光笔式大视场三维视觉测量系统

针对先进制造业对大型装备大范围精密尺寸测量需求,根据双目立体视觉测量原理设计了一种光笔式大视场三维视觉测量系统.基于透视投影变换下的时针顺序和共线性不变量设计了光笔特征点空间分布模式,实现了特征点的准确识别与接触探头坐标的计算.应用双目立体视觉传感器的透视投影和齐次坐标三维测量模型,以一维基线尺靶标自由移动和基准长度约束为核心,通过本质矩阵E的线性求解结合非线性优化实现了其结构参数的现场精确标定.研制了由光笔、双目立体视觉测量系统、便携式三脚架、一维基线尺靶标和测量软件构成的大视场三维视觉测量系统,完成了机器人本体表面三维数据的稠密测量实验,在7 m×4.7m测量范围内系统的测量精度优于0.2 mm.实验显示设计的光笔式大视场三维视觉测量系统在光笔结构、发光点识别方法和系统标定方法上均具有新的思路.     

单摄像机测头成像视觉坐标测量系统建模

本文提出了一种新型视觉坐标测量系统－－单摄像机测头成像视觉价值测量系统。提出了利用已知目标测头与被测表面接触实现视觉坐标测量的新思想,建立了确定目标测头三维（六自由度）运动的线性系统模型,实现了对被测表面的坐标测量,同时分析了系统分辨力。通信仿真验证了系统建模的正确性。     

面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统

研制了一种面向大型工件现场测量的光笔式视觉测量系统,对其中的关键技术进行了深入研究。该系统主要由带有红外LED光点的光笔、1台CCD摄像机、靶点亮度控制器、一维标定尺以及安装有测量软件的计算机组成。在对LED点光源光强控制方式及成像系统工作原理进行分析的基础上,设计并实现了以多靶点亮度自适应控制技术和主动离焦模糊技术相结合的靶点光斑图像生成技术。该技术保证了在大跨度测量范围内均能获得高质量的靶点光斑图像,解决了对焦成像中摄像机视场范围与景深有限的问题;针对光笔标定问题,提出了一种简便易行的现场标定方法,此方法只需要若干个辅助靶点和2个以上间距已知的圆锥孔,就可以同时确定光笔上各靶点及光笔测头在光笔坐标系下的坐标。实验结果显示:该测量系统在2~10 m空间长度测量标准差不大于0.095 mm,能够满足中等精度的大型工件现场测量要求。     

激光光笔式三维坐标测量系统的理论研究

本文提出了一种新颖的激光光笔式三维坐标测量技术,介绍了由三套CCD光电器件对空间发光点交汇成像而构成的三坐标测量系统,由于其测量头为带有点光源的笔,故称为光笔式测量系统.文章阐述了该系统的结构设计理论、测量原理及测量精度分析.理论分析与实验证明,该系统具有结构简单、应用方便、自动化程度高、测量精度高、适用范围广等先进特点,可有效地应用于机械制造、机器人及汽车检测、航空及医学等测量领域.     

发动机凸轮测量的测头转换方法

通过凸轮测量实例,对凸轮测量时的测头转换方法进行了分析,并指出测头转换不应改变设计要求,即测头转换应遵守设计测点位置不变原则。     

虚拟齿轮测量中心测头系统可视化建模

通过对虚拟齿轮测量中心测头可视化实现方法进行研究,分析了测头信号的采集原理和测头结构,确定了测头的参数化结构模型。在VC++6.0基础上采用数据库检索和3DMAX建模方法,生成不同参数的3DS格式测头模型,并利用数据库检索调用测头模型文件,最终在虚拟齿轮测量中心加载显示实际效果图。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

基于双目立体视觉的光笔式三坐标测量系统

提出了一种基于双目立体视觉系统的光笔式三坐标测量系统。该系统基于接触式测量方式,以带点光源的光笔作为接触测量工具。首先,对摄像机进行了高精度的标定,建立了双目立体视觉系统模型;其次,通过左右摄像机拍摄的二维图像,将两幅图像中的点进行匹配,获得光笔上的LED光斑中心三维坐标;然后,由一系列LED光斑中心的三维坐标拟合直线,从直线上得到笔尖的三维坐标。实验结果表明,该方法实现了对物体的接触式测量,具有结构简单、成本低的优点,并且具有较高的精度。     

基于虚拟光笔的坐标测量系统探针结构的设计

针对光笔式测量系统模型的特征,基于虚拟光笔,建立了一种新的光笔结构。系统中采用的光笔共有10个控制点,设光笔前面6个控制点所在的平面与后面4个控制点所在的平面之间的距离为DFB。利用三坐标测量机主轴运动的高精度、高稳定性,构造了不同DFB的虚拟光笔。详细说明了虚拟光笔的构造模型,并通过实验证明了DFB参数对系统测量稳定性有着显著的影响,且DFB的最优值为80mm,通过精度对比实验进一步证明了该结论。     

视觉坐标测量中直接光学法透镜光学中心的标定

介绍了目前视觉坐标测量系统中摄像机成像中心标定的一般方法,即变焦距法、径向准直约束法和直接光学法,比较了上述方法的优缺点.详细介绍了直接光学法的原理以及实际标定过程的步骤,并进行了实验验证.实验结果表明直接光学法具有精度高、重复性好等优点,采用的标定过程可行.     

基于跟踪转台的光笔式全空间坐标测量系统

光笔式坐标测量系统是一种基于视觉测量的便携式坐标测量技术.在经典的光笔式坐标测量系统中,其测量范围被限制在相机的视场范围之内.为了克服这种缺陷,本文设计了一种新的光笔式坐标测量系统以实现全空间坐标测量.相机被安装在一个转台而不是三脚架上,因而,相机能够进行旋转从而对光笔的移动进行跟踪.新系统能够被用于大范围的工业现场测量,因此极大地扩展了光笔式坐标测量系统的应用范围.为了保证新设计系统的测量精度,本文还提出了一种对跟踪转台参数进行标定的方法.将光笔放置在固定的位置,并改变转台两个旋转轴的方位角,让相机从不同的视角采集光笔的图像.根据相机和转台基座之间不变的坐标变换关系,可以建立起一个非线性方程组来对跟踪转台的参数进行求解.实验结果表明,新系统在测量距离为10 m内的全空间,其坐标测量精度能够达到0.25 mm.可以得出,新设计系统能够在不损失太多精度的情况下显著扩大光笔式坐标测量系统的测量范围.     

Calibration of line structured light vision system based on camera''s projective center

Based on the characteristics of line structured light sensor, a speedy method for the calibration was established. With the coplanar reference target, the spacial pose between camera and optical plane can be calibrated by using of the camera's projective center and the light's information in the camera's image surface. Without striction to the movement of the coplanar reference target and assistant adjustment equipment, this calibration method can be implemented. This method has been used and decreased the cost of calibration equipment, simplified the calibration procedure, improved calibration efficiency. Using experiment, the sensor can attain relative accuracy about 0.5%, which indicates the rationality and effectivity of this method.