基于双目视觉的工件空间定位方法研究

本文基于双目视觉原理,设计实现了一种对特定工件空间定位方法。首先对双目视觉系统进行标定,根据标定结果进行图像矫正,使用基于区域的立体匹配算法求取视差图,结合特征点对应视差值和标定结果对图像进行三维重构,获得工件表面的高度位置信息;根据工件特征,通过拟合获得的工件一组同轴圆的圆心三维坐标,确定工件在摄像机坐标系下的位置和姿态,实现工件的空间定位。     

摄影测量中圆形目标中心像点计算方法研究

空间圆圆心的像点位置计算是摄影测量系统开发的关键问题之一.透视投影变换把空间圆映射为像平面上的椭圆,而圆中心的像点往往并不是投影椭圆的几何中心.通过分析透视投影过程中的像点误差,提出了一种计算圆中心像点的方法.首先利用空间矩算子对目标投影轮廓进行亚像素边缘定位,接着以光心为顶点、理想的投影轮廓为准线建立椭圆锥,然后在该椭圆锥内构造与之具有投影关系的两个空间圆,并计算它们的法向及中心像点,最后根据标记目标的匹配关系来确定空间圆的平行圆,进而得到其法向以及中心像点位置.实验结果表明,该方法实现了圆形目标中心像点的精确定位,有效提高了三维坐标的重构精度.     

空间圆姿态识别二义性的角度约束消除

为了消除视觉测量中单个圆姿态识别中存在二义性的问题,提出了一种基于空间角度约束消除二义性的方法,并且对姿态求解算法进行了误差分析,为准确进行姿态估算给出了指导性的实验结果。在摄像机已标定的前提下,根据圆特征在图像上的投影椭圆曲线确定了圆心位置和圆平面姿态参数,计算结果存在二义性;利用欧式空间中的角度不变量,识别出圆平面的真实姿态参数,同时确定圆心的真实位置;最后,根据误差传播理论对基于单圆特征的位姿估计算法进行了精度分析。实验结果表明,圆平面姿态角的测量绝对误差在0.2°以内,圆心的定位误差为0.5%,根据圆平面的位姿参数计算的共面直线的距离误差为0.8%。该方法能够准确地识别圆平面的位置和姿态,计算过程简单,结果稳定可靠且具有较高的精度。     

应用虚拟像平面方法的圆柱表面单目重建*

针对圆柱表面重建问题,采用单面阵相机和线结构光构成视觉系统。该视觉系统采用虚拟像平面相机模型,通过构建虚拟像平面上的虚拟投影图像去除畸变的影响,通过虚拟像点和相机光心确定投影射线。提出该模型下相机光心的定位方法;利用两个平行平面上的结构光条的虚拟图像实现结构光的标定。利用线结构光在圆柱表面的光条为空间中一条椭圆弧的特性,首先计算出光条点在结构光平面上的坐标,由此提取出椭圆特征;再利用椭圆的短轴长为圆柱直径的特性获得圆柱的空间方程,实现圆柱定位;最后利用光心和虚拟像点在标定平面的投影点确定投影射线,计算出虚拟像点在圆柱面上的投影点坐标,构成柱面点云,并恢复出圆柱表面图像。实际实验中该视觉系统的测量精度达到双目视觉系统的水平,说明了虚拟像平面方法的有效性。     

基于角度约束的圆姿态识别二义性消除方法

目的：对了消除视觉测量中单个圆姿态识别中存在二义性的问题,提出了一种基于空间角度约束的二义性消除方法,并且对姿态求解算法进行了误差分析,为准确的进行姿态估算给出了指导性的实验结果。方法：在摄像机已标定的前提下,首先,根据圆的投影确定其空间位置和姿态参数,存在二义性;接着,利用欧式空间中的角度不变量,可唯一确定空间圆平面的姿态;最后,根据误差传播理论对位姿计算的方法进行了精度分析。结果：实验结果表明：圆平面姿态角绝对误差在0.2°以内,圆心定位误差为0.5%,重构的空间直线距离误差为0.8%。结论：能够准确的识别圆平面的姿态,计算过程简单,结果稳定可靠且具有较高的精度。     

基于AutoCAD及Pro/E的天圆地方类结构件建模及展开研究

天圆地方类结构件精确三维建模一直是工程上的难点,以前的研究基本上是从各类三维软件的直接应用建立模型,缺点是不能精确建模。本研究基于天圆地方类结构件的表面特征进行精确建模,依据"曲面公共切平面定理",在椭圆锥面上求截面圆,此圆即是三维建模的平面基础,基于此截面圆利用AutoCAD及Pro/E等软件对其进行精确三维建模、获得实体。2D与3D作图有机结合,运用椭圆锥的截面圆性质求得椭圆锥实体,与四棱锥台进行并集运算获得天圆地方实体模型,为其CAD展开及更复杂的组合(相贯)件实体建模打下坚实的基础,同时,对其进行了精确的展开。     

基于空间定位系统的重工工件定位方法

针对目前重工行业小型结构件的定位还在使用传统的机械式样板定位的方法已经很难满足生产和市场的需求,开展了基于空间定位系统的重工工件定位方法研究。使用最新的空间定位系统,激光集成视觉识别零件的几何特征,在3D空间中激光投影准确定位工件,能够极大地缩短操作工时,降低工作强度,提高工件定位精度。该方法对不同的工件产品有极高的兼容性。     

基于单目立体视觉的顶层工件定位方法

设计并实现了一种基于工件模型的单目立体视觉方法,可以获得立体工件堆中顶层工件的空间分布。将立体工件的识别转化为对工件特征面体的识别,通过识别定位特征面体定位工件位姿,依据特征面体对工件的代表性和空间工件位姿聚集度评价识别工件真实性,设置选择阈值,从而得到顶层工件分布。为描述特征面体对工件代表性,以特征面体与立体工件在图像平面投影的可见轮廓线之比和特征面体识别可靠性来进行评价。同时,利用同一工件可能会由多个特征面体识别得到的特点,提出了一种以空间范围内相似位姿工件数量和姿态重合度来评价空间工件位姿聚集程度的模型。     

钢拱架铰接孔视觉定位方法研究

针对钢拱架自动化拼接过程中需要对钢拱架铰接孔进行定位的实际问题,设计了一种基于双目视觉的钢拱架铰接孔定位方法。首先通过模板匹配对钢拱架铰接孔进行初定位,找到感兴趣区域;采用一种新的自适应阈值算法计算阈值,对感兴趣区域进行二值化处理;利用边缘检测和最小二乘法提取得到铰接孔椭圆轮廓特征;然后找到椭圆轮廓上特殊的两条弦,根据空间几何关系,计算空间圆平面的法向量;利用消影线和椭圆参数矩阵,计算铰接孔圆心在图像上的实际投影点;最后基于双目视觉成像模型计算铰接孔圆心的精确空间坐标。实验证明,本方法可实现钢拱架铰接孔高精度定位,满足实际工业需求,为钢拱架自动化拼接提供技术支撑。     

基于ADAMS的椭圆齿轮传动运动学分析

首先对椭圆齿轮传动进行运动学分析,得到从动椭圆齿轮的角位移、角速度与时间的关系曲线,然后根据椭圆齿轮的加工原理,利用VB软件编辑了椭圆齿轮齿廓的精确坐标点,并成功地导入到PRO/E软件中,建立精确的椭圆齿轮虚拟三维模型,并使用ADAMS软件对椭圆齿轮的传动进行运动学仿真分析,最终得到仿真的角位移、角速度与时间的关系曲线,结果证明仿真曲线与理论曲线一致,从而为非圆齿轮的虚拟传动提供解决方法.     

气门锥面磨削工艺对气密性的影响及改进措施

本文针对高性能汽车发动机气门生产中存在的锥面气密性不足问题,对气门的锥面磨削工装进行了分析,以工件制造过程获得的锥面圆度数据及样件数据为依据,分析了加工过程中影响锥面气密性的因素,发现气门锥面磨削装夹方式对锥面的表面质量及圆度影响因素显著,使气门锥面气密性的存在较大差异.由此新设计了定心式弹簧夹具,可提高气门磨削后锥面圆度微观轮廓的一致性,使气门的锥面气密性达到了指标要求.     

一种阵列式柔性夹具的工件定位方法

提出了一种阵列式柔性夹具的工件定位方法。该方法首先采用投影法将工件和柔性夹具之间的定位问题转化为平面图形之间的定位问题,并基于平面区域和点的包含关系生成多组定位方案。然后通过计算定位雅可比矩阵的秩,确定了定位方案的可靠性。最后建立了工件制造误差、定位元件的安装和制造误差到工件定位误差的传递模型,并根据对工件定位的误差要求来计算定位方案的准确性,按照最大偏差最小化的准则来选择最准确的定位方案。工件在阵列式柔性夹具上定位的实例表明所提出的方法能获得满足定位可靠性和准确性要求的定位方案。     

空间圆几何参数的非接触高精度测量方法

分析了空间圆透视投影的数学模型 ,并建立了点的空间三坐标立体视觉测量数学模型。提出了一种基于立体视觉的空间圆几何参数的非接触测量方法 ,根据极线约束求出空间圆在双目立体视觉中的对应匹配点 ,后投影到三维空间求出边缘的实际坐标 ,采用基于空间三维圆最优拟合求取空间圆的几何中心的三维空间坐标和圆半径等几何参数。该方法减小了空间圆透视投影形状畸变引起的测量误差 ,提高了基于视觉方法的空间圆几何参数的测量精度     

锥面胀套的设计与制造

锥面胀套(包括单锥而和双锥面)的制造及使用各有其优缺点。相对来说,工作状态下双锥面胀套由两个锥面支持,外圆面的圆柱度误差要小于单锥面胀套,可以提高工件的加工精度,由于每个锥面的长度缩短,占有的径向空间随之减小,提供了较充裕的设计空间。与单锥面胀套相比,双锥面胀套可用于孔径较小、长度较大的工件的加工。根锯单锥面胀套和双锥面胀套的优点,我们设计了多级环锥面胀套。多级环锥面胀套(一般简称多锥面胀套)是由沿轴向三个或三个以上的环状锥面构成。它的结构如图1所示。其特点是胀套的内锥面和心轴的外锥面的接     

基于椭圆检测的小型工件分拣系统设计

针对分拣系统中散乱堆叠的圆形工件检测和位姿估计问题,设计了基于椭圆检测的双目立体视觉小型工件分拣系统。使用LSD算法提取圆弧支撑线段,经筛选和连接组合后,采用改进的椭圆最小二乘拟合方法直接计算出初始椭圆;对初始椭圆进行层次聚类并筛选,完成椭圆识别。提取特征点,再根据Rosin近似距离筛选角点对左右目椭圆进行匹配并进行三维重建,根据随机抽样一致算法进行平面拟合,并提取圆形工件位姿。根据此结果应用Robot Studio控制机械臂移动和分拣工件。经测试和实验证明,该分拣系统能够迅速和准确地识别工件,完成自动分拣,在工件散乱堆叠的情况下,准确度较传统模板匹配方法大大提高。     

基于UG的标准麻花钻三维实体建模

建立麻花钻的三维实体模型是对麻花钻进行几何设计、制造、切削性能分析和对钻削过程进行仿真研究的基础。基于麻花钻的制造过程,介绍了在三维软件UG环境下,根据标准麻花钻的相关参数进行三维实体建模的方法,采用椭圆弧代替螺旋槽截形生成前刀面,分析了后刀面锥面刃磨法,在此基础上采用改进的新型锥面刃磨法建立后刀面模型,完成麻花钻实体模型。     

北京二机床数控调锥外圆磨床喜获春燕奖

MKS1332×1500数控调锥外圆磨床是在我公司多年来对高精度万能外圆磨床的制造技术的开发、研制基础上,对现有高速数控外圆磨床进行技术创新,开发出的对军工行业中多锥体细长杆类零件的各锥面或各台阶实现一次装夹连续复合磨削的新产品。该设备首次将数控B轴控制技术应用于工件调锥机构,集合气压浮起和液压锁紧技术实现工件调锥的定位准确和响应灵敏;开发了液压连续调整功能的工件辅助支撑部件,实现柔性杆类零件辅助支撑的多点调整要求;开发了具有顶紧力可调、可显示的工件顶紧部件,可对工件顶紧力进行更准确和灵敏的调整;对多锥体连续锥度…     

曲面孔位检测方法研究

针对汽车冲压件因回弹因素的影响,使定位孔位置关系变化而无法装配的问题,提出了一种在冲压件自由曲面上检测圆孔轴向、半径及孔位关系的方法。对曲面上圆孔边缘的三维点进行最小二乘平面拟合以获取投影的初始平面;将边缘点投影到该平面上,并进行坐标系转换获得投影二维点,以便求取其最小二乘圆半径。当圆半径不满足判定条件时,对最小二乘平面进行空间旋转,重新投影迭代计算直到满足判定条件为止。此时最小二乘平面的法向即为圆孔轴向,投影二维点的最小二乘圆半径即为圆孔半径。在获取曲面圆孔轴向及半径的情况下进一步对孔位关系进行检测。结果表明:圆孔轴向精度为0.093 1°、半径检测精度为0.002 775 mm,并可对孔位进行精确检测。     

汽车制动鼓总成定位座结构的改进

我厂为TJ 130系列汽车配套,生产的轮毂带制动鼓总成产品,年产量两万台以上。在精车制动鼓的工序中,当刀具切入工件的一瞬间,工件相对于定位座有一周向微动。由于工件的定位基准面是被压入轮毂的单列圆锥滚子轴承外圈之内圆锥面,其硬度HRC 60。同时又不能使定位座上的定位基准面硬度太高而损伤轴承外圈之内圆锥面。否则,定位座上的定位基准面会很快被磨损而整体报废。为此,我们把定位座的整体结构改为定位座本体和     

柔性装夹机器人工件视觉定位系统设计

针对智能制造平台的需要,建立了基于双目立体视觉的柔性装夹机器人工件定位系统。采用GrabCut算法对采集图像进行图像分割获得目标工件图像;进一步基于SURF特征和极限约束实现工件立体匹配;最后基于视差测距法算法求取目标工件的三维坐标,实现工件的定位。定位误差实验结果表明,定位平均误差为0.276mm,能满足柔性装卸机器人对目标工件的抓取要求。