大视场双目立体视觉柔性标定

为了实现双目立体视觉系统大范围高精度三维测量,提出了一种大视场双目立体视觉系统柔性标定方法,该方法将系统中各相机内部参数标定与相机间的姿态标定进行分离,标定内部参数时,只需要令标靶相对于相机任意摆放至少三个姿态,对标靶上的编码标志点进行识别,根据标靶上编码标志点信息,建立各姿态下视图的对应关系,粗略计算标志点的初始三维坐标;建立多姿态下逆向投影误差最小的目标函数,采用非线性最小二乘优化获取精确的相机内部参数和标志点三维坐标;最后,建立基于双相机逆向投影误差最小的目标函数,优化得到精确的相机间姿态的外部参数。实验结果表明:当测量空间为1 200mm×1 000mm×1 000mm时,立体视觉系统的测量精度优于0.1mm,满足大范围双目立体视觉系统的高精度测量需求。     

基于机器视觉的柔性接头摆心飘移检测系统的研究

研究一种基于机器视觉的柔性接头平面摆动摆心飘移测试系统。所述系统包括相机支架、标志物、图像处理模块、摆心计算模块、结果处理模块、工业相机、数据接口、工业计算机及其他辅助装置。两个标志物几何中心定位在与被测摆动体中心线成一定角度的直线上,标志物随摆动体摆动时,工业相机对摆动体进行连续图像采样,图像数据通过数据接口传输给工业计算机,图像处理模块对图像进行去噪、背景剪除、标志物定位操作,获取标志物在测试系统坐标系的平面坐标,摆心计算模块依据数学模型计算得出两次图像采样区间的平均摆心来逼近摆动体运动过程中的瞬时摆心,结果处理模块对摆心飘移曲线进行直观有效的显示与记录。最后通过仿真和实验验证了使用该测试系统所测试的物体摆心检测精度达0.5%左右。     

基于MasterCAM变螺距圆柱凸轮设计与四轴数控加工

凸轮设计的关键是设计凸轮工作部分的轮廓曲线,圆柱凸轮的轮廓曲线是一条封闭的空间曲线。通常采用传统的作图法设计凸轮轮廓曲线,设计过程简便、直观,但误差较大,难于获得凸轮轮廓曲线上各点的精确坐标,所以只能适用于低速或不重要的场合。对于高速和精度要求较高的凸轮,必须建立凸轮轮廓曲线（或实际轮廓曲线）的坐标方程,并精确计算轮廓上各点坐标,以适应在数控机床上加工。     

多相材料机翼前缘柔性机构拓扑优化设计

为了实现机翼前缘连续变形及结构轻量化,利用多相材料进行了柔性机翼前缘结构的设计。在轮换主动相变量算法的基础上,以选定前缘初始曲线上9个坐标点的实际位移和目标位移的偏差为目标函数,各相材料的体积分数作为约束,建立多相材料柔性机构拓扑优化模型,采用OC优化准则法进行求解。编写MATLAB程序,计算得到了清晰的两相实体材料前缘结构优化结果。利用CATIA软件对优化结果进行几何模型重构,并将重构后的模型导入HyperWorks软件进行仿真分析,结果表明多相材料机翼前缘柔性机构能够实现最大9.1°的连续偏转。     

缸体曲轴孔凸轮轴孔同轴度仪的研制

0 引言缸体是内燃发动机的主体零件,曲轴孔、凸轮轴孔的同轴度公差是保证缸体质量的重要技术指标。曲轴孔、凸轮轴孔同轴度误差的检测,历来各厂家都采用综合量规法(心棒法)进行合格(量规通过)与不合格(量规通不过)的定性检测方法,不能提供被测孔相对于基准孔的误差大小和坐标方向。研制成功的仪器是一台一次安装同时自动测出缸体曲轴孔、凸轮轴孔同轴度误差大小和坐标方向的高精度智能式仪器,已于1991年12月20日通过成都市科委组织的技术鉴定。     

白车身质量块安装点动刚度分析与优化

建立了某A级车白车身的有限元模型,对白车身的各质量块安装点分别进行动刚度分析,得到质量块安装点的源点加速度响应(IPI)曲线,并且判断出动刚度相对较小的频率段。通过对IPI曲线峰值产生原因进行分析,分别选择尺寸优化和拓扑优化的方法对质量块安装点的动刚度进行优化。结果表明,采用尺寸优化和拓扑优化的方法进行优化设计可提高质量块安装点的动刚度。     

基于寻找最佳起始点的编码标志点解码研究

目前在数字近景工业摄影测量中,针对环形编码标志点的解码方法,通常采取在编码带上选取任意一点作为解码的起始点,按一定方向读取编码带,完成环形编码标志点身份信息的读取。理论上讲,该方法是可行的。但是由于图像噪声等因素的影响,任意选取解码起始点的方法存在较大误差,这种误差有时对于最终的测量结果是不允许的。针对上述问题,提出了一套基于寻找最佳起始点的环形编码标志点解码方法。该方法在编码标志点位置已确定的基础上,通过构造解码椭圆、坐标逆变换、寻找最佳起始点、读取并输出编码带信息等步骤,较精确地实现标志点的解码。提出的解码理论在实验室环境下通过采用Matlab2010对不同类型的拍摄图片进行验证,结果表明具有较好的鲁棒性,可以满足实际测量的要求。     

多楔带动态数据采集方法的研究

由于多楔带轮系的优化设计在改善汽车性能中起着重要作用,多楔带运动信息的获取与分析也就成为了研究人员关注的热点。针对动态建模与仿真技术在研究多楔带动态特性应用中需要对多楔带轮系进行简化等不足,采用数字图像处理技术获取发动机在运动状态中的多楔带动态信息。先用摄像机对多楔带上的人工标志点进行跟踪与轨迹记录,再运用圆形标志点识别法获得标示点的位置信息,最后用文中算法和霍夫变换检测法分别对几种有着典型形变的标志点进行识别并提取圆心坐标,对比两种方法提取到的圆心坐标的误差,同时分析文中算法测得的多楔带动态信息与激光测距仪得到的多楔带动态信息之间的相关性。试验结果表明,文中采用的方法能准确获取多楔带的动态信息。     

用于光纤光栅曲线重建算法的坐标点拟合

以光纤布拉格光栅(FBG)曲线传感器在结肠中的形状检测为背景,提出了一种基于Frenet标架的坐标点拟合算法来提高光纤光栅曲线重建算法的精度。首先,将相互之间呈90°的四根光纤光栅贴在一根形状记忆合金(SMA Styrene Maleic Anhydride)基材周围,形成一根直径为3mm,长度为900mm的光纤光栅曲线传感器。接着,将该曲线传感器分别放置在毫米方格纸以及圆柱体上进行二维和三维曲线的重建。通过曲线重建软件读出每个数据采集点的重建坐标值,并与通过方格纸读出的标准坐标值对比得出重建误差,从而得出两种坐标点拟合方法的优劣。结果表明:使用基于Frenet标架的坐标点拟合算法可有效提高重建精度。对提出的算法与常用的曲线重建算法进行了比较,结果显示:在接近光纤光栅应变极限的情况下,使用基于Frenet标架的坐标点拟合算法在单方向上能够比原算法平均减小约3.5%~5.5%的误差,为进一步提高光纤光栅形状传感系统的精度奠定了基础。     

数控转台拉弯机切点跟踪轨迹生成算法

建立了拉弯过程运动关系几何模型,采用数值计算的方法推导了任意外凸模具外形曲线切点跟踪轨迹的求解算法。得出了切点坐标与转台转角的关系曲线。为拉弯机的自动切点跟踪提供了准确的控制依据。并根据轨迹上最大切线斜率最小的优化目标,以侧压轮运动范围、主缸最大允许摆角及补拉夹头与转台中心的距离为约束条件,计算出模具的最佳安装位置。运用VC编制了通用计算程序,计算结果表明：该算法稳定,适合于各种拉弯模具外形曲线,计算效率及精度高。     

重载摆角铣头摆动链传动误差分布规律的研究与分析

以研究重载摆角铣头摆动链传动误差分布规律为目标,分析影响重载摆角铣头传动误差的各个因素,建立起精确的传动误差计算公式,并以此为数学模型,根据各误差项分布规律,进行Monte Carlo模拟,通过对结果的统计分析,绘制出摆动链传动误差的分布曲线,并根据其概率密度的特点,采用K-S单样本检测方法对统计结果进行正态分布检测,验证摆动链传动误差符合正态分布规律的猜想.同时对影响重载摆角铣头传动误差各个因素分别进行模拟分析,得出各个误差项在总传动误差中的比例分布,为摆动链传动精度的优化设计提供依据.     

曲线刃钻头柱面后刀面的刃磨

根据刃形曲线的设计原理，提出了曲线刃钻头柱面后刀面的刃磨要求和刃磨过程。按照给定的直母线方位角，应用平面表像法，推导了计算万向夹调整角度的公式，分析了刃形曲线点坐标与成形砂轮径向截形点坐标，以及万向夹的转角误差和砂轮的径向截形误差与刃形刃磨误差之间的相互关系，给出了检查刃形刃磨质量的方法。检测结果表明，曲线刃钻头柱面后刀面的刃磨工艺是可行的。     

工业坐标测量机器人定位误差补偿技术

由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐标测量系统是视觉检测技术在工业在线测量领域的重要应用。工业机器人的机械结构和控制过程复杂,因此其定位误差成为影响系统测量精度的最主要因素,但可以通过修正连杆参数的方式加以补偿。以MD-H运动学模型为基础,建立机器人工具中心点(Tool center point,TCP)的基于相对定位精度的定位误差补偿模型,避免坐标在不同坐标系转换过程中产生精度损失。对与机器人测量姿态有关的柔度误差进行针对性补偿,通过建立柔性关节的弹性扭簧模型,将柔度误差分解为外加负载柔度误差和机械臂自重柔度误差分别进行补偿。标定过程中使用激光跟踪仪作为外部高精度测量设备,只需在单点测量模式下就能实现对TCP的三维坐标采集,大大简化数据采集过程。经过补偿后,标定点处的方均根误差由之前的1.230 2 mm降至0.428 8 mm,验证点处的则由0.723 6 mm降至0.505 4 mm。     

柔性臂坐标测量机动态误差补偿算法研究

针对柔性臂坐标测量机误差因素复杂且误差影响之间呈非线性的问题,分析了误差因素并对部分动态误差进行研究,提出了一种基于模拟退火和神经网络的柔性臂坐标测量机动态误差补偿方法。利用BP神经网络建立动态误差补偿模型,通过模拟退火算法优化权值从而解决了神经网络的收敛速度慢的问题。通过实验获得数据样本,训练所建模型后对测试数据进行误差补偿。与BP神经网络模型进行对比结果表明,补偿测试点后得出的单点重复性测量误差提高了60.85%,长度测量误差的精度提高了54.79%,证明了所提方法的有效性和可行性。     

基于平面基线靶标的视觉测量数据拼接方法

针对视觉测量中三维数据的拼接问题,提出一种基于平面基线靶标的数据拼接方法。该方法利用平面基线靶标提供特征点,建立视觉传感器在相邻位置坐标系旋转矩阵和平移矢量各参数的优化目标函数,通过Levenberg—Marquardt优化算法求解出旋转矩阵和带有未知系数平移矢量。在此基础上,利用平面靶标上的基线长度确定平移矢量系数,从而求得数据拼接矩阵。利用平面靶标上100个点进行拼接试验,计算出x、y和z坐标拼接RMS误差分别为0．038 mm、0．022 mm和0．135 mm。结果表明该方法柔性好,适用范围广。     

圆光栅配合自准直仪测量主轴径向运动误差

提出一种在线非接触式测量主轴径向回转误差的方法,为验证其准确性,搭建了主轴回转误差测量装置并进行了比对实验。该方法主要由圆光栅、读数头、环形平面镜以及激光自准直仪组成。首先,将圆光栅及环形平面镜安装在主轴上,并在双顶尖装置中将光栅安装偏心误差和平面镜与主轴不垂直误差进行标定。然后,将主轴安装在转台上,双读数头对径安装,自准直仪安装在平面镜下方。在主轴回转过程中,双读数头圆光栅可以测得主轴径向运动误差,自准直仪可以测得主轴径向运动误差方向上的偏摆角误差。最后,根据主轴上一点的径向运动误差及其在此方向上的偏摆角误差便可以计算出主轴轴向各个点的径向回转误差。设计了比对实验,结果表明在主轴径向回转误差为±12μm时,本方法与传统单向法比对残差在1μm以内。本文提出的主轴径向回转误差测量方法可以应用到精密主轴回转类装置中,实现在线检测主轴径向回转误差的目的。此外,该方法无需采用标准球,不受轴表面粗糙度、圆度等的影响。     

桥式起重机的近景摄影测量方法研究

与常见的桥式起重机变形检测方法相比,近景摄影测量法具有非接触性、瞬间捕获信息量大且数字图像易存储等优点。文中将近景摄影测量与桥式起重机变形检测相结合,通过DLT(直接线性变换)标定非量测相机,采用序贯分析求解其内方位元素;在桥式起重机上合理布置反光标志点,并使用非量测相机获取数字立体像对;通过软件获得数字图像上各个标志点的坐标仪坐标,采用光束平差法求解标志点的物方坐标,构建桥式起重机三维模型,计算主梁变形量。将近景摄影测量法与水准仪、全站仪方法进行对比,证明基于近景摄影测量的桥式起重机变形检测方法能够满足桥式起重机精度要求,为桥式起重机变形检测提供了一种高效的方法。     

基于机器视觉的曲线磨削砂轮修形精度的检测

提出了一种基于机器视觉的曲线磨削砂轮廓形精度的在位检测方法。通过安装在曲线磨床上的工业相机对修形后的砂轮轮廓进行图像采集,研究了图像预处理和砂轮轮廓边缘特征提取的关键技术,获取轮廓边缘点,并拟合出砂轮轮廓曲线。将拟合曲线与理论轮廓曲线进行比较,提出了廓形误差的评定方法,为砂轮廓形的精确修正提供了一种新的检测手段。     

单台相机三坐标测量的一种新方法

按照常规摄影测量,如果仅使用一台相机而要获取点的三维坐标则至少需要在两个不同的位置进行摄影。这里则提出了利用单台相机仅拍摄单张像片来获取点的三维坐标的测量方法:借助一根带有3个以上已知标志点的辅助测量棒,利用共线方程和辅助测量棒上3个以上标志点先建立测棒坐标系与摄影测量坐标系的转换关系,再通过坐标转换即可得到辅助测量棒测头(所接触的待测点)在测量坐标系中的坐标。另外,通过试验验证了此单台相机测量原理及所达到的相关精度。     

凸轮列表点曲线数控编程方法研究

针对平面凸轮轮廓列表点曲线的数控加工,提出了一种采用三次样条等误差双圆弧拟合法实现数控编程的计算方法.首先求出凸轮轮廓列表点的三次样条函数曲线方程,用等误差法计算插值点的坐标.再用双圆弧拟合插值点,得到各分段圆弧的圆心坐标,取圆弧的起点、终点坐标,作为编程所需的刀具中心轨迹的数据,并用相应的数控机床指令写出数控加工程序.该方法既能满足精度要求又能使程序段最少,可以保证数控加工时曲线的光滑性及加工精度,提高加工效率.