多高度小零件视觉测量方法设计

设计一种综合应用激光三角法和二维机器视觉测量技术测量方法,实现对多高度小零件二维几何尺寸的测量。首先在测量高度范围内,利用线结构光进行高度测量标定,采用多项式拟合建立线结构光成像位置与高度的关系;用精密圆形靶标对不同高度平面进行二维尺寸标定,分别考虑不同高度平面坐标系映射到图像坐标系后光学放大率不同和坐标系间的不平行,CCD摄像机阵列垂直方向与水平方向不一定垂直的情况,以及光学镜头畸变等得到不同平面所在高度的二维尺寸测量标定参数,由此建立起各二维尺寸标定参数和高度的函数关系。对具有不同高度的小零件进行测量,并与三坐标测量机结果进行比对,多次测量的高度最大误差小于0.032mm,二维尺寸最大误差均小于0.08mm。     

非线性尺寸链及在机械制造工艺中的应用

从尺寸链中封闭环与各组成环之间的数学关系出发,提出非线性尺寸链的概念;并以误差和全微分原理为基础,给出尺寸链分析过程中的3个数学模型;论述了3个数学模型之间的关系与各自的功能;以此为基础总结出了规范化的尺寸链误差分析计算的统一求解方法。运用非线性尺寸链原理和方法,对机械制造工艺中定位误差问题、孔系坐标变换问题进行了分析与计算,通过实际应用说明了非线性尺寸链的特点。     

[误差建模及精度保证方法]双五轴数控铣削机床旋转轴误差辨识方法

为了快速、系统地辨识双五轴数控铣削机床旋转轴几何误差,提出了一种基于R-test的误差测量辨识方法。根据R-test误差模型研究误差测量值与各项误差参数的关系,辨识旋转轴各个几何误差项以得到旋转轴的安装误差和运动误差;利用最小二乘法原理平面圆拟合和直线拟合的方法分别辨识出2项位移误差和2项垂直度误差;基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立刀具坐标系与工件坐标系的齐次坐标变换模型,并辨识出3项移动误差和3项转动误差;最后,根据所得辨识值对X向和Y向位移误差进行补偿。实验结果表明,补偿后X向和Y向位移误差明显减小,误差补偿结果验证了测量、辨识的准确性和有效性。     

双五轴数控铣削机床旋转轴误差辨识方法

为了快速、系统地辨识双五轴数控铣削机床旋转轴几何误差,提出了一种基于R-test的误差测量辨识方法。根据R-test误差模型研究误差测量值与各项误差参数的关系,辨识旋转轴各个几何误差项以得到旋转轴的安装误差和运动误差;利用最小二乘法原理平面圆拟合和直线拟合的方法分别辨识出2项位移误差和2项垂直度误差;基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立刀具坐标系与工件坐标系的齐次坐标变换模型,并辨识出3项移动误差和3项转动误差;最后,根据所得辨识值对X向和Y向位移误差进行补偿。实验结果表明,补偿后X向和Y向位移误差明显减小,误差补偿结果验证了测量、辨识的准确性和有效性。     

足部三维测量系统中CCD传感器的全局标定

介绍了足部三维形貌测量系统的原理以及利用测量系统已有的一维运动机构和专用标定组件对测量系统所有CCD进行全局标定的实用方法。建立了基于光平面坐标系、标定坐标系、一维运动机构坐标系和CCD图像坐标系的测量系统模型;在测量系统一维运动机构的控制下,光平面分别对标定组件中两个斜面进行扫描,求取两个斜面上扫描线在光平面坐标系中的交点坐标,并根据光平面坐标系中交点坐标和CCD图像坐标系中交点坐标的对应关系,采用坐标映射方法建立光平面与CCD图像坐标系之间的坐标转换关系;确定了基于坐标系之间转换参数的优化目标函数,并根据标定块的标称值和实际测量结果,利用POWEL直接优化方法对坐标系之间的转换参数进行了优化。测量结果表明,单个CCD重复测量误差＜0.062 5%;4个CCD测量值相对误差＜0.365%。实验结果表明,所述全局标定方法减小了一维运动机构、光平面和足支撑玻璃平板之间安装调节误差以及CCD等器件非线性带来的影响,且简便、实用、不需要其它精密标定仪器,可以对测量系统进行现场标定。     

基于平面光栅的机床几何误差测量与辨识

几何误差是影响数控机床准静态精度的重要因素,针对几何误差测量、辨识问题,提出基于平面光栅的面—线机床空间几何误差辨识方法。依据多体系统理论和齐次坐标变换方法建立了三轴数控机床21项几何误差元素与3项误差向量之间的映射关系;规划了3个相互垂直的平面内的测量路径和辨识方案,通过单轴运动和两轴联动的形式可连续测量每个平面内的5条直线,进而依次确定垂直度、俯仰和偏摆误差、定位及直线度误差、滚转误差,减少了多次安装过程中安装误差累积对测量结果的影响;通过基于面—线法的21项几何误差测量和辨识实验,并与基于激光干涉仪测量辨识结果对比显示,平面光栅测量结果与激光干涉测量结果的空间误差向量最大偏差为2.4μm,平均偏差为0.77μm,验证了该方法对辨识机床精度是准确、有效的。     

CCD摄像法在工件尺寸测量中的应用

建立了用于工件尺寸测量的 CCD摄像测量系统。讨论了 CCD摄像测量法的基本原理 ,简要介绍其软件系统 ,给出了部分工件尺寸的测量结果。实验表明 ,测量系统可快速、精确、非接触地测量工件的边长与直径等尺寸 ,测量精度误差小于± 2 .5 %。     

微型晶振平行缝焊平台误差建模及分析

平行缝焊平台的误差分析对于微型晶体谐振器封装质量具有重要意义。针对平台的精度需求,分析了误差源,确定了误差传递主路径;基于误差的传递规律以及平台结构特点,改进了齐次坐标变换方法,建立3个特征坐标系,并分析加工误差和装配误差对平台位置误差的影响;建立平行缝焊平台中X-Y平面和Z轴方向零件装配时的误差模型,并基于这两个基本模型建立平行缝焊平台的位置误差通用模型;通过MATLAB软件上对所建立的误差模型进行仿真分析,验证了模型的正确性,并在满足重要尺寸精度要求的前提下,求得了允许的误差变化范围。     

二自由度平面冗余并联机构杆件长度的误差分析

为获得平面冗余并联机构各杆件长度尺寸误差关系,进行了机构的位置建模,优化了误差尺寸。并联机构参考固高GPM2012机器人,选取顺时针构型,利用2条驱动闭链,建立了该机构的输出点位置方程组和误差方程,运用泰勒公式展开,获得误差项,定义了杆件误差影响系数,同时遍历工作空间,获得各杆件误差影响系数分布图,指出在并联机构中,各杆件基本长度相同情况下,不同的误差尺寸对输出位置影响不同。最后,采用优化设计的方法,给出了多种情况下的杆件误差比例关系。     

相关性误差与轴系精度分析

本文通过讨论精密轴系零件尺寸误差与形位误差的相互关系,指出了现有有关文献中以独立原则为基础进行轴系精度分析和综合的方法存在的不足之处。文中以圆柱形轴系和平面轴系为例,论述了轴系零件尺寸误差与形位误差对轴系精度的综合影响。指出了对具有相关性误差的轴系进行精度分析与综合时,应以相关原则为基础处理尺寸误差与形位误差的关系,并合理地规定轴系零件的相关公差。     

LAMOST焦面板视觉检测中透视误差的研究

针对LAMOST焦面板上光纤孔位置精度的视觉检测中,透视投影变换存在透视误差的问题进行了研究。利用三维坐标系的平移、旋转变换将焦面板坐标系变换到摄像机坐标系,根据空间透视投影理论,将焦面板上孔的坐标点投影到像平面上并引入空间透视误差数学模型,利用Matlab编写程序计算出任意一个孔的透视误差值,并对其进行了仿真分析,得出了LAMOST焦面板视觉检测中透视误差的变化规律。     

Study on the influence of geometric errors in rotary axes on cubic-machining test considering the workpiece coordinate system

Evaluating the influence of geometric errors in rotary axes is a common method used by a five-axis machine tool for improving the machining accuracy. In conventional geometric error models, the table coordinate system is considered as the final workpiece coordinate system. In this study, an additional workpiece coordinate transformation was proposed to identify the influence of geometric error. First, a cubic machining test was conducted. Second, the necessity of workpiece coordinate transformation was analyzed, and a method for coordinate transformation was proposed. In addition, both machining simulation and an actual machining experiment of the cubic machining test were conducted to verify the efficiency of the proposed method. The results indicate that the workpiece coordinate transformation is an essential part of the geometric error model for accurately simulating the geometric error influence. The method for identifying the geometric error influence considering the workpiece coordinate transformation is applicable in manufacturing.     

用坐标法在数控机床上加工管板类工件的管孔位置度误差研究

以坐标法在立式加工中心加工大型管板类工件上的管孔为例,说明了工序尺寸链组成.对单个孔的位置度极限误差、任意两孔的中心距尺寸极限误差及其影响因素进行了分析,得出了单个孔的位置度极限误差、任意两孔的中心距尺寸极限误差与被加工孔在机床坐标系中的位置有关、与工件的移动路径和加工顺序无关的结论,对合理评价被加工件的质量具有普遍的指导意义.     

铲齿铣刀刃磨后对螺旋槽加工精度的影响分析

螺旋槽多采用铲齿成型铣刀加工,刀具沿前刀面刃磨后刃形不变,但其直径将减小,使计算出的铣刀廓形发生变化,其加工的螺旋面端面廓形将产生误差。给出可求出工件端面的截形坐标计算式和实际加工的工件螺旋面方程式,可推算出工件截形与螺旋面的加工误差。     

基于单目视觉的激光光束方向标定研究

在由激光位移传感器组成的测量系统中,激光光束的方向是一个关键参数.方位角和俯仰角对于一条激光光束是最为重要的两个参数.本文中提出一种基于单目视觉的激光光束方向测量方法.首先,将CCD相机放置于基础平面上方,保持相机光轴与基础平面接近于垂直状态,并利用误差为10μm的圆孔型标定板建立单目定位模型.然后将激光光束发生装置放置在基础平面上并保持位置固定,同时在基础平面上放置特制靶块,使激光光束可以投射到靶块斜面上并形成一个激光光斑.在基础平面上方放置的CCD相机可以清晰的采集到激光光斑、靶块斜面的图像,应用相关算法提取出光斑质心的二维图像坐标.沿激光光束方向以相等间距移动靶块,通过CCD相机采集每移动一次靶块在当前位置下的光斑、靶块图像.利用相关的转换公式,结合靶块本身固有参数,将光斑质心图像二维坐标转换为基础平面下的空间三维坐标.由于靶块的移动,会得到靶块不同位置下激光光斑质心的三维坐标,将这些三维坐标拟合成空间直线表征待测激光光束.拟合直线得俯仰角即为待测激光光束的俯仰角.实验中,应用高精度仪器对靶块参数进行测定,并使用高精度标定板标定相机内外参数建立相应的定位模型.测量精度主要通过单目视觉定位精度、光斑重心提取精度来保证.结果显示,待测光束的俯角最大误差达到0.02°,光束间夹角的最大误差为0.04°.     

基于主动寻位与状态记忆安装技术的工件位置精度研究

介绍了主动寻位与状态记忆（IL8-SM）安装技术的工作原理，提出并详细分析了工件在多工序转换过程中，IL＆SM夹具系统对工件加工特征位置精度影响的误差运动学原理；基于齐次坐标变换的方法研究了误差建模的规律，给出了描述工件位置误差的通用数学模型，为消除箱体（包括定位元件）原始误差对工件及其加工特征位置精度的影响提供了理论参考。研究结果对IL＆SM安装技术中采取误差补偿控制策略以提高工件加工精度等具有一定的参考价值。     

Automatic transformation between water level meter measurement data and altitude on the large-scale physical model

The water level is one of the most important physical parameters of the physical model experiment. A large-scale physical model usually has many water level meters, It is an important basis for the accurate simulation of the water level to determine the transformation relationship between those level meters readings and the altitude in the prototype. Based on collimated characteristics of laser and image processing by binarization of gray image and character segmentation, an automatic transformation system was developed to improve transformation accuracy. The main idea is to use laser scanner to build a reference plane, then light illuminates the water level meter, so that the CCD on the top of the water level meter could gather the laser beam and convert light intensity to image signals. With further image processing, such as threshold transformation, the system can get the coordinate of laser center. Due to the fixed relationship between the coordinate and the water level meter measurement data, then the system can found transformation relation between water level meter and altitude automatically. Experiments show that comparing with the manual calibration, relative error of automatic calibration water level meter altitude conversion decreased from ±1.34% to ±0.19%.     

考虑热误差的双转台机床工艺误差谱预测方法

五轴数控机床的几何误差和热误差是影响工件加工精度的两个重要因素,对这些误差因素进行分析可以有效提高薄壁件工件的加工精度。本文首先基于齐次坐标变换法,建立了双转台五轴数控机床的旋转轴几何误差模型;然后基于对标准球进行在机接触测量,辩识得出两旋转轴的12项几何误差,这些误差考虑了两旋转轴之间的相互影响和其热误差的影响;最后分析五轴数控机床加工空间的几何误差场,在该加工空间内几何误差从中心到外侧逐渐增加,当A轴旋转角度增加时,误差的最大值也随之增加。与其它位置误差辨识方法相比,本方法的测量精度符合加工要求,测量时间只需要30 min。