轮胎胎面参数在线检测系统研究及应用

为了提高汽车轮胎生产过程中对胎面尺寸的测量精度,针对移动中的橡胶胎面设计了一种测量轮胎胎面参数的在线检测系统。选用3D激光传感器,根据传感器获得的坐标数据绘出胎面横截面轮廓,基于B样条曲线拟合方法,通过特征点测量计算胎面横截面数据;选用CCD图像传感器,设置两端基准线,根据现场亮度采用可调光源控制器,并采用OSTU算法对图像进行二值化处理,基于像素数和实际的尺寸存在线性对应关系,可获得胎面长度。现场实验结果表明,该测量系统的横截面参数测量精度小于1 mm,长度测量精度小于2 mm,能够满足生产工艺的测量要求,可实现胎面参数的在线动态测量,该测量系统具有安装方便、运行稳定等特点。     

货车承载鞍磨耗视觉自动检测研究

研究基于视觉检测原理的承载鞍磨耗尺寸自动检测系统，采用立体视觉结合结构光投射技术设计了测量传感器，由传感器组成测量组件，每个测量组件可以测得承载鞍一个磨耗面的三维形貌，多个测量组件构成完整的检测系统，同时测量承载鞍各个复杂磨耗面实际三维形貌，由此计算得到相关磨耗尺寸。为实现测量自动化，设计了自动传送机构和分选机构。系统工作稳定、测值准确、速度快，解决了承载鞍磨耗长期依赖手工模板测量的难题，为保证铁路运行安全提供了有效的检测手段。     

螺纹参数自动检测系统设计

针对传统的螺纹检测方法检测误差大、效率低等特点,开发一种基于数字图像处理的螺纹参数自动检测系统。首先,通过CCD摄像机获取螺纹外轮廓的数字图像;然后对图像数据进行加工和处理;最后计算得到螺纹联接的相关几何参数,并对标准螺纹试件的螺纹夹角、螺距和中径等参数进行了测量。测量结果表明,螺纹参数符合测量精度要求。该系统可以实现螺纹的高精度检测,扩大了视觉检测的应用范围。     

基于机器视觉的齿轮自适应测量系统设计

针对采用传统方法进行齿轮测量时容易遇到测量困难与测量效率低等问题，设计了一种基于机器视觉的齿轮自适应测量系统，由机器人结合视觉定位将齿轮抓取至检测平台，利用Halcon图像处理软件提取齿轮对应参数，根据齿轮参数自动生成合适的阈值以完成多批齿轮共同测量，同时机器人利用测量信息对所测齿轮进行分组。研究结果表明，系统可以识别出不同类型的齿轮，齿轮的参数检测精度误差可以达到±0.02mm,图像系统响应时间为0.2262s,该系统大大提高了测量效率，降低了测量所需的人工成本。     

基于机器视觉的梯形螺纹参数检测

基于数字图像处理技术,研究能够精确、快速检测梯形螺参数的方法。根据梯形螺纹参数检测的要求,运用机器视觉技术对螺纹图像进行处理后提取有效信息,对相关几何参数进行测量,得到有效数据,采用系统搭建的平台对检测方法进行实验。     

复杂曲面形貌无影视觉测量研究

结构光测距技术的主要缺点是无法获取摄像机看不到或光源照不到的点的数据。为此，采用冗余多传感器构成无影视觉坐标测量系统。传感器输出各自测得的目标参数和状态参数到数据融合中心，特殊设计的可变模板抽提出各路信号的特征参数。利用特征参数阈值进行数据特征融合后，进行加权融合计算，使融合后的最终测量结果达到最优。实验证明，无影视觉系统明显优于单目测量系统，对复杂形貌曲面测量有重要意义。     

基于显微形貌重建的XLPE电缆绝缘料纯净度测量技术

本文针对交联聚乙烯(XLPE)电缆绝缘料纯净度检测的问题,研制了基于形貌重建的高速扫描测量系统.该测量系统采用现场可编程门阵列(FPGA)芯片控制高速A/D转换器采集CCD数据,根据动态阈值压缩CCD扫描图像数据并对数据进行封装处理,在保留杂质信息的前提下大幅地减少了待处理数据.封装数据通过USB2.0接口传输至上位机进行分析、记录和杂质图像重建.实验证明此系统测量实时准确,杂质形貌信息恢复完好.该系统适用于XLPE电缆绝缘料的缺陷检测和形貌测量.     

基于视觉原理的直槽丝锥径向几何参数测量方法研究

针对目前丝锥测量方法测量参数单一、需人工操作的问题，提出了一种基于视觉原理的直槽丝锥径向综合多参数自动测量方法。通过预处理得到丝锥极坐标下的径向轮廓图。对端面刃背到几何中心的最大、最小极径像素拟合圆，得到端部和芯部直径。通过拟合特征曲线，得到两对直线方程，利用夹角公式得到前角和后角值。计算刃背首末像素点间距离得到刃背宽度值。将刃背首末像素极径差值作为铲背量。实验结果表明：对M10丝锥进行10次重复性测量，上述几何参数的测量相对误差均在0.58%之内，平均耗时7 s，能满足高精度、高效率、多参数自动测量的工程需求。     

麻花钻圆度误差测量的构造性方法的研究

在对麻花钻圆度误差进行测量时,利用万能工具显微镜及附件对麻花钻棱边主切削刃处横截面圆弧的采样点坐标进行测量.为了平滑数据噪声,采用豪斯赫尔德正交变换法等构造性方法来进行数据处理,以达到求解较好的数值稳定性,获得麻花钻横截面拟合椭圆方程系数较高精度的数值解,并据此求取拟合椭圆的中心坐标,得到麻花钻棱边主切削刃处横截面的圆度误差.     

未知参数小模数齿轮齿距和齿廓偏差视觉测量

小模数齿轮齿槽间隙小,接触式测量难度高,且易损坏测头,本文主要研究基于视觉的未知参数小模数齿轮的齿距偏差和齿廓偏差测量。基于亚像素数字图像处理技术定位齿轮测量基准,即齿轮几何中心,并测量得到齿数、模数、齿顶圆直径和齿根圆直径;依据齿轮精度标准ISO1328-1:2013中偏差项目定义,给出了基于视觉测量的齿轮齿距偏差和齿廓偏差评定方法,开发了小模数齿轮视觉测量数据处理软件。对模数为0.5 mm的渐开线圆柱直齿轮进行了齿距和齿廓偏差视觉测量试验,并与齿轮测量中心的测量结果对比,左右齿面测量结果的绝对误差最大为4μm,最小为1μm,评定齿轮精度等级均为8级。本文给出的未知参数小模数齿轮视觉测量系统和偏差评定方法可在一定范围内用于小模数齿轮测量。     

利用光纤曲率传感器重建三维曲面结构

为了实现对弯曲结构的三维空间数据的测量与重建,建立了光纤曲率传感器的准分布式测量系统。对该系统中传感器的布置方式、空间弯曲曲率和扭转角的测量及三维结构重建方法进行了研究。首先,将光纤曲率传感器绕成环形,布置在柔性基底的两个对称表面,组成准分布式测量系统。根据线性叠加原理,同时测量出结构的弯曲和扭转变形。使用光纤曲率传感器提供的弯曲和扭转信息,采用微分几何的方法,建立由曲线切线和曲率确定的运动坐标系,在运动坐标系中根据空间结构的扭转角确定密切平面。然后,在密切平面中进行曲线的弯曲计算和运动坐标系的变换分析,并进行拟合过程的公式推导。最后,对该方法进行了试算验证,并利用准分布式测量系统对两支点间距为500 mm的简支梁进行了结构重建。结果显示,在相邻两检测点进行20点插值时,简支梁曲线的最大偏差为1.1 mm,表明设计的系统和重建方法能够较高精度地实现曲面结构的三维重建。     

基于立体视觉的大尺寸工业测量系统

针对工业制造领域普遍存在的大型物体全尺寸测量难题,提出并实现了一种基于立体视觉技术的便携式工业测量系统。该系统采用多个CCD视觉传感器,获取被测物体的多视图像序列,通过前方交会由二维像点坐标计算物体表面点的三维坐标。全局关键点测量由多目立体视觉系统完成,使用CCD相机从多个位置和方向拍摄物体,获得多目视差照片,由测量软件二维处理并完成三维重建。局部区域密集点云的测量由双目立体觉系统完成,左右两相机同步拍摄由投影机投向物体表面的编码条纹,测量软件自动进行立体匹配和三维重建后获得物体表面局部的密集点云。最后测量软件根据局部的关键点完成密集点云的坐标系转换。实验表明,该系统的测量精度达到0.1mm/3m,可以满足工业现场大尺寸测量对精度和效率的要求。     

立体视觉和三维激光系统的联合标定方法

双目立体视觉和三维激光扫描是移动机器人环境探测与建模的常见传感测量方法。为实现两个系统的数据融合应用,必须为二者的测量坐标系建立数学关系,即对其进行传感器之间的位姿联合标定。为此提出了一种基于三维特征点距离匹配的联合标定新方法,设计了一种镂空棋盘格作为标定板。使用双目立体相机提取棋盘格角点三维坐标信息,使用激光测距雷达扫描获取镂空区域中心点三维坐标,最终通过最小化两组特征点的理论与实际测量距离的平方差获取两传感器坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。进行的联合标定测量实验结果表明了该方法的准确性和可靠性。     

面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位

提出了面向特大型齿轮的激光跟踪多站位定位测量方法以提高特大型齿轮激光跟踪在位测量系统的齿轮定位精度并精确确定测量仪器与被测齿轮位置与姿态的关系。根据激光跟踪仪多站位测量提供的冗余数据优化求解空间两点间共线方程,建立了特大型齿轮激光跟踪多站位测量模型。然后,提出了利用奇异值分解修正多站位测量模型解析矩阵条件数的方法。 实验结果表明,使用多站位测量模型求得的不同站位待测点间距离的标准差的均值为0.008 mm,明显小于直接在不同站位下测量的标准差均值0.024 mm,表明多站位测量模型具有良好精度控制效果。本文的研究提高了齿轮定位时所需测量点的三维测量精度,为特大型齿轮激光跟踪多站位测量系统建立齿轮坐标模型提供了可靠的数据来源。     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。     

底部钻柱近钻头动态力测量及声传输方法

为研究随钻测井时底部钻柱近钻头动力学特性,设计直梁应变片式测力传感器,研制一种基于虚拟仪器平台的模拟钻柱动态力无线测量装置,用于模拟钻柱旋转过程中轴向力、侧向力和转矩的多线程检测.在此基础上,比较井下数据传输方法,以纵波为传输载体,设计模拟钻柱声传输装置,对动态力数据进行脉冲时延和OOK(On-off keying)调制,沿管轴方向对有限长模拟钻柱施加纵向激励,进行模拟钻柱信道动态力测试信号的声传输试验.结果表明,系统在实验室内实现动态力数据经时延脉冲OOK信号调制后沿模拟钻柱信道的低频声波传输,为近钻头传感器测量数据的低频声传输系统的应用提供理论与试验依据.     

3D measurement of gears based on a line structured light sensor

Gears are core components of transmission systems. The current trend of gear measurements is the rapid and full digitization. To rapidly obtain information on the three-dimensional (3D) shape of the gear tooth flank, a 3D point cloud measurement system based on a line structure light sensor and high precision air floating rotary table is proposed. The system can acquire more than 1.5 million 3D data points on one side of the gear tooth flank within less than 5 s. In this study, the measured 3D point cloud data is used to calculate the profile error, pitch error, then compared to those obtained from traditional contact measurements. In addition, tooth flank error was evaluated. The results show that the 3D point cloud measurement system can perform fast and accurately in 3D measurements of gears and it is a novel system for gear measurement and error calculation.     

微小孔钻削过程轴向力和扭矩的模拟研究

对微小孔标准麻花钻钻削力进行研究,采用UG的驱动方程曲线功能建立微小孔标准麻花钻并测量相关角度,建立钻削过程的简化模型;利用金属成型有限元仿真专用软件DEFORM 3D对微小孔钻削过程的轴向力和扭矩进行了研究。将仿真结果与传统经验公式及实验数据进行了对比,结果表明：DEFORM分析的简化模型结果表明加宽后的横刃对钻削过程中轴向力的贡献远远大于经验数据,该简化模型在仿真结果的准确性上优于经验公式,更接近于实际情况。     

大面积形体的三维无接触精确测量的研究

对大面积形体实现高精度三维无接触检测,是三维检测技术研究的难点和热点。提出了基于编码标志点的框架拼接法,采用数码相机三维重构与结构光三维扫描技术相结合的方法,实现了大面积形体的三维精确测量。阐述了大面积形体测量拼接框架构造的基本原理,对其中的关键技术如数码相机的标志点三维检测与重构,局部点云与空间框架的拼接进行了介绍,并给出了检测实例。实验表明该系统具有操作方便、测量范围大、测量精度高等的特点。     

基于ASODVS的全景相机运动估计及管网3D重构技术

针对地下管网的空间三维测量、三维形貌重构难等问题,提出了一种基于主动式全方位视觉传感器(ASODVS)的相机运动估计及管网3D重构解决方案。通过携带有ASODVS的管道机器人进入管道内部,实时获取管道内壁纹理全景图像和全景激光扫描图像;首先对全景激光扫描图像处理解析出投射在管道内壁上的激光中心点,通过计算得到管道横截面的点云数据;另一方面,对全景纹理图像进行处理,首先利用快速鲁棒性特征(SURF)算法快速提取特征点并进行匹配,然后采用随机抽样一致性(RANSAC)算法去除误匹配点,接着利用全景相机的极几何原理估计相机运动位姿,并利用光束法平差(BA)进行优化,最后利用相机运动位姿将相机坐标系下的点云坐标实时转换到世界坐标系下,完成对地下管网的三维重构。实验结果表明,所提出的方案能够精确估计相机运动位姿,实时对管道内部进行三维重构,实现了管道检测机器人边行走、边采集数据、边检测分析处理、边三维建模的设计目标。