发动机缸体结合面孔位置度测量方法的研究

发动机缸体结合面倒角孔加工和测量时,其基准为底面及其上的2个定位销孔.由于倒角孔及其基准不在同一平面上,混合使用多个线阵及面阵CCD(charge-coupled device)对倒角孔和定位销孔分别成像,提出了用于孔位置度测量的高精度空间坐标转换算法.最终系统测量数据与作为基准的CMM(coordinate measuring machine)测量数据比对,孔位置最大偏差值为0.030 mm,测量相对误差优于0.03％,测量数据标准差误差小于0.015 mm,在95％置信水平下,系统测量不确定度小于±0.035 mm,系统测量时间小于3 min.在工业现场的大量实验结果表明,提出的倒角孔位置度测量方法能够满足生产线上发动机缸体结合面孔组位置度测量的需要.     

一种在线测量缸体曲轴孔失效的监控程序

有缺陷的曲轴孔会导致发动机曲轴抱死、发动机异响及发动机突然熄火等故障,对车辆行车安全及人员的自身安全有非常大的影响。但实际生产过程中,毛坯、刀具及夹具突然变异可能会导致失效的曲轴孔缸体流到下一工位,存在较大风险。为减小曲轴孔失效的潜在影响,结合实际经验,利用机床测头测量程序,通过对比测量曲轴孔上不同点的坐标值,并加以条件判断,实现了曲轴孔直径及位置度的100%在线测量,使曲轴孔直径及位置度失效的缸体及时报警,达到了避免批量的工件报废的目的。     

齿形链链板视觉集成测量

构建了基于计算机视觉的齿形链链板的测量系统,对直线和圆的边缘定位,提出了新的亚像素算法,计算了齿形链链板的销孔直径及圆度误差、链板节距和两直边夹角,对测量结果进行了误差分析。将图像处理、参数计算、标定等整个测量过程集成起来,通过标准样件对被测零件图像进行坐标变换,确定待测区域并完成标定。实验表明,改进最小二乘直线拟合定位误差是常规最小二乘拟合误差的1/4。而圆的亚像素定位可使CCD的分辨率提高42倍,大大提高图像边缘的定位精度。利用亚像素方法测量时,销孔直径为2.563mm,链板节距为6.296mm,两直边夹角为60.453°,圆度误差为14.7μm。单一链板的整个测量过程不足1s。     

基于机器视觉铸件布氏硬度在线检测技术研究

为实现铸件布氏硬度的在线检测,应用基于机器视觉的布氏硬度自动测量系统采集压痕图像,研究压痕图像滤波、压痕图像轮廓直径提取、直径标定系数等算法。根据压痕图像的特点,提出基于粒子群的Snake模型压痕轮廓提取算法。引入压痕直径标定系数,解决了视觉测量中的压痕直径像素与压痕物理直径的换算关系,并对直径标定系数进行最小二乘法拟合,提高了测量精度。应用布氏硬度在线测量装置对180~210 HBW标准硬度块进行试验测试。试验表明:测量平均误差为0.72%,测量精度在±2 HBW之间,测量标准差为125 HBW,装置重复性好,精度高,完全能够满足铸件的布氏硬度在线检测要求。     

汽车发动机缸体垂直度测量仪

汽车发动机缸体的几何位置精度直接影响发动机的工作性能。为了实现对缸体加工误差的高精度、高效率测量 ,我们研制了一台ＥＱ4 91发动机缸体垂直度测量仪 ,用于检测缸孔轴线相对于曲轴孔轴线的垂直度误差 (要求 <0 .0 5ｍｍ)和位置度误差(要求 <0 .15ｍｍ)。　　1　测量原理图 1所示为发动机缸体垂直度测量仪的测量示意图。测量仪主要由基座、立柱、缸体定位部件、水平方向精密滚动导轨及导轨工作台、垂直方向精密滚动导轨、电子塞规Ａ、Ｂ等部件组成。测量时 ,将被测缸体放入定位部件中 ,移动电子塞规Ａ和Ｂ ,分别插入缸孔和曲轴孔中进行…     

基于机器视觉的十字绣布网孔动态检测与孔位置定位

在利用单图像传感器实现立体测量的基础上,基于十字绣布网孔目标实现了动态检测和质心定位,在检测与定位试验中提取了目标点的质心位置,并与工作平台的实际运动位置作比较分析,实现了对目标网孔的动态检测与孔位置定位。     

机身壁板铆接孔双目视觉定位方法设计

文章对飞机机身壁板自动铆接环节的铆接孔定位方法进行研究和设计。首先采用区域生长法提取图像中铆接孔特征,并通过改进生长判别条件优化检测结果;然后采用双目视觉定位方法计算铆接孔位置,并计算铆接孔相对于像平面的旋转角度。最后实验分别对不同直径铆接孔的不同位置和姿态进行检测,分析了方法的适用范围。     

基于神经网络的壁板铆接视觉测量研究

铆接制孔直径是影响制孔质量的重要参数之一,针对人工测量存在的人为偏差和效率低的问题,提出了一种基于神经网络的机器视觉测量方法,该方法通过图像预处理、ROI提取和图像识别及尺寸测量四个阶段对产品进行检测。图像预处理阶段的目标是通过基于神经网络的镜头补偿模型获得更好的原始图像。检测到的边界可作为滤波图像ROI提取的基础,压缩后的ROI存储在数据库中并由图像识别模块发送,图像识别模块是基于反向残差块构建的,在保持识别精度的同时减少了模型大小和计算时间,孔的图像识别准确率达到94.67%。利用参照物的像素直径得到壁板铆接被测孔的像素直径。实验结果表明,在不同位置的孔直径测量中,本方法的直径测量精确率平均在95%左右。     

以花键分度圆为基准的孔位置度测具设计

针对以花键分度圆为基准的待检测件孔位置度是否合格的问题,设计了一种孔位置度检测装置,并提出其检测方法。采取花键跨棒距固定不变、滚棒与花键的齿槽相配合,通过调节滚棒尺寸来消除齿槽宽公差间隙的定位方式,配合测量销能否通过测量孔来判断孔的位置度是否合格,解决了检测以花键分度圆为基准的待检测件孔位置度是否合格的难题。     

基于3-CCD显微视觉的高精度靶位姿控制

针对高功率激光物理装置中的靶自动准直实验平台,提出了一种基于三路显微视觉的高精度靶位姿控制方法。该方法采用基于图像的显微视觉控制策略,通过对送靶机构的主动运动控制,实现了图像雅可比矩阵的在线自标定;利用增量式PI控制方法对送靶机构进行控制,实现靶的快速定位及姿态调整。本文对比了基于图像的显微视觉控制和之前研究中所提出的基于位置的显微视觉控制两种方法。其中,基于图像的控制方法靶的定位误差为0.07μm,姿态调整误差为0.02μrad;而基于位置的控制方法靶的定位误差为0.16μm,姿态调整误差为0.07μrad。实验结果表明:基于图像的显微视觉控制方法对系统中的运动学误差、视觉标定误差等因素具有较好的鲁棒性,靶定位及姿态调整的精度高且稳定性好。     

基于彩色图像的高速目标单目位姿测量方法

针对风洞分离实验对于视觉测量系统的高精度、大视场、高速的测量要求,提出一种基于单目摄像机的风洞运动目标位姿测量方法。该方法利用单目摄像机进行运动目标位姿信息测量,相比于双目测量方法具有设备简单、视场大的优点。首先提出一种基于靶标特征点相互约束关系的参数优化方法,采用复合式靶标实现摄像机的快速高精度标定;针对目标运动图像处理,提出一种基于图像差叠法和标记点位置估计的图像快速分割与目标定位方法,实现图像特征的快速准确定位;针对单目测量要求及目标运动特性,提出一种基于方向估计标记点布局方式,实现合作标记点的快速识别和提取;最后利用单目视觉原理求解运动目标的位置和姿态信息,通过实验室模拟实验完成了测量系统的精度验证,在1 m×1 m视场范围内,其位移测量精度可达到0.19 mm,俯仰和偏航角测量精度可达到0.18°。     

Microscopic vision based on the adaptive positioning of the camera coordinate frame

Microscopic vision measurement precision has been largely limited by inaccurately calibrated model parameters, because image plane is near parallel to reference plane in the narrow depth of field. This article proposes a method of precise microscopic vision measurement based on the adaptive positioning of the camera coordinate frame. The microscopic vision measurement movably attaches the origin of the camera coordinate frame along the optical axis. By finding the optimal position, the nonlinearity of the objective function in calibration optimization is decreased and the optimization sensitivity to initial values is reduced. Therefore, we obtain a high calibration precision and eventually ensure a high measurement precision. Mathematical simulations illustrate that the calibration precision of the proposed microscopic vision measurement model is higher than that of the conventional vision measurement model. The experiment shows that with magnification of 3.024×, the presented system achieves a precision of 0.12% based on the proposed microscopic vision measurement model, which is two times higher than the one based on the conventional vision measurement model. Microsc. Res. Tech. 75:1281–1291, 2012. © 2012 Wiley Periodicals, Inc.     

基于单目视觉的轴孔零件定位系统设计

针对轴孔零件精密装配过程中单目视觉定位系统的使用困难,设计了一种基于单目视觉的轴孔零件定位系统,提出了基于图像特征的零件倾斜角计算方法,可直接判定零件倾斜姿态.通过对椭圆快速检测算法进行优化,减小噪声影响,实现了高精度检测.最终通过该系统实现了轴孔零件的准确定位,提高了轴孔零件自动装配的成功率.实验证明,提出的方法能够在单目视觉条件下准确得到待装配零件的空间位置信息,满足同轴度要求 １５ μ m 级的轴孔精密装配需求,具有较好的工程应用价值.     

可见光通信与双目视觉的室内定位

提出一种基于可见光通信与双目视觉测量的高精度室内定位方法,旨在为室内移动机器人提供一种精度高、成本低、不易受干扰的室内定位方案。该方法利用双目视觉传感器对LED光源进行成像测量,利用惯性测量单元传感器记录成像测量的三维姿态角,并通过可见光通信技术获取LED光源的坐标信息,最终计算双目视觉传感器相对于LED光源的三维坐标。根据该方法研制了一款基于可见光通信与成像的定位模块,该模块可以利用单个或两个LED光源进行成像定位。当定位模块采用1280×720分辨率的图像时,在2 m×2 m×3 m室内环境中可实现厘米级移动定位,定位频率大于5 Hz;当利用两个相距60 cm的LED光源进行定位时,在三维方向上的定位误差均小于5 cm,同时能够提供小于1.4°的定向纠正。该方法可以为室内移动机器人提供厘米级定位导航服务。     

多目视觉与激光组合导航AGV精确定位技术研究

为进一步提高自动导引车(AGV)的定位精度,提出了一种多目视觉与激光组合导航的精确定位方法。该方法首先提出了一种基于双目视觉实时测量的AGV位姿控制技术,通过多目视觉系统来识别导引线侧的多个圆形标识点完成前瞻预判与精准定姿。采用基于代数距离方差校验的改进型最小二乘拟合椭圆算法来确定各标识中心坐标,结合激光扫描与视觉定位信息,采用无迹卡尔曼滤波算法进行多传感器信息融合,最终实现精确定位。实验结果表明:使用该方法后定位精度明显得到提高,控制曲线更为平滑,定位鲁棒性更好,姿态调整精度可达±0.5°,停车定位精度可达±1 mm。     

基于序列局部图像的尺寸高精度测量方法

为实现大尺寸机械零件的高精度视觉测量,研究基于序列局部图像的视觉测量方法。首先分析机械零件图像边缘的过渡分布特征,提出边缘像素补偿法,消除实际边缘不能精确定位对测量精度的影响。然后以直线边缘距离测量为原型,提出基于序列局部图像尺寸特征的测量方法：对零件进行微小区域成像,生成在空间上连续的序列局部图像;应用相关系数法和双线性插值法获得相邻序列图像的亚像素级尺寸特征线,从而得到各局部图像的尺寸特征;对这些尺寸进行求和与补偿,得到零件的总体尺寸。实验表明,对常规尺寸零件的单幅图像运用边缘像素补偿法,相对测量误差在0.008%以内;对大尺寸零件应用序列图像测量法,相对测量误差在0.01%以内,具有误差积累小的优点,可用于机械零件的精密自动化测量。     

A method for fine positioning of diagnostic packages in inertial confinement fusion experiments

A method based on binocular vision servoing for positioning of a diagnostic package in inertial confinement fusion (ICF) experiments is presented. The general diagnostic instrument manipulator will provide precision three dimension positioning and alignment-to-target capability in ICF experiments. In this work, we focus on the final precise automatic positioning with a binocular vision system. A three dimension image projection vector (IPV), which has an almost linear relationship with the target position in 3D space under the condition of weak perspective, is introduced to extract target position information from binocular image. The difference of the IPV between the current image and the desired image will be used as the input of servo controller. A differential motion model was found for the hybrid manipulator with three degrees of freedom. With this model and the said IPV, the servo strategy will be dramatically simplified compare with general image based visual servo in which the image Jacobian matrix needs estimated online. The experiment result implies that the locating accuracy of the manipulator is less than two pixels. This method can also be used in micromanipulation visual servo field.     

融合五自由度位姿信息的单目内窥镜目标尺寸测量

针对低分辨率、弱纹理、缺少参照物的小场景下内窥镜图像目标测量困难问题,提出了融合5自由度电磁传感器的单目内窥镜下目标尺寸测量方法。首先,分析了基于5自由度传感器的内窥镜定位原理,得到内窥镜沿主光轴方向的位移。接着,以结石目标为例分析了图像目标关键信息的导航采集方法,即通过语义分割网络获得图像目标的轮廓信息,进而与内窥镜主光轴进行重合度判定,记录符合重合条件关键帧的图像目标长度信息与对应的位姿信息。最后,基于针孔相机成像模型,将目标成像比例关系与内窥镜沿主光轴的位移结合,建立了目标尺寸测量方法。实验结果表明：所提方法的测量误差控制在10%以内;对长度1～9 mm目标的平均测量误差为0.33 mm。能够满足单目内窥镜检查中对目标尺寸测量的稳定可靠、精度高、省时省力等需求。     

球形靶标中心成像点的高精度定位

为提高球形靶标中心在像平面上成像点的定位精度,研究了球形靶标成像理论及球心成像点定位方法。建立了空间球在摄像机系统下的投影模型,结合空间解析几何理论,证明了球形靶标的透视投影特性。推导出了球心成像点坐标的精确表达式,并结合测量实际给提出了球心成像点的高精度定位方法。利用仿真实验建立了球心投影畸变误差模型并分析了相关影响因素。最后,结合陶瓷标准球进行了视觉系统位姿参数标定实验。结果表明,该定位方法求得的空间球球心重投影误差比传统的球心成像坐标定位方法产生的重投影误差平均减少了36%,位姿参数稳定性相对提高了40%。得到的结果验证了该球形靶标中心成像点定位方法精度高,鲁棒性强,可应用于基于球形靶标的视觉标定或测量中。