像,通过图像信号处理方法提取电弧感兴趣区域(ROI区域)面积、熔滴速度、熔滴过渡周期等特征,分析熔滴过渡特征与焊缝成形的关联;利用短时傅里叶变换和谱熵对电弧ROI面积进行时频分析,研究功率谱谱熵与熔滴过渡稳定性之间的规律。结果表明：熔滴过渡频率与熔滴速度有一致的变化趋势,稳定的熔滴过渡能提高焊缝成形的均匀性;功率谱谱熵能表征焊接过程的稳定性,当熔滴过渡失稳时,短时对数功率谱变得紊乱,瞬时谱熵增大,焊缝熔宽减小,表面铺展性降低。     

基于线结构光的软包电池表面检测系统研究

为检测软包电池表面缺陷，开发一套基于线结构光的软包电池表面检测系统。首先搭建基于激光三角测量原理检测系统；对相机、光平面和移动位姿进行标定，通过相机与线结构光获取电池表面条纹图像；其次运用Steger方法提取条纹中心线；最后三维重建还原电池表面的形貌特征，结合表面条纹特性曲线，判断缺陷类型。试验结果表明，该系统能够检测软包电池表面缺陷类型及受损程度，满足软包电池表面检测的需求。     

激光增材制造零部件故障自动分类方法

不同状态下的零部件故障特征不同，为了准确分辨零部件故障，为解决故障提供依据，提出了激光增材制造零部件故障自动分类方法。基于阶次分析原理提取了激光增材制造零部件的故障特征，并获取了零部件故障特征向量；利用支持向量机中的一对一分类方法，对获取的零部件故障特征进行分类，基于分类结果对其进行校正，达到提高故障分类精度的目的，最终实现激光增材制造零部件故障自动分类。通过对该方法进行内圈故障和外圈故障两种不同状态下进行分类识别效果测试，验证了该方法具有较高的激光增材制造零部件故障分类准确性。     

不同工艺策略对机器人增减材复合制造316L不锈钢表面质量和力学性能影响的研究

针对激光定向能量沉积（LDED）成形零件尺寸精度低、表面粗糙度大的问题，采用机器人增减材复合制造平台，研究了不同工艺策略（先增材后减材成形及增减材交替成形）对增减材成形316L不锈钢试样表面质量和力学性能的影响，阐明了增减材交替工艺策略的层间作用对成形试样表面质量和力学性能的影响机理。对增材和减材工艺参数进行优化，确定优化后的参数为激光扫描间距2.5 mm、刀具主轴转速3600 r/min、刀具进给速度3 mm/s、铣削深度0.3 mm和铣削宽度3 mm，并采用该优化参数在不同工艺策略下成形了316L不锈钢试样。结果显示：先增材后减材和增减材交替成形试样的力学性能相当，增减材交替工艺策略可以实现内部结构复杂的316L不锈钢零件的成形，对零件成形性能没有消极影响。最后采用增减材交替工艺策略进行了阀门模具的制造，验证了增减材复合制造工艺的工业应用可行性。     

基于特征关系图的似二次曲面物体三维几何建模

三维(3-D)几何建模是计算机视觉的热点和难点,研究采用线性最小二乘特征向量估计法拟合二次曲面片参数方程,提出欧氏变换下不变几何特征的提取技术,分析了物体表面的特征关系图(ARG,attribute relation graph)表达法,利用激光点云,基于二次曲面片与ARG实现了似二次曲面物体的3-D几何建模。     

基于改进TLD算法的激光视觉传感型焊缝跟踪

为了解决基于线激光视觉传感的焊缝中心位置定位精度不高的问题, 采用了一种基于改进跟踪-学习-检测(TLD)算法的焊缝跟踪方法。由激光视觉传感器实时获取焊缝图像, 采用将跟踪器与检测器结合的TLD算法实时跟踪焊缝特征点, 同时通过在线学习机制更新分类器参量。在此基础上对激光条纹图像截取感兴趣区域, 大幅减少检测器的搜索区域; 根据激光条纹光强分布特性, 结合纠偏方向选取跟踪器有效特征点, 以此提高算法效率, 对不锈钢板V型焊缝和搭接焊缝进行跟踪试验。结果表明, 跟踪与检测可实现共同定位焊缝中心位置, 其融合的焊缝跟踪方法能够准确地提取焊缝特征点, 两种焊缝跟踪平均绝对误差分别为0.062mm和0.052mm。此方法为提高焊缝跟踪精度提供了依据。     

鞋楦楦底轮廓提取及展平

本文描述了一种基于鞋楦三维面型离散数据的底样轮廓提取和得到的底样的三维到二维的展平处理方法。利用鞋楦离散点数据求取表面曲线的切线的斜率,进而通过判断各测量点处相交切线的夹角的正切值的最大值来找到楦底拐点,从而得到底样轮廓。按长度不变的原则,用鞋楦底面相邻两测量点之间直线来近似实际的曲线,计算各个拐点到楦底中线的曲线距离,以此距离表示其在二维平面上直线距离,从而实现了鞋楦楦底的三维到二维的展平。所得到的结果都能很好地符合实际鞋楦。     

Active volume models for medical image segmentation

In this paper, we propose a novel predictive model, active volume model (AVM), for object boundary extraction. It is a dynamic "object" model whose manifestation includes a deformable curve or surface representing a shape, a volumetric interior carrying appearance statistics, and an embedded classifier that separates object from background based on current feature information. The model focuses on an accurate representation of the foreground object's attributes, and does not explicitly represent the background. As we will show, however, the model is capable of reasoning about the background statistics thus can detect when is change sufficient to invoke a boundary decision. When applied to object segmentation, the model alternates between two basic operations: 1) deforming according to current region of interest (ROI), which is a binary mask representing the object region predicted by the current model, and 2) predicting ROI according to current appearance statistics of the model. To further improve robustness and accuracy when segmenting multiple objects or an object with multiple parts, we also propose multiple-surface active volume model (MSAVM), which consists of several single-surface AVM models subject to high-level geometric spatial constraints. An AVM's deformation is derived from a linear system based on finite element method (FEM). To keep the model's surface triangulation optimized, surface remeshing is derived from another linear system based on Laplacian mesh optimization (LMO). Thus efficient optimization and fast convergence of the model are achieved by solving two linear systems. Segmentation, validation and comparison results are presented from experiments on a variety of 2-D and 3-D medical images.     

面向三维测量的光刀图像质量评价研究

基于光刀法的三维测量具有精度高、速度快的优势,而光刀中心的精确提取是该方法的关键,针对普遍提取算法的局限性,率先提出引入光刀图像质量评价以提高提取算法的适应性,改进后期三维重建效果。基于光刀图像的特征以及噪声影响的分析,分别提出对比度、亮度、清晰度以及信息量等指标评价方法,进而提出总体评价方法,为提取算法进行适应性修正提供可靠地依据。     

CO2激光-MIG同轴复合焊方法及铝合金焊接的研究

激光电弧复合焊接因其焊接效率高、间隙适应性好、焊缝成分和性能可控等优点正在成为工业生产中最重要的激光焊方法。与目前常用的旁轴激光电弧复合焊相比,激光电弧同轴复合可以在工件表面提供对称热源,焊接质量不受焊接方向影响而适于三维焊接。本论文介绍了作者研制的CO2激光与脉冲MIG同轴复合焊系统,以及用该系统进行的铝合金复合焊接实验。对焊接过程中的基本物理现象进行了观察和分析,测定了焊缝的熔深、熔宽和焊缝断面。结果显示,同轴复合焊可以提高电弧稳定性、提高熔化效率和改善焊缝成形。     

ANSYS/LSDYNA在金属板料激光冲成形过程模拟中的应用研究

针对激光冲击板料成形的特点 ,提出采用ANSYS/LSDYNA软件进行板料激光冲击成形的数值模拟。从激光冲击成形有限元模型的建立和网格划分、激光脉冲处理和加载、板料力学性能和边界条件等方面 ,分析了基于ANSYS/LSDYNA的激光冲击成形过程的三维有限元数值模拟中的一些关键问题的处理     

一种快速光栅条纹中心亚像素坐标提取方法

光栅条纹中心的精确提取会直接影响到线结构光视觉的测量与重建精度。为了解决传统的Steger算法计算量大,且在光条不均匀时提取不精确等问题。基于改进的Steger算法,提出了针对光栅条纹中心的快速亚像素坐标提取方法。通过高斯滤波、形态学等方法得到去复杂背景的激光条纹图像,用自适应阈值法缩小ROI区域,用霍夫变化求取光栅边缘线,求出边缘线中点,然后直线拟合,最后用改进算法提取中心坐标。实验结果表明:与模板法、传统Steger算法等光栅条纹中心提取算法相比,算法的鲁棒性更强,最大提取误差在0.3个像素,平均误差为0.1个像素,平均运行时间相比传统算法减少0.4 s。     

基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量技术研究

非接触式三维视觉测量广泛应用在工业制造质量检测中。针对工业金属零部件检测的应用场景,提出了一种基于线结构光旋转扫描和光条纹修复的三维视觉测量方案。首先,通过基于线结构光投影的计算机视觉技术,设计了线结构光旋转扫描视觉子系统,并对工业相机、线结构光平面和旋转扫描中心轴进行标定;然后,针对采集到的光条纹图像存在低灰度区域缺失数据的问题,提出了基于缺失区域自适应灰度增强的光条纹中心线提取算法,有效修复了被测零部件的线结构光投影条纹;同时,利用文中提出的线结构光三维视觉测量方案,通过重建标准球棒的表面点云计算两球直径和球间距来评价测量系统的精度,测量系统精度优于0.06 mm;最后,进行金属轮毂外轮廓形貌测量,通过重复性实验计算轮毂外轮廓最大半径,验证重复性误差优于0.03%。实验结果表明:该方法可以无损伤、高效率、高精度地实现工业金属零部件三维测量,弥补了接触式三维测量方法的缺陷。     

结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

为实现大型航空零件三维测量过程中激光光条的快速高精度提取,提出了一种结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法。首先,根据序列图像的结构不变性将高分辨率图像压缩为低分辨图像。接着,通过二次拟合求解低分辨率图像中激光光条中心的法线斜率。然后,将低分辨图像求得的法线斜率还原到高分辨激光光条图像中。进而通过灰度重心判断准则,快速计算激光光条的亚像素中心。最后,采用所提出的方法分别在实验室和大型航空零件装配测试台上进行了复合材料标准样件和复杂零件的三维形貌测量。实验结果表明:该方法的单激光光条重建误差为0.269 mm,三维形面的重建误差为0.268 mm。该方法可有效提高工程零件快速测量过程中激光光条提取精度,满足大型航空零件现场测量的工程要求。     

一种基于极线约束的激光条纹匹配算法

提出了一种基于极线约束的激光条纹匹配算法.先通过双CCD摄像机摄取左右两幅图像,然后对图像进行预处理.处理之后的两幅图像是在不同视角下摄取的两条单像素宽的激光条纹,在极线约束和连续性约束的理论基础上,提出了一种直线和曲线求交的匹配方法,从而实现了激光条纹的快速精确匹配和激光扫描线的三维重建.