基于定位平台的大尺寸工件视觉测量技术研究

对于大幅面工件的几何尺寸很难进行全尺寸视觉测量的问题,提出一种单目视觉加运动控制联合的测量方法.该方法结合了图像检测功能与运动平台的可移动特点,对大尺度工件进行分区编号,控制直线精密定位平台按逆时针顺序对相应区域进行图像采集处理,并建立一种基于Canny边缘检测与分段序贯最小二乘法拟合求交点的角点检测算法,通过获取先后两不同区域图像角点坐标的偏差,结合定位平台位移信息,实现对大幅面工件的全尺寸视觉测量.最后运用建立的大尺寸工件视觉测量系统对特征丰富的工件进行测量实验,实验结果表明系统在200mm测量范围内可保证0.05mm的精度要求.     

基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统

针对含有遮挡区域、深孔及凹槽等特征的多面体或回转体物体,设计了一套基于立体定向靶标的探针式多视场三维视觉测量系统,并阐述该套测量系统的结构组成和基本工作原理。首先,基于近景摄影测量技术建立立体定向靶标的6个单元模型,计算靶标各侧面角点在各自单元模型内的坐标,再通过单元模型的链接和光束平差,获取全部角点的精确全局坐标,并将其作为立体定向靶标的全局控制点。然后,设计了利用共面角点辅助定位的探针,仍基于近景摄影测量技术解算出角点和测头在探针坐标系中的精确坐标。最后,利用共面的棋盘格角点与其像平面之间的单应性矩阵,推导全局坐标系、探针坐标系各自与相机坐标系的位姿关系,进而求得探针测头的全局坐标。以量块（量棒）的标准长度作为评价指标,在2m×1.5m的视场范围内测量精度优于0.1mm。测量实验表明,多视场三维视觉测量系统用于具有回转体结构特征的水壶测量,能够获取水壶表面全部区域的点云数据。     

基于双目视觉的工件尺寸在机三维测量

由于传统测量方法及仪器设备无法满足在机实时检测工件三维尺寸的要求,本文基于双目立体视觉视差原理,搭建了一套可在车间现场操作的在机测量工件三维尺寸的视觉系统.首先,介绍了改进的基于平面圆靶标的双目视觉测量系统标定方法.然后,用阈值分割算法从背景中识别出待测工件,采用Canny算子和多边形逼近法提取工件轮廓和轮廓关键特征点,并在极线约束的特征点匹配算法基础上,提出一种基于灰度相关的密集型精匹配算法,获得了工件边缘轮廓关键特征点云的三维坐标数据.最后,对匹配所得特征点云进行数据处理和特征拟合计算,得到了工件的关键尺寸.在车间数控机床上对有斜面及孔结构的工件进行了在机测量实验,结果显示,该系统检测精度达±1.3％以上.     

采用光学定位跟踪技术的三维数据拼接算法

为了实现大型自由曲面的三维面型测量,提出了采用光学定位跟踪技术的数据拼接方法。平面靶标作为中介,固定在测量系统上,靶标上的特征点在测量坐标系中的坐标通过中介坐标转换法获得。利用双目立体视觉构建跟踪定位系统,并以跟踪坐标系为全局坐标系,获取平面靶标上特征点的三维全局坐标,求得测量坐标系到全局坐标系的转换矩阵,将测量传感器在不同位置下所测的各子区域的三维数据统一到全局坐标系下,完成大型自由曲面的全局测量。对平面靶标上100个点进行两次测量,实验结果表明：单次测量精度为0.08mm,拼接均方误差小于0.237mm。该方法操作简单、可行,能满足一般的精度要求。     

基于特征点的浮吊工件视觉定位法

提出了一种基于特征点的视觉定位方法,并将其运用于浮吊工件的定位。将摄像机放置于浮吊的工件上方,成像方向对准并垂直于工件以及吊装位置所在基座平面,使其在随工件移动的过程当中能够提取基座平面上人为设置的特征点作为特征,并利用特征点之间的已知物理位置关系、基点的物理位置以及它们在成像坐标下的坐标信息,推算出工件与吊装位置的x—y轴向上的位置关系、相对高度以及工件姿态等信息。通过室内按比例缩小所进行的试验及其所得结果,验证了有效性以及其在浮吊中的可应用性。     

基于视觉技术的边缘跟踪轮廓测量系统

激光跟踪测量法在测量工件轮廓方面具有精度高、实时快速、动态测量、操作简单等特点,越来越广泛的被应用.但激光光束易受气象条件影响,不能全天候使用.针对这一问题,介绍了一种基于视觉技术的工件轮廓的跟踪测量,根据系统硬件平台的具体结构采用边缘跟踪轮廓测量可以加快处理速度,对于图像的实时处理有很大好处.基于视觉的边缘跟踪轮廓测量系统利用传统的图象处理,边缘检测和曲线拟合技术,对CCD拍摄下来的图像进行边缘轮廓提取.并像结束点的坐标.结合可重组测量技术达到了高精度检测工件合格率的要求.     

基于线结构光参考平面的多摄像机标定方法研究

多摄像机视觉测量系统中不同视觉传感器空间分布广,无公共视角,现场标定十分困难。针对多摄像机标定问题,研究了一种基于线结构光参考平面的灵活标定方法。标定过程中,以空间中同时覆盖相邻摄像机视角的结构光平面作为标定参考基准,在不同摄像机视角中,自由移动平面靶标多次,确保每次移动后靶标与结构光相交,并能在各自摄像机中清晰成像,摄像机拍摄靶标图像。提取靶标图像中角点坐标、激光光条特征点坐标。借助靶标平面与摄像机坐标系外部参数矩阵,求解激光光条特征点在对应摄像机坐标系中坐标。通过结构光基准平面内,不同摄像机坐标系中至少3组非共线特征点坐标信息,求解相邻摄像机外部参数。分别进行标定试验和精度验证试验,试验结果表明该方法切实可行。     

形貌视觉测量中立体拼接靶标的设计及应用

设计了一种正六棱柱形状的立体拼接靶标,以靶标侧面6个棋盘格的角点作为全局控制点。基于近景摄影测量技术,建立立体靶标的6个单元模型,通过计算模型内摄站间的相对位姿,推导出棋盘格角点在所属单元模型的局部坐标。以公共棋盘格为中介,确立相邻单元模型的坐标系转换关系。建立靶标的全局坐标系于1号棋盘格,推导该棋盘格平面与其像平面间的单应性矩阵,从而确立全局坐标系和1号棋盘格所处单元模型的坐标系的转换关系。依次递推实现全局坐标系和每个单元模型坐标系的转换,进而计算出全部靶标角点的全局坐标,再经光束平差算法获取精确值。以玻璃表面棋盘格的角点间距作为评价指标,拼接精度优于0.15 mm/m。基于立体拼接靶标的拼接试验表明,实体模型表面4个子区域的局部点云可被精确地拼接成整体点云。与基于全局控制点和平面靶标的拼接方法相比,本方法亦具有更高的拼接精度。     

基于线结构光参考平面的多摄像机灵活标定方法研究

多摄像机视觉测量系统中不同视觉传感器空间分布广,无公共视角,现场标定十分困难。针对多摄像机标定问题,研究了一种基于线结构光参考平面的灵活标定方法。标定过程中,以空间中同时覆盖相邻摄像机视角的结构光平面作为标定参考基准,在不同摄像机视角中,自由移动平面靶标多次,确保每次移动后靶标与结构光相交,并能在各自摄像机中清晰成像,摄像机拍摄靶标图像。提取靶标图像中角点坐标、激光光条特征点坐标。借助靶标平面与摄像机坐标系外部参数矩阵,求解激光光条特征点在对应摄像机坐标系中坐标。通过结构光基准平面内,不同摄像机坐标系中至少3组非共线特征点坐标信息,求解相邻摄像机外部参数。分别进行标定试验和精度验证试验,试验结果表明该方法切实可行。     

基于2D激光扫描的基准检测技术研究

在机器人自动制孔系统中,基准孔检测的准确性会直接影响整个机器人制孔过程的位置精度。为获取基准孔孔位准确信息,采用激光扫描的方式对基准孔进行检测。设计了2D线激光扫描在基准平面内点云的三维转化方法,通过分析基准孔在扫描仪坐标系下点云的分布特点,提出了一种基于坐标差值的基准孔边界提取算法。通过设定相邻点云在线激光扫描仪坐标系下z轴的坐标差值获取边界点,实验验证该算法能有效地去除点云中的噪声点,获取准确的基准孔边缘特征信息,进而得到准确的基准孔孔位信息。     

基于显微视觉的毛细力动态检测方法

针对微操作进程中毛细力实时检测的需求,提出基于显微视觉的毛细力动态检测方法。通过Hough变换的微球对象定位和归一化的平方差相关性的操作工具跟踪方法获取实时位置信息,确定液桥兴趣区域。基于Shi-Tomasi角点检测的液桥端点识别方法提取液桥轮廓,并求解毛细力。搭建显微视觉测量装置,分析检测进程和检测精度。结果表明：平面-球面配置下的动态毛细力的平均检测精度为1.65 μN,且可实时获取接触角、液桥体积等参数。     

数控机床的精准定位和数字化功能在工件测量中的应用

数控机床除了其高精度的加工功能外,还可结合测量工具及CAD软件对工件进行一定精度的测量、测绘,检测一些用常用量具无法检测的尺寸以及测绘某些不规则的工件轮廓。阐述了如何应用数控机床的精准定位功能和数字坐标功能以及结合CAD软件对工件进行尺寸检测和测绘的方法。     

基于影像测量技术的工件主动寻位问题研究

针对大型回转类工件安装时人工找正劳动强度大,效率精度低等问题,提出了一种基于影像测量技术的主动寻位安装方法.同时结合测量中的关键问题,首先利用改进的Sobel算子边缘检测算法,充分提取工件图像边缘信息,然后采用高斯插值对轮廓边缘进行快速亚像素定位,最后用坐标变换和最小二乘拟合方法,实现了工件在机床工作台上的精确定位.实验结果表明,该方法定位精较高,可满足大型工件快速安装要求.     

宽厚板板形测量系统与标定方法研究

针对当前宽厚板板形在线智能化检测的需求,设计一种单激光器多相机的宽厚板板形测量系统,提出一种基于唯一激光平面的多相机坐标系姿态校准标定方法。板形测量系统由分别位于宽厚板矫正机前后的两个相同的子系统组成,子系统采用多相机测量视野拼接的方式,实现宽厚板板形的检测;利用相邻相机公共视野中同一姿态标定板世界坐标系的唯一性,将多个相机的坐标系映射在基准坐标系下,根据实际激光平面的唯一性将多个相机坐标系统一为同一姿态,并通过统一坐标后相邻相机点云数据的位置关系,实现多相机测量数据的快速拼接,完成多相机结构光测量系统坐标系的标定。试验结果表明,该方法准确有效,为大视场结构光三维测量提供了一种有效的测量标定方法。     

基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统

针对移动大尺寸圆柱体工件两端的表面形貌特征,利用三维激光扫描仪设计了一种快速长度在线检测系统。基于三维激光扫描仪可在短时间内连续高速获取大量测量数据的特点,系统在虚拟环境下构造出自适应测量形状的虚拟测量基准面,采用二维误差分离方法抑制系统误差和运动误差,识别定位工件两端端点并计算其到虚拟测量基准面的位移;最后结合多传感器融合模型获取三维位移场测量结果。另外,测试前用三坐标测量机精密测量过的相似形状圆柱体工件对系统进行了校准修正。为验证系统的精度和可靠性,分别对处于（1 000±25）mm内不同直径的圆柱体工件进行了长度检测。结果显示,系统可在1 s完成直径约为50 mm工件的长度测量,检测分辨力为0.010 mm,检测精度达到0.050 mm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和高效性,可满足在线生产中对大尺寸工件控制和检测的要求。     

基于双频激光干涉技术的轴径测量原理的研究

大型工件内外径测量点的瞄准和定位是大直径测量中的一个关键技术,也是国内外未能很好解决的测量问题.采用激光准直仪出射的高稳定光线瞄准和定位吸附在被测工件直径两端点上的两个磁性定位块上的光电接收器,同时使用双频激光干涉仪直接测量出这两个光电接收器中心间的距离,通过几何计算得到被测直径大小.实验表明,该方法测量精度较高,测量系统的相对误差小于5×10-6.     

基于圆点阵列靶标的特征点坐标自动提取方法

以用于摄像机标定的2D平面圆点阵列靶标为研究对象,提出一种在复杂背景环境下,无需人工干预,自动提取靶标标定特征点图像坐标的方法。对摄像机标定图像进行自适应阈值分割,将其转换为由多个连通区域组成的黑白二值图像,根据靶标图案的形态特征,首先对图像上的连通区域进行面积判断,初步剔除非目标区域;然后对其进行特征识别,提取出靶标图案区域;再对靶标图案区域进行轮廓提取,使用最小二乘椭圆拟合的方法,计算得到靶标各圆点中心的图像坐标;最后对各标定特征点进行定位操作,确定其所对应的圆点在7×7圆点矩阵中的位置。     

单台相机三坐标测量的一种新方法

按照常规摄影测量,如果仅使用一台相机而要获取点的三维坐标则至少需要在两个不同的位置进行摄影。这里则提出了利用单台相机仅拍摄单张像片来获取点的三维坐标的测量方法:借助一根带有3个以上已知标志点的辅助测量棒,利用共线方程和辅助测量棒上3个以上标志点先建立测棒坐标系与摄影测量坐标系的转换关系,再通过坐标转换即可得到辅助测量棒测头(所接触的待测点)在测量坐标系中的坐标。另外,通过试验验证了此单台相机测量原理及所达到的相关精度。     

基于改进形状上下文特征的工件识别与定位

为了满足自动化装配线中工件自动上料作业的需求,提出了一种基于改进形状上下文特征的工件识别和定位算法。首先对图像进行预处理,然后进行阀值分割提取轮廓图像,利用改进的形状上下文特征检测算法在已检测出的轮廓中识别工件轮廓。与传统形状上下文特征算法不同的是改进形状上下文特征检测算法采用直方图结合Harris角点进行特征生成与匹配,加快了匹配速度。实验结果表明,本方法具有较高的精度,对环境变化有一定的适应能力,能较精准地对工件进行定位。     

传动元件的有控点共轭啮合运动几何测量法

一、概述就传动元件几何形状精度的评定观点及相应的测量方法和原理而言 ,其测量法大体可分为三类。1 .几何坐标测量法这种测量法的基点在于被测件是一个几何实体。建立一个基准测量坐标系 ,将被测工件 (它有自身的坐标系 )放置在该测量坐标系中去进行度量。按照工件坐标系和测量坐标系的关系 ,测量出该工件上被检测轮廓形状 (点、线、面 )和理论虚拟几何体上相应处轮廓形状 (点、线、面 )的差异 ,它可归结为测量对应点坐标位置的差异 ,即测量头与被测传动元件之间为点接触 ,所测量的误差数值 ,为被测工件表面实际轮廓上对应该检测点的轮廓…