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,基于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。在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基础上,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7m×4.7m测量范围内系统测量精度优于0.2mm。     

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。     

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。     

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0.05mm,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。     

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。     

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.     

基于PRO/E“逆向工程”的三元叶片测绘设计

因三元叶片为空间曲面,无法用普通方法测量,故尝试应用光笔测量仪测取闭式三元叶轮叶片及相关表面坐标点,应用PRO/E"逆向工程"等曲面功能,处理测取的坐标点,进行三元叶片"复制"设计,并通过几何分析验证了"复制"的叶片曲面曲率变化平稳,与原始数据基本吻合。该方法能够很好地满足三元叶轮叶片的测绘要求。     

复杂薄壁零件多工序安装关技术研究与应用

在复杂薄壁零件的多工序高精度加工中,零件的安装质量对其加工精度影响极大。分析复杂薄壁零件多工序加工中安装误差的产生原因,提出面向复杂薄壁零件多工序安装的精密测量和误差补偿技术方案,研制高精度坐标测量装置和高精度直接驱动回转工作台等关键部件。目前该系统已投入实际应用,为解决复杂薄壁零件的多工序安装难题,提供了重要的保障。     

新型并联机器人坐标测量机误差建模与仿真

介绍了一种新型五自由度并联机器人坐标测量机机构,该测量机机构具有五个驱动分支和一个约束分支,可以实现三维移动和二维转动。为了给该坐标测量机实际误差的补偿和控制奠定理论基础,提高测量精度,改善测量性能,根据其位置反解数学模型,导出了测头位姿误差与各运动副位置误差、调节器运动误差及测头长度误差之间的相互关系,建立了该测量机的误差模型,并通过计算机仿真对误差模型的正确性进行了验证。     

多传感器测量系统联合标定

将坐标测量机与单目视觉测量系统组合起来,提出了一种触发式测头与视觉测头联合标定的方法。选用内孔径为4mm的光面环规作为标定件,并利用转台、精密滑台配合视觉系统进行环规成像面的调整;然后,利用视觉测量系统提取环规内孔圆心图像坐标,包括设置图像的感兴趣区（ROI）、二值化、形态学去噪、亚像素边缘检测和利用最小二乘法提取圆心的图像坐标。通过拟合内孔圆柱面找到轴线,并利用接触传感系统提取相同位置圆心仪器坐标下坐标;最后,采用最小二乘法求解相关方程,完成联合标定。试验验证显示,该标定方法的标定精度高于6μm,优于已有的标定方法,能够满足测量系统联合测量的精度需要。     

关节类坐标测量机关键技术及进展

关节类坐标测量机具有便携性好、质量轻、测量范围大等优点,广泛应用于汽车工业、航空航天、模具制造、大型装备装配等领域的质检工作。关节类坐标测量机由6或者7个旋转关节串联而成,靠近基座的关节一般装有力平衡机构,提高了关节类坐标测量机的易操作性;其测角系统由安装在各旋转关节上的高精度角度编码器实现;光学扫描测头应用于关节类坐标测量机上实现了复杂曲面的非接触快速测量;为得到精确的测量模型,研究了多种建模和参数辨识方法并由不同国际组织提出了关节类坐标测量机的性能评价标准。最后介绍了关节类坐标测量机的关键技术和未来发展趋势。     

扫描平面激光坐标测量系统校准方法的优化

介绍了一种基于旋转平面激光单站测角、多站交汇的坐标测量系统,并对其校准方法进行了优化。分析了系统的测角方式和多传感器交汇测量的特点,阐述了基于传统方法的单基站方位信息测量原理及系统结构,并提出了相应的单站结构参数和系统参数校准方法。针对转轴直线和光平面的特点,设计了配套附件并借助经纬仪标定了结构参数,同时通过接收器确定光平面初始位置来实现多站系统校准。为进一步完善校准技术,分析了影响校准精度的主要误差因素,基于此分别对结构参数标定方式和系统校准过程的控制加以改进,研究了一种系统一体化标定方法。实验显示,系统整体测量误差达到0.1mm,证明了提出的校准方法切实可行,提高了校准精度。     

DS18挖掘机的重心坐标测试及误差分析

介绍了挖掘机重心坐标测试的新方法——称重法,先将整个挖掘机放在地磅上称出整机总质量,再将挖掘机一端放在地面上,另一端放在地磅称出挖掘机机体一端的质量,根据力矩平衡原理,从而计算出挖掘机的重心坐标。对大信重工有限公司的DS18挖掘机进行实践测试,并对测试过程进行了误差分析,结果是误差较小。     

视觉引导机器人磨削系统工具坐标系标定方法研究

视觉引导机器人磨削系统中的工具-机器人末端坐标系位姿关系的标定问题是决定磨削精度的关键。为了解决机器人工具坐标系标定时标定精度不高、效率较低的问题,提出一种基于试块磨削轮廓偏差校正的标定方案。该方案首先使用组合优化算法进行高精度手眼标定,其次使用线结构光传感器扫描磨削前后的标准试块建立理想与实际工具-机器人基坐标系位姿关系,并以此推出偏差矩阵,偏差矩阵用来补偿工具-机器人末端坐标系位姿关系,即最终实现工具坐标系标定。通过仿真和工具坐标系标定实验,结果表明工具坐标系的位置偏差达到0.25 mm以内,坐标系三轴的姿态偏差均小于0.01°;通过焊管焊缝磨削实验,得出磨削后的焊缝余高在0.2 mm以内,可满足大多数工业要求。     

ICF靶场坐标系的建立及其监测方法

提出了一种新的惯性约束聚变(ICF)靶场坐标系建立及传递的方法并设计了一种高精度光学标准靶。研制了三台光学视觉监测仪,介绍了监测仪的工作原理及光学系统设计。最后,介绍了标定方法,进行了实验并对试验结果做了分析。分析表明,靶场坐标系监测系统的综合精度为±3.28μm。结果指出,该坐标系建立及传递的方法简单可行,监测系统精度较高,可以满足靶场系统对试验靶的引导要求。