基于毛细力的芯片微操作方法研究

提出一种基于毛细力的芯片微操作方法,可实现微芯片的精准拾取、释放以及与尺寸匹配的基底的高精度自对齐。开发可精确模拟液桥形态的双迭代算法,求解微芯片操作过程中的拾取力与释放力,深入研究基于毛细力的微芯片的拾取以及释放的机理以及必要条件。研究液滴体积、基底接触角对微芯片拾取力和释放力的影响。结果表明,拾取力和释放力均随液滴体积的增大而增大,释放力随基底接触角的减小而增大。进一步通过试验验证基于毛细力的芯片微操作方法的可行性,研究液滴体积对微芯片操作的影响,并统计微芯片操作的成功率。基于毛细力的微操作方法在软体机器人、微机电系统、可穿戴设备的集成等领域具有潜在应用。     

CNC加工动态基准视觉检测新工艺研究

由于CNC加工过程中工序间误差累积,严重影响数控加工精度。为此提出一种CCD视觉检测新工艺来实现加工动态基准的在线检测和误差补偿。研究动态基准的视觉特征提取方法,获取加工基准位置和误差;采用嵌入式控制技术,实现视觉图像的在线采集和处理;视诊测头像普通刀具一样通过标准锥柄安装在加工中心刀库中,通过CNC程序代码实现一体化控制功能。针对汽车关键件的验证,得出视诊测头检测精度达到0.03 mm,与基于触发式测头的CNC在线检测方法相比,检测效率提高近3倍,证明了该检测工艺在检测精度及效率上均能够满足生产线自动化检测需求。     

基于机器视觉的酒液异物智能检测方法研究

针对酒液异物的检测问题,研究了一种基于机器视觉的智能检测方法。将该方法采集的序列图像进行加权滤波预处理;应用中值背景减除和最大熵阈值法提取出可疑异物区域;利用窗口目标搜索匹配法进行异物目标跟踪操作;根据目标跟踪路径来判断酒液中是否存在异物。实验结果表明,该方法具有较低的漏检率和误检率,较高的检测精度,能够实时有效地完成酒液异物检测。     

板材充液拉深动态加载系统开发与应用

液室压力和压边力加载路径是充液拉深工艺中决定零件成形质量的关键工艺参数。针对传统被动加压方式加载路径单一,液室压力较低,不能满足复杂结构零件和高强度材料的成形要求,提出采用闭环控制技术实时调节液室压力和压边力的动态加载方式。设计可控压边和高压增压系统,并应用基于上、下位机的检测控制系统实时调节凸模速度、压边力和液室压力满足设定的工艺参数。在动态加载系统上进行异型结构不锈钢零件的充液拉深试验,动态加载路径下试验件一次整体成形,且表面质量好,贴模精度高。结果表明,充液拉深动态加载系统能够实现复杂加载轨迹和局部高压,适用于复杂结构和高强度材料零件的成形制造。     

工件孔心距的视觉测量

介绍了应用广泛的Hough变换检测圆的基本算法,并根据实际被检测对象作了改进,在此基础上,提出了基于视觉检测技术的薄板零件上孔心距的测量方法.该方法能动态、实时、在线检测,抗干扰能力强,精度合适,可达到生产要求.     

基于机器视觉的试样接触疲劳实时检测方法

为了提高滚动接触疲劳试验中,试样接触疲劳检测的速度和精度,提出了一种基于机器视觉的试样接触疲劳实时检测方法。首先基于灰度值统计,设计算法提取试样工作表面区域,再采用改进的动态阈值对提取的区域进行初步检测。然后设计了陷波带阻滤波器并结合空间域滤波作为疲劳特征精确检测的滤波方法。最后融合形态学处理和Otsu算法对滤波后的图像进行目标分割。实验结果表明,该方法漏检率为0.7%,误检率为3.6%,检测精度达到97.5%,能在线对试样疲劳状态进行精确判定,满足实时检测要求。     

基于切换控制的双相机视觉伺服方法

针对家电产品机器视觉在线检测应用场景中基于图像的视觉伺服不能保证全局收敛和单目视觉反馈不佳的问题，提出一种基于切换控制的双相机视觉伺服方法。首先使用全局相机估计目标位姿，引导机器人运动到期望位姿附近，确保视觉伺服方法能够收敛；然后根据机器人手上相机提供的图像偏差和深度信息，以及全局相机提供的目标速度和姿态实现双相机视觉伺服控制。相对于使用单应性矩阵的位置视觉伺服和混合视觉伺服方法，该方法能够定位与跟踪无标记目标，大幅提升跟踪的精度和稳定性。实验表明，基于切换控制的双相机视觉伺服方法可将控制周期缩短至33 ms,满足传送带速度在0.17 m/s范围内的机器人可获取清晰图像，实现实时跟踪检测。     

基于计算机视觉的旋转构件动态参数检测方法

在机械旋转构件的动态参数检测中,传统的检测法由于需接触检测而难以满足实时检测要求。提出了基于计算机视觉原理的非接触实时在线定量检测方法,设计了以TMS320C6701DSP为核心的旋转构件动态参数检测系统。为实现机械构件的非接触式在线实时定量检测提供新的技术与方法。     

基于PLC控制技术的桥门式起重机挠度自动化检测

对桥门式起重机的挠度载荷值进行计算时,存在额定条件下检测精度过低的问题,故研究基于PLC控制技术的桥门式起重机挠度自动化检测方法。对应桥门式起重机运行结构,按照主梁的自身质量和小车驱动情况,获取均布载荷值和集中受力值;基于PLC技术构建自动化检测模型,选择Q/E闭环监测模式,计算电机控制过程中的变频容量,对桥门式起重机的挠度进行自动化检测。实验结果表明：在跨内挠度检测过程中本方法最大误差值为0.10 mm;以P4测试点为起重机主梁中点,进行跨中挠度检测,本方法挠度检测误差可控制在0.12 mm范围内,说明本方法的检测精度更高。     

显微三维表面重构

介绍了显微立体视觉系统中微观物体表面的三维重构技术,详细论述了显微立体视觉系统的组成,以及从图像获取、显微图像处理、特征提取、立体匹配、摄像机标定、深度确定到最终曲面插值的三维表面重建过程.着重讨论了基于显微图像的特征提取和立体匹配方法,另外在系统论述基于显微立体视觉系统的微观物体表面三维重构的一般方法和步骤的基础上,针对现有方法的不足,指出了改进的方向.     

基于双目视觉和约束条件的行人目标定位

针对行人检测中计算量大、训练分类器耗时和无法满足实时性要求等问题,提出了一种基于双目视觉的行人目标定位方法。该方法利用图像处理技术获取候选轮廓,将轮廓的几何特征作为约束条件来筛选候选轮廓;利用双目视觉获取轮廓的深度信息后,将深度信息作为约束条件对候选轮廓进行进一步筛选。通过深度信息和几何信息的共同约束,识别出行人的头部轮廓,从而实现对行人目标的定位。实验结果表明,该方法减小了计算量,提高了检测精度。     

机器视觉精密测量中的显微光学聚焦

考虑显微光学涉及的聚焦精度对机器视觉精密测量效果的影响,开展了显微视觉环境下对图像聚焦技术综合定量评价的研究。建立了偏移率等系列性能指标,对13组清晰度函数在显微视觉条件下的无偏性、单峰性、分辨力等进行了综合评价,优选出方差函数和Brenner函数分别用于粗聚焦和精聚焦阶段的清晰度计算。建立了分步爬山搜索法,实现了显微自动聚焦。与传统爬山法相比,提出的方法聚焦时间显著缩短,重复精度提高约24%。将建立的自动聚焦与图像测量方法应用于某电液伺服阀衔铁气隙测量中,得到的测量均值与工具显微镜结果相近,而测量标准差可达1.9μm,测量效率也显著提高。最后对伺服阀加电条件下的气隙动力学特性进行了测试,获得了驱动电流-衔铁气隙之间的关系,为在线装配/装调提供了重要依据。     

基于多帧差分与自适应技术的运动目标检测方法研究

提出了动态环境下适用于移动机器人视觉导航的运动目标检测方法,将多帧差分与自适应背景剪除技术相结合,考虑了背景的运动变化和对移动机器人的运动进行了补偿,优化了图像采集频率和摄像机运动速度之间的参数,并选取相应的最优帧数进行差分。该方法获得了准确、完整的检测结果,提高了检测的实时性,可用于视觉导航的智能移动机器人系统。     

面向切屑形成过程的瞬时滚削力模型研究

建立滚齿加工的时变滚削力模型是优化滚齿加工工艺参数、减少滚削力波动、提高加工精度的前提,面向滚齿切屑形成过程建立时变滚削力模型是提高建模精度的最直接的物理方法。针对干切滚齿的切屑形成过程,建立滚刀前刀面运动模型,利用MATLAB生成刀齿运动轨迹的动态链接库。基于SolidWorks进行三维布尔运算,提取未变形切屑几何特征,开发切屑几何模型动态链接库。通过C#调用MATLAB和SolidWorks动态链接库,实现三维运动仿真,进而构建多齿瞬时滚削力模型。通过YK3216CNC滚齿机进行样件加工,结合HNC-SSTT软件进行全行程电流检测,间接测量瞬时滚削力。仿真加工的瞬时滚削力与实测滚削力变化趋势基本一致,表明该模型合理、有效。     

基于形态学图像检测的机械手移栽穴苗识别技术

针对机械移栽穴苗过程中如何有效识别出根系受损的幼苗,进而及时进行分类、补救这一实际问题,提出一种基于机器视觉的移栽穴苗识别方法。该方法根据机械手移栽穴苗特点,对比检测图像土壤基质面积与基准面积;进而通过测定土壤基质完整率,判断样本合格与否。文中从理论和实际的角度说明了形态学图像处理方法处理穴苗移栽图像特点,设计了机械手移栽穴苗识别在线测试系统。最后,对基于形态学图像检测方法的机械手移栽穴苗识别技术和普通图像检测方法进行对比实验。结果表明,本文提出的形态学检测方法对一个72孔穴盘合格检出率提高了6.6%,不合格检出率提高了54.5%。同时,一个穴苗的平均处理时间约为1.82 s。结果表明提出的方法可靠,耗时较短,能够匹配机械手移栽流水线作业时间上的要求,并满足实时处理要求。     

用于机械系统瞬时目标的双视角高速视觉检测系统

基于高速相机研发了双视角高速视觉检测系统。该系统可从不同角度对周期机械运动进行长时间、无接触的同步实时检测,并可自动判断和存储异常动作的瞬时高帧率视频图像。基于机械系统运动特性提取理论,提出了多视角高帧率视频图像的离线处理算法,利用两个高速相机准确建立了样本图像数据库及它们的对应关系。提出了多视角同步实时检测算法,完成了对目标的实时视觉检测,并实现了瞬时保存关键图像的功能。为验证算法的有效性和系统的稳定性,搭建了双视角高速视觉检测系统,对真实的机械系统进行了实验。结果显示,提出的系统实现了500fps的双目高速相机同步检测,以及0.1s内运动目标的自动判断,同时完成了对关键图像的瞬时保存。文中的研究为机械系统的非接触检测提供了一种高速可视化的检测方法。     

基于热像检测与分割技术的磨削砂轮堵塞检测研究

针对磨削加工中的砂轮堵塞检测的难题,提出了一种基于主动红外检测技术和热像图分割技术的砂轮堵塞检测方法。分别运用阈值分割、边缘检测和区域生长三种方法分割热像图,提取了砂轮堵塞量和状态的特征。实验结果表明：阈值分割法提取的砂轮堵塞磨屑的分布出现“偏聚”现象,堵塞特征受选取的阈值影响较大;边缘检测法克服了“偏聚”现象,但仍存在边缘不完整、定位不精确等问题;而基于梯度阈值过滤的区域生长分割法检测结果更客观和准确。把基于梯度阈值过滤的区域生长分割法的砂轮堵塞红外检测结果与显微照相法的砂轮堵塞检测结果进行了分析比较,结果表明基于梯度阈值过滤的区域生长分割的红外检测法可以实现对砂轮堵塞面积和状态的定量检测。     

Water collection techniques at very low flow rates including strong capillary effects

Milli-, micro- and nano-flow calibrations are important in several areas of pharmaceutical, flow chemistry and health care applications where volumetric dosage or delivery at given flow rates are crucial for the process. After developing a facility for the micro-flow range, METAS has developed a facility for flow rates from 50 nL/min up to 400 mL/min. The continuous collection of the flowing water into a beaker on a balance without having droplet formation for a continuous increase of the weighing values is a challenge (dynamic gravimetric method). This technique is often used to determine the flow rate over several orders of magnitude. In this paper, we describe the newly developed METAS piston provers and focus on the water collection techniques used for the flow rate determination of very low flow rates going as low as 50 nL/min by means of the dynamic gravimetric method. One water collection technique is to immerse the outlet needle into the water in the beaker. To reduce evaporation either a saturated environment is created or a layer of oil is added on top of the water. Another water collection technique is applied at the METAS facilities, where the outlet needle is positioned just over glass filters on top of the beaker to collect the water by means of a constant water bridge obtained independently of the flow rate. These two techniques are investigated for comparing the stability of the flow rate determination and the influence of the capillary forces acting due to the water or water-oil surface on the outlet needle and on the water bridge between the outlet needle and glass filters. The technique applied at METAS with the water bridge between outlet needle and glass filter reveals to be more stable for the flow rate determination and corrections due to capillary forces acting on the outlet needle can be neglected compared to the water collection technique with the immersed needle.     

A NOVEL PHOTOELECTRIC CAPILLARY FOR MANIPULATION OF BIOLOGICAL PARTICLES

Dielectrophoresis forces employed to manipulate cells have gradually replaced optical and magnetic tweezers because of the low cost and easy fabrication. This article presents a novel fiber-based photoelectric capillary to manipulate biological materials in aqueous solution. The surface of photoelectric capillary was coated with a hydrogenated amorphous silicon thin film. When the normal fiber face was polished to 45° and placed in solution, the light pattern from fiber projected on the amorphous silicon thin film served as a virtual electrode due to refraction. Therefore, the suspended cells were attracted into the tube based on dielectrophoresis forces. The numerical model of the photoelectric capillary was solved by the finite element method. The optical and electrical fields were studied to confirm the structure of the photoelectric capillary. In addition, particle trajectory tracing based on molecular dynamics calculated the motion of cells which experienced positive dielectrophoresis and Stokes' drag forces. The simulation implied that photoelectric capillary is a useful tool to trap biological particles.