基于激光偏置的齿轮精密测量

在进行齿轮激光测量时,激光束所在的空间直线通常穿过齿轮中心,测量值为激光位移传感器至齿轮渐开线齿面的空间距离。但激光束与被测齿面法矢量的夹角过大,影响测量的精度和数据的稳定性。因此,提出一种激光偏置的齿轮精密测量,使激光束相对齿轮轴线偏置一段距离,激光束与齿面测量点法矢量夹角减小,有效提高激光测量精度与稳定性。计算出了最佳的偏置量范围,通过检测齿轮齿形分析了齿轮的齿距偏差和螺旋线偏差。利用理论推算与实验验证的方法,得出该种测量方法测量精度可达到1μm,测量数据波动小,适用于齿轮高精度测量。     

线结构光三维轮廓测量系统的标定方法

在线结构光360°三维轮廓测量方法中,采用多图像传感器系统可实现物体整体轮廓及局部形貌细节同时高精度测量.为了实现测量系统多传感器同时标定,提出一种线结构光多传感器三维轮廓测量系统的标定方法.以直接线性变换法为系统标定模型,设计含有多特征点的靶标控制场来解算系统模型参数,应用二元全区间插值误差校正方法对物方坐标计算误差进行校正,实现对整个测量系统的标定.并提出了一种基于二维离散傅里叶变换的多分辨率标定靶标特征点提取的新方法.论述了线结构光四传感器测量系统的标定过程.实验结果表明这种标定方法可实现多传感器测量系统高精度同时标定.     

基于双激光视觉成像与BP算法的微小位移测量

针对现有单激光视觉微位移测量方法中利用的图像特征信息不丰富,导致测量结果不精确的问题,本文提出了一种直射与斜射结合的双激光微小位移测量方法,配合BP(Back Propagation)神经网络实现位移的高精度测量。论文采用透镜成像和小孔成像的原理对双激光模型进行理论分析,使用ZEMAX对测距模型进行数值模拟,以验证所提方法的理论可行性与优越性;其次,根据数值模拟结果设计并搭建实验平台进行图像采集实验,提取一系列图像特征作为BP网络的输入,以位移参数为输出,构建位移预测模型。实验结果表明,相比单激光模型,本文提出的双激光位移模型有更高的测量精度,引入BP神经网络后,测量准确度达到99以上。本文为微小位移高精度测量提供了新方法与新思路。     

面向大型零部件的三维形面高精度测量方法

目前,辅助激光视觉测量法已广泛应用于大型零部件的三维形面测量。针对该方法在测量过程中普遍存在的轮廓边界信息获取不准确的问题,提出一种面向大型零部件的三维形面测量方法以获得精确的形面信息和轮廓边界信息。首先,根据光条图像序列采集特性,基于时间流的光条自适应定位方法实现了光条所在区域的实时定位;其次,提出了一种基于光条几何特征突变的边界提取方法,获取光条处的被测物边界行（列）坐标位置;然后,利用光条区域内快速提取的光条中心结果,确定准确的边界特征点坐标,并仅保留边界特征点以内的有效光条中心点;最后,对所提取的有效光条中心进行了三维重建,结合光条扫描实现了整个形面的三维快速测量。实验验证结果表明:该方法可实现被测物三维形面信息的高精度快速测量,同时获取精确的轮廓边界信息,其测量精度达到0.06 mm,且大大减小运算量,满足大型零部件的快速高精度测量要求。     

载人潜水器的深海地貌线结构光三维重建

针对深海环境下通过视觉方法难以实现地貌的大范围、高精度三维重建的问题,提出一种基于蛟龙号载人潜水器的线结构光法深海地貌三维重建视觉传感器的设计方案。根据线结构光三维重建的原理,首先改进了Steger算法,实现了快速、精准的激光条纹中心线提取;然后利用直接标定法求解出地形特征的二维空间坐标,并克服了图像畸变对重建的影响;再将获得的二维点云与多传感器数据融合,跟随潜水器坐标实时计算偏移量,并根据传感器位姿变化对图像矫正,最终获得地貌的三维点云数据。根据重建原理设计了视觉传感器的软硬件系统,并搭建了实验模拟平台来验证方案的可行性。通过水下实验可以实现对模拟地貌的完整重建,精度达到96.9%,符合重建要求。     

关于变位圆柱齿轮公法线长度及其偏差的计算问题

一、引言在齿轮加工中,圆柱齿轮的齿厚可以利用测量公法线长度、分度圆弦齿厚、固定弦齿厚和圆棒跨距等方法来进行控制。其中,测量公法线长度这种方法由于具有简便、测量精度较高、量具卡爪磨损较小等优点而得到了广泛的应用。对于各种圆柱齿轮的跨测齿数和相应的公法线长度,有关资料提供了多种计算方法。但在变位圆柱齿轮的计算方面,有些书和手册上存在这样的问题:即以标准齿轮的跨测齿数作为同齿数的变位齿轮的跨测齿数来计算公法线长度。因此,测量公法线长度时,就可能出现这种情况:正变位齿轮的测量点(量具卡爪与轮齿的切点)移进齿根,负变位齿轮的测量点     

线结构光三维传感器扫描方向标定方法

线结构光三维传感器需要结合扫描机构才能对物体进行三维重构,在使用前需要对扫描方向进行标定。由于各个标定图像的清晰度不同,传统标定方法会多次引入噪声,降低了标定精度。为了减小由图像清晰度不同多次引入的噪声,本文提出了基于联合估计的扫描方向标定方法。在标定过程中,需要使用位移台将平面靶标移动一个固定的距离,使每个拍摄位置处的靶标相对相机坐标系的旋转矩阵相同,同时平移向量的变化由位移台的运动步长约束。通过对旋转矩阵和平移向量增加约束,将平面靶标上的二维特征点拓展为三维特征点;联合所有标定图像进行统一的单应性估计,减小了由图像清晰度不同多次引入的噪声。通过测量量块尺寸进行了验证实验,实验结果表明：所提方法的测量误差相比传统方法减小了约30%,而且所提方法具有更好的重复性。所提方法实现了线结构光三维传感器扫描方向的高精度标定,减小了传感器三维重构的误差。     

基于多视觉线结构光传感器的大尺度测量方法

为解决现有线结构光大尺度测量标定复杂、精度不高的问题,提出了一种基于多视觉线结构光传感器的大尺度、高精度测量方法。多视觉线结构光传感器含1个激光器和多个等间距并排的相机(一主多从),相互间有1/3左右重叠视场(OFOV),光束覆盖所有相机视宽。传感器标定只需简易的棋盘格靶标,按张氏标定法采集靶标图像、标定传统参数;此外,考虑相机视角的不变性,利用OFOV内标定图像的已知特征角点,经图像配准可预标定相邻相机图像拼接的变换矩阵。变换矩阵的逐步连乘得到任意从相机图像转换到主相机成像平面的透视变换模型(PTM)。该方法通过各相机同步采集大尺度物体的局部光条图像,再利用PTM将所有局部光条快速拼接成完整的光条图像,最终经光条坐标提取、换算得到光条位置的三维坐标。实验结果表明:与已有方法相比,该方法使用简便、精度更高,重构模型平均构造深度与真实模型仅差8.3%。     

图像测量技术在微型齿轮测量中的应用

在分析传统接触式微型齿轮测量技术难点的基础上,提出了一种基于CCD图像的微型齿轮非接触测量的方法,采用A102fCCD数字摄像头作为图像传感器,利用图像测量技术对微型齿轮进行非接触测量.主要步骤包括:图像的采集;采用边缘保持滤波器进行滤波、降噪;采用阈值法将图像二值化,并进行边缘检测形成单像素的轮廓边缘;采用随机Hough变换对齿轮中心孔进行提取;系统的标定以及齿轮有关参数的计算等.并实际测量了微型齿轮的齿形误差和齿距误差,对测量精度进行了分析,通过对比试验证明了本系统提出测量原理是正确的、可行的,所开发的软件能够满足实际生产的需要.     

基于机器视觉的齿轮缺陷研究

本文主要研究了在直齿圆柱齿轮的缺陷检验中，采用计算机图像技术的相关理论和方法，对提取到的齿轮图像进行灰度直方图变换、图像分割和数字减影等数字图像处理技术进行处理，以获得减影图像。通过对减影结果进行分析，可以获得齿轮缺陷的相关信息，实现了对齿轮缺陷的快速、准确的检测判断，具有一定的工程实用价值。     

单手肩上投篮动作的激光位移检测技术研究

为了提高对单手肩上投篮动作的准确性,需要对单手肩上投篮动作进行检测,为此提出基于激光图像分析的单手肩上投篮动作激光位移检测技术。采集图像和研究图像关键特征点分布,进行单手肩上投篮动作激光图像特征分析和位移检测处理。基于特征标记方法,进行单手肩上投篮动作的激光特征分析和图谱特征检测,结合模糊图像位移检测技术,进行单手肩上投篮动作的特征分析,采用边缘轮廓特征检测方法,进行激光条纹图谱分析,根据光分辨特性激光位移检测的误差修正和补偿处理,结合形状特征分布实现对单手肩上投篮动作激光位移检测。仿真结果表明,采用该方法进行单手肩上投篮动作的激光位移检测的图谱分辨能力较好,位移参数估计准确性较高,最高检测精度已到达100%,误差较低,最低可达到1%,而且检测时间也低于另外两种方法,最多不超过2 s,有效实现了对单手肩上投篮的动作修正,提高投篮的准确性。     

结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法

为实现大型航空零件三维测量过程中激光光条的快速高精度提取,提出了一种结合分层处理的激光光条亚像素中心提取方法。首先,根据序列图像的结构不变性将高分辨率图像压缩为低分辨图像。接着,通过二次拟合求解低分辨率图像中激光光条中心的法线斜率。然后,将低分辨图像求得的法线斜率还原到高分辨激光光条图像中。进而通过灰度重心判断准则,快速计算激光光条的亚像素中心。最后,采用所提出的方法分别在实验室和大型航空零件装配测试台上进行了复合材料标准样件和复杂零件的三维形貌测量。实验结果表明:该方法的单激光光条重建误差为0.269 mm,三维形面的重建误差为0.268 mm。该方法可有效提高工程零件快速测量过程中激光光条提取精度,满足大型航空零件现场测量的工程要求。     

线结构光视觉传感器二维机器人焊缝跟踪系统

提出了一种基于线结构光视觉传感器示教及纠偏的二维机器人焊缝跟踪方法。利用简单快速的系统标定,视觉传感器分别对焊缝上示教特征点和实际特征点坐标进行测量记录,同时采用模板匹配进行图像处理,测出它们之间的偏差,ABB机器人根据得到的偏差实时调整焊枪位置,从而实现自动跟踪。利用线结构光视觉传感器和ABB机器人设计了实验系统,对所提的方法进行了验证。     

高斯混合分布激光中心线提取方法

针对激光辅助立体视觉测量中的非高斯非对称分布激光条的匹配中心线提取精度较低的问题,提出一种基于高斯混合模型的激光中心线提取方法。首先分析了激光散斑对图像的影响,选择均值滤波方法有效去除激光散斑噪声;然后利用最大类间方差(OTSU)阈值分割方法对光条位置进行粗定位;最后,利用本文提出的高斯混合模型提取激光条亚像素中心线,该模型可准确地描述激光条横截面光强分布特性,从而能够实现光条中心极值点的高精度提取。实验结果表明该方法能够高效稳定的提取激光条中心线。     

激光位移传感器在物体表面形状测量中的应用

激光位移传感器对位移的测量不仅是非接触式的测量方式,而且具有较高的精度,具有广泛的应用。本文研究了一种利用激光位移传感器测量工件上点的二维坐标,从而实现物体形状的高精度测量。通过一维电位移平台带动激光位移传感器扫描物体的表面,然后对测量的数据进行处理,进而得到物体的表面形貌。实验中采用的位移传感器分辨率为0.3μm,一维电位移平台重复定位精度高于2μm。     

三线结构光视觉传感器现场标定方法

三线结构光视觉传感器由于获取信息量大、测量速度快等特点被广泛应用于工业现场测量。为了实现传感器高精度、快速的现场标定,提出了一种基于支持向量机的三线结构光视觉传感器标定方法。首先,设计标定靶标;其次,采集靶标图像后提取特征点亚像素坐标值;再次,基于支持向量机方法建立特征点的图像坐标和三维空间坐标的映射模型;最后,将待标定点图像坐标输入映射模型,即可得到三维空间坐标,实现对三线结构光视觉传感器的直接标定。实验验证,Y轴、Z轴方向上的测量绝对误差均值分别为0.021 1 mm和0.015 0 mm,具有较高的标定精度,且该标定方法标定过程简单、快速,适合现场标定。     

激光视觉传感器的机器人焊缝高精度跟踪系统

以提升焊接机器人焊接精度为目的，设计激光视觉传感器的机器人焊缝高精度跟踪系统。由工业相机和激光传感器、焊接机器人等组成系统硬件架构，获取焊缝激光光源后，将其传输至激光图像传感层。采用激光图像传感器对焊缝激光光源图像进行物理滤波处理，使用工业相机拍摄焊缝激光图像。提取焊缝激光图像特征，依据其特征点位置对焊接机器人进行手眼标定，获取焊接机器人校正向量并将该向量输入到机器人运动控制层内的焊缝跟踪程序内，利用该程序不断修正焊接机器人跟踪行为并向接口电路电机驱动器发送控制跟踪命令，实现机器人焊缝高精度跟踪。实验结果表明：该系统具备良好的启动性能，对焊机机器人手眼标定径向畸变、切向畸变数值均较小，跟踪不同类型焊缝的最低偏差数值仅为0.01 mm,跟踪精度高。     

基于差动共焦的倾角测量传感器

为了解决传统激光差动共焦显微镜（LDCM）无法在测距的同时，进行高精度倾斜角度测量的问题，提出了一种基于差动共焦的倾角测量传感器。在对倾斜表面进行测量时，该传感器首先利用轴向扫描获取的差动响应信号精准定位其焦点位置，然后分析显微镜光瞳面场强分布并提取光斑图像的峰值位置，从而实现对倾角的精准测量。首先，建立聚焦光束经倾斜待测面反射后的光场分布模型，对不同倾斜角度下显微镜光瞳面的场强分布情况进行分析。然后，在分析倾斜光斑特征的基础上，提出了采用改进Meanshift算法进行光斑峰值位置提取的方法。最后，通过实验验证了传感器对倾角测量的有效性。实验结果表明，传感器对倾斜程度（0～8°）测量平均误差为0.011°，对倾斜方向（0～360°）的测量平均误差为0.128°，能够满足利用差动共焦非接触光学探针对三维表面进行检测的过程中，对待测表面倾斜角度测量的要求。该传感器为自由曲面的高精度轮廓测量提供了一种新的方法。     

相位凝固技术中干涉信号调制解调误差分析

为了进一步减小基于相位凝固技术的激光反馈干涉系统测量运动物体微位移时的测量误差,采用MATLAB数值仿真及曲线拟合的方法,对移相间隔和外腔反射面振动幅度引起的系统误差进行了理论分析。在系统实验中依据相位凝固原理对物体运动产生的干涉信号进行采样,获取多组光功率曲线,在光功率曲线上实时判向并标记特征点。根据特征点重构被测物体的微位移曲线,对重构得到的微位移台阶曲线进行多项式拟合以提高测量精度。结果表明,在固定移相间隔为/5、激光器波长为1550nm的情况下,测量分辨率优于/20(77.5nm),实际测量的绝对误差最大值为47.98nm,峰峰值误差平均值小于1nm。相位凝固技术调制解调干涉信号为微位移的方向辨识和高精度测量提供了新的解决方案。     

激光三角测量中图像传感器参量自适应控制

在激光三角位移测量中,为了减少由被测物体表面的反射特性以及测量环境的光干扰对测量的影响,提高测量精度,提出了一种新的图像传感器成像参量的自适应控制方法。推导了图像传感器的成像参量,详细地分析了这些参量对位移测量精度的影响,在理论分析的基础上提出了该方法,并通过实验的方法加以验证。结果表明,该方法能够根据外界环境变化自适应调整成像参量,有效地减小环境的干扰,提高位移测量的精度。