基于最小外接矩形和Hough变换的定位算法

为了实现表面贴装生产线中,视觉机器人适应工件位置变化,自动校正抓取位置,提出了基于最小外接矩形和Hough变换的定位算法。对工件图像进行预处理,分割出目标并增强目标特征;采用格雷厄姆法和凸壳边界旋转法求解目标轮廓的最小外接矩形,引入矩形区域宽高比和最小面积以筛选出目标轮廓的外接矩形,结合图像矩获取中心坐标;分别采用Hough法和主轴法计算目标旋转角度及其偏移量,并进行矢量校正实现精确定位目标。仿真实验结果表明,算法的定位误差不超过0.5 mm, Hough法角度误差不超过0.2°,主轴法角度误差不超过0.5°,满足定位精度要求,Hough法比主轴法计算精度高且计算时间缩短了约35%。最后,经实际生产验证,证实了该方法的有效性。     

基于CMM的线轮廓度误差测量与评定技术

针对动车轮踏面线轮廓度误差检测,研究使用三坐标测量机检测平面线轮廓度误差的方法.以踏面轮廓CAD图形节点数据描述理论轮廓,以实际踏面轮廓探测点数据描述被测轮廓,应用最小二乘法和条件约束优化方法计算和评定线轮廓度误差.该方法的优点是分离和消除被测轮廓与理论轮廓间的位置误差对轮廓度误差评定结果的影响.     

刀具摆角对复杂曲面轮廓精度的影响研究

目的通过优化五轴联动加工中刀具摆角参数,基于后置处理技术提高复杂零件表面加工的轮廓精度。方法针对回转轴非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致零件轮廓精度低,提出了一种摆角优化方法。首先,对回转轴线性插补产生的刀具姿态误差进行分析,控制回转角的摆动幅度大小和初始位置;其次,将线性插补后的刀轴矢量投射到理论上始末两点矢量构成的平面上获得新的插补矢量,通过线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后,以某叶轮试件通过仿真及实际加工实验进行了验证。结果通过摆角优化方法后,叶片轮廓与理论轮廓的轮廓误差由0.08 mm减小到0.04 mm,最大过切量也由0.03 mm减小到0.01 mm。刀具摆角优化后,能大大提高复杂曲面零件的轮廓精度。结论基于后置处理技术对五轴机床回转轴摆角进行优化,在通用算法基础上加载角度优化算法,开发专用的后置处理器处理G代码程序,是一种提高复杂曲面加工轮廓精度的可行措施。实验验证了该方法的有效性。     

基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法

数控机床各联动轴实际动态性能不一致,会降低机床轮廓精度。针对空间复杂轮廓,提出一种基于直线插补的多轴联动轮廓误差控制方法。根据实际刀位点和用直线段逼近刀心轨迹指令曲线时的逼近节点,基于矢量法计算轮廓误差;将计算得到的轮廓误差与当前采样周期的跟随误差相叠加以控制伺服电机。在XYZ联动平台上进行了轮廓误差补偿控制实验,结果表明该方法能显著提高轮廓精度。     

一种基于标记码的AGV小车导航修正方法

在自动导航小车(Automated Guided Vehicle,AGV)系统中,二维码可以用来进行站点识别和位置修正。但是,常见的QR二维码存在解码时间长的问题,为此,设计了一种简易的标记二维码,来加快信息提取的速度。通过对采集的二维码图像进行预处理后,基于轮廓树算法提取图像中的二维码信息,通过与标准图像进行匹配获得AGV在定位块处的位置和姿态,从而实现AGV小车定位误差的消除和姿态调整,并获取与站点相关的信息。实验结果表明:所设计的标记二维码具有鲁棒性好、精度高和较好的实时性。     

管道机器人超声测量轮廓重建方法的研究

针对大型管道内生物附着物状态的高精度测量需求,提出一种利用齐次变换的轮廓重建方法,通过坐标变换使偏移轮廓的坐标校正回准确轮廓的坐标,消除运动位置偏差引起的轮廓测量误差。通过建立管道超声测量实验装置进行实验验证,得到偏移重建后产生的绝对误差为9 mm、相对误差为2.36%,偏转重建后产生的绝对误差为6 mm、相对误差为1.6%,误差落在超声检测系统的厘米级分辨率之内。后续可以通过提高超声检测系统的分辨率提高轮廓检测精度。该方法可以应用于水下管道轮廓检测以及水下机器人基于轮廓的自动定心探测。     

永磁直线电机驱动XY平台精密轮廓跟踪控制

为了减少高速进给率条件下轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差,提出了一种将PDFF位置控制器与模糊交叉耦合控制器相结合的控制策略。首先,通过调节前馈增益,PDFF位置控制器可以综合利用PDF控制和PI控制的优点;其次,基于自由曲线轮廓误差模型来计算轮廓误差,并且提出一种以两轴的位置跟踪误差以及轮廓误差为输入的模糊交叉耦合器来减少轮廓跟踪过程中产生的轮廓误差;最后,空载与负载实验结果表明,与传统的交叉耦合结构相比,该方法在高速进给率条件下可以有效降低XY平台的轮廓误差,并且可以提高轮廓跟踪系统的鲁棒性。     

基于图像处理的余量分配方案设计

针对钻床中的丝杠支撑座零件,提出了一种基于图像处理的余量分配方案计算方法,以加工余量的最小分布误差为优化目标,得到相应的中心孔位置与倾斜角度。首先,通过对粗糙毛坯件的相片进行图像处理,得到中心圆孔内轮廓点和零件外轮廓点数据,基于中心圆孔内轮廓点的离散数据以最大误差最小为目标用圆拟合确定圆心坐标;其次,根据加工工艺要求和工件余量数据,建立了求解加工轮廓面余量分配方案的数学模型,确定工件中心孔移动位置和倾角;最后,展示了一个基于此方法进行余量分配的算例。该算例的结果表明:该方法能很好地处理坯件轮廓上存在的铸造缺陷,有效地替代了传统工艺,促进了加工自动化的发展。     

基于多曲率融合的铣刀缺陷检测

针对传统人工检测铣刀崩刃和多刃缺陷时效率低下、精度不高等问题,提出一种基于形态学多曲率融合的铣刀崩刃、多刃缺陷检测方法。首先,使用色彩阈值分离前后景;然后,使用双边滤波对图像进行滤波处理;随后,二值化图像并去除小连通域的干扰,通过边界跟踪得到刀刃轮廓;最后,使用改进的链码计算机制进行刀刃轮廓曲度的计算,并通过曲度定位缺陷点。经过实验验证,该检测方法具有平均0.8 s每样本的检测速度和92%的检测精度,能满足工业生产在线检测的要求。     

航空频率域电磁法中姿态旋转不变量的姿态校正算法

基于磁偶极子的航空频率域电磁法仪器在飞行探测的过程中,由于吊舱姿态角的变化,使得收发线圈与大地之间的耦合发生变化,从而产生姿态误差。根据误差来源的不同,可以将姿态误差分为方向误差与位置误差两种。为了消除姿态误差的影响,基于层状大地模型,首先推导得到三轴发射、三轴接收线圈架构下的电磁张量姿态旋转不变量,再基于重叠偶极子模型,推导得到吊舱翻滚角及俯仰角的余弦值,进而实现不变量位置误差的校正。与传统的姿态校正算法相比,不变量的姿态误差校正算法无需测量吊舱的姿态角信息。由仿真结果可知,不变量的姿态校正算法可以实现传统姿态校正算法在3种常用线圈架构中的校正效果;在常见的H型与K型三层大地模型下,校正后不变量的相对误差小于0.1%,从而验证了不变量姿态校正算法的可行性。     

陶瓷插芯同轴度光电检测技术及系统研究

陶瓷插芯内孔与外径的同轴度误差是判断陶瓷插芯品质优劣的重要指标,寻求精确高效的同轴度检测方法是陶瓷插芯生产行业多年的追求目标。针对陶瓷插芯同轴度检测问题,提出了一种基于CCD探测与图像测量相结合的同轴度检测新方法,并构建了测量系统。该系统以插芯外圆柱面作为基准,按旋转一定角度采集内孔图像,根据类拐点算法提取内孔图像边缘轮廓;利用最小二乘法拟合内孔圆曲线,求出不同转角对应的圆心位置,多个圆心位置对应的外接圆直径就是插芯的同轴度误差。实验表明:该方法及系统简单实用,在满足插芯测量精度要求的前提下具有很高的检测效率和低误判率。     

基于Halcon的AGV纠位系统研究

针对工业自动导引运输车(AGV)小车在以十字色带为特征标志进行导航,导致路线偏离问题,采用Halcon机器视觉软件,提出一种基于XLD匹配法的纠位系统。对模板图像进行预处理,消除阴影和杂点。通过高斯导数创建新的数学模型,进行滤波,从而获取更清晰的XLD轮廓及较准确的十字色带中心点坐标,创建XLD轮廓模板;进行XLD轮廓模板匹配,得出检测图像十字色带的位置信息,实现定位纠偏。结果表明：基于XLD轮廓形状匹配的方法可以快速、准确、稳定地提取十字色带位置信息,单次检测图像平均准确度为96.93%,平均匹配时间为29.88 ms,纠位准确,具有较高的鲁棒性。     

Code generation and recognition using a modified ejection system in die-casting process

A code-generation and recognition technology that uses a modified ejection system in the die-casting process is presented.To achieve the highest level of quality management,the first requirement in the manufacturing process is to establish a product management system according to the specific product unit.Thus,a method to individually identify each product,such as a barcode or QR code,is required during the production process.Products manufactured in the die-casting process always have ejector pin (EP) marks.Herein,an ejection system was modified to generate a unique code using EP marks.This ejection system has two features:an EP with a modified head to show the direction of rotation,and a function to dependently rotate EPs (five or six EPs) with a constant angle.The EPs are numbered according to the rotation angle.Thus,the EP marks can be viewed as a five-or six-digit code.A program was also developed to individually identify the products by automatically detecting and reading the EPs using deep learning-based object detection and classification technology.     

基于机器视觉的SOP贴片元件的定位检测方法研究

为了提高SOP类贴片元件的贴装效率,提出一种基于机器视觉的定位识别检测方法。针对SOP类封装贴片元件的成像特点,采用中值滤波代替Canny算子的高斯滤波进行图像边缘检测,以便达到更好的去噪效果;根据一定的轮廓周长和面积为限制条件剔除干扰轮廓和引脚轮廓的根部,只保留引脚足部的轮廓;通过计算中心矩的方法得到引脚足部的中心坐标,采用邻接矩阵和改进的最小二乘法相结合的方法计算出元件的偏转角度。该方法简单有效、运算量少、稳定性高。实验结果表明:该算法在保证SOP类元件高精度定位的同时,也能够实现高效率的贴装。     

Position command shaping control in a retrofitted milling machine

A position command shaping controller, hybrid structure of feedforward controller and cross-coupling controller, for accurate contouring in motion control is proposed in this paper. The feedforward controller can improve tracking performance of single axis and the cross-coupling controller guarantees the reduction in contour error for multi-axis motion. When compared with the conventional motion system, this new structure has the advantage that the compensators have a simpler design process than conventional ones and so does its stability analysis. The proposed compensators (or controllers) are evaluated and compared experimentally with a traditional controller on a microcomputer controlled dual-axis positioning system. The experimental results show that the new hybrid structure reduces remarkably the tracking error and contour error. In addition, this new controller can be implemented easily on a majority of motion systems in use today via reprogramming the reference position command subroutine.     

基于单目稀疏法多传感器融合移动机器人定位

针对移动机器人室内定位过程中,单目视觉难适应光照变化、里程计累计误差导致定位误差较大问题,提出边缘侧多传感器融合的定位方法.以稀疏直接法(半直接法)作为单目视觉的前端,实时单目相机估计位姿,通过惯性传感器恢复尺度输出位置信息,并且获取IMU的加速度以及偏航角、里程计当前速度,通过扩展卡尔曼滤波算法融合3种传感器信息,实现更加精确的定位.在移动机器人侧处理传感器读取的信息,从而减小机器人体积.边缘侧混合式多传感器信息融合使移动机器人在单个传感器失效以及无法人为干预时,也能够精确实时地在多种复杂环境中完成自主定位.     

一种进给伺服系统非线性PID交叉耦合控制

提高多轴伺服系统的轮廓跟随性能是现代计算机数控加工的重要应用之一。针对传统交叉耦合控制方法对自由曲线轨迹的轮廓跟踪精度较差以及传统PID控制系统抗扰性和鲁棒性较差的问题,提出一种基于自抗扰控制的交叉耦合轮廓误差补偿综合控制策略,该策略由用于位置环反馈控制和轮廓误差补偿的新型非线性PID (NLPID )、位置伺服控制器 TNP-ADRC 和基于NLPID的变增益交叉耦合控制器组成。在MATLAB/Simulink环境下对方波信号跟踪和标准圆轮廓加工过程中轮廓误差的变化情况进行仿真,仿真结果表明：与传统PID交叉耦合控制相比,该方法不仅能够有效提高系统的鲁棒性以及抗干扰能力,并且能够显著提高多轴运动控制系统的轮廓加工精度。     

基于图像处理技术的刀具热变形测量研究

针对机床预热时刀具变形问题,设计基于图像处理的刀具热变形测量方案,以获得刀具轴向热误差随预热时间的变化关系。采用高速相机采集刀具热变形图像,利用MATLAB软件,通过Canny算法对图像进行边缘提取粗定位。采用亚像素拟合边缘检测方法对刀具边缘轮廓进行精确定位,即运用最小二乘法拟合出刀尖圆弧曲线,从而计算出刀具预热过程中的热变形量,为后续机床热误差补偿奠定基础。