叶片型面激光检测专机的运动轨迹规划与检测研究

针对现今叶片型面检测方法存在检测效率低、受人为主观判断影响大以及接触式测量易磨损测头与工件表面的问题,提出了一种沿叶片截面轮廓线的法线方向的激光扫描检测方式。通过改进的凸包算法有效划分了叶片理论点,实现分段拟合理论点,提高了叶片理论轮廓线的拟合精度,从而准确规划了激光测头的运动路径;采用四坐标检测系统,实现了激光测头的轴线方向与理论检测点的法线方向重合;利用伺服反馈信号和串口通讯技术,实现了激光扫描检测以及数据的实时采集。通过建立测量平台对912L型号叶片进行了检测实验与检测系统的精度检验。研究结果表明,此检测系统能够实现自动化检测,能够避免测头与工件表面的磨损,有效提高了叶片型面的检测效率且满足检测精度要求。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

非球面补偿板三维面形检测方法的研究

本文对准直激光束检测非球面方法进行了研究。它不用接触被检件表面,同时也无须处理干涉条纹。测量时只要保证激光细束保持一致的入射方向扫描被检表面,用CCD光电探测器检出面形的斜率变化,而后在扫描范围内积分便能获得面形高度。本文以测量光学系统中用于波面补偿目的的旋转对称镜面为例对测量系统进行分析。该系统不仅可以进行一维测量,通过转台旋转亦可进行二维测量,通过面形重构获得三维的被测体面形。给出了三维面形重构方法,并编制数据处理软件,可以把测量数据处理成高度曲线或三维面形。     

扫描测头中CCD摄像机测量模型和坐标转换

基于激光三角法测量原理的扫描测头广泛应用于现代的工业生产中,现已成为人们研究的重点,而CCD摄像机是扫描测头的核心部位。本文通过介绍基于线结构光扫描测头的测量原理,引出了CCD摄像机的测量模型和坐标转换,使其成为研究扫描测头的核心技术。阐述了扫描测头在自主研制的关节臂测量机上的应用。     

三维扫描测头在齿轮测量中心的应用

为了解决三维测头在齿轮测量中心应用上的技术难点,通过构建三维扫描测头的多元非线性模型,规划出基准球的扫描路径,实现了对测头自身的垂直度、直线度、测针挠度以及与仪器坐标轴不重合等误差的校准。分析影响校准精度的因素,解决了三维扫描测头的标定问题,为后续工件的测量奠定了基础。由于三维扫描测头无法精确探测到给定的工件坐标点位置,测量时也无法严格按照预定的路径扫描,无法采取传统的电子展成法得到测量误差值。本文利用空间曲面理论实现了齿轮的测量及误差计算,通过对标准齿轮的检测,验证了方法的可行性,为复杂工件的一次装卡,全自动完成几何误差和形位误差的测量提供了条件,拓展了齿轮测量中心的检测能力。     

便携式激光扫描三维形貌测量系统

介绍了基于双目立体视觉的便携式激光扫描三维形貌测量系统,该系统的测头部分安装了5个激光器,将 扫描速度提高了5倍,而且采用两个摄像机同时摄取扫描激光光条图像,避免了对投射激光的标定过程。根据立 体视觉原理,经图像匹配,可计算得到光条上所有点的空间位置和深度,即被测空间曲面的三维信息。阐述了非 接触三维形貌测量的原理和方法,试验结果证明了系统的可行性和适用性。     

犁臂三维几何模型逆向工程研究

介绍了逆向工程的基本概念,基于RE技术上的三维建模方法:数据采集、点云数据处理、三维模型重建。并以犁臂的三维重构过程为实例———利用ATOS光学扫描仪对犁臂表面进行扫描,获取三维点云数据。将测量的点云数据用Imageware软件进行处理后,再利用UGNX软件的曲面造型功能,实现犁臂的三维模型重构,最后对三维模型的精度进行了检测。说明在产品设计中利用数字化逆向工程技术,可大大缩短产品的开发周期,对快速响应市场产生显著效果。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

基于FPGA工具的关节臂激光扫描测头CMOS图像采集系统

鉴于关节臂激光扫描测头对图像质量、自身重量、体积和功耗等因素的限制,设计了一种基于FPGA的关节臂激光扫描测头CMOS图像采集系统。详细介绍了系统的硬件结构和FPGA的内部模块化设计,结合CMOS图像传感器的工作模式和驱动时序,以FPGA为主控处理器,用Verilog语言编写程序,最终实现对高质量图像的采集、缓存和显示。试验结果表明,设计的图像采集系统方案合理,系统运行稳定可靠,能够获取高质量的线激光光条图像。     

三维激光扫描系统测量方法与前景展望

首先介绍了三维激光扫描技术的基本概念及其主要应用。在此基础上详细论述了三维激光扫描系统测距、测角、扫描及标定的原理和若干方法,进而介绍了三维激光扫描技术的发展现状,并通过对基于不同测距原理的三维激光扫描仪的参数进行对比,得出其适用范围。最后分析了三维激光扫描技术未来的发展趋势。     

大孔径管道4自由度内部检测机器人系统

从结构、控制系统及软件结构等几个角度介绍一种大孔径管道内部检测4自由度机器人系统原创设计方案。由于独特的可变性结构设计,使该机器人能够根据不同规格的被测对象,自动调整本体结构,使其检测有效范围在φ550～1000之内。该系统能够快速完成大型管道内整体三维表面数据采集,在此基础上在线给出表面品质特性分析报告及任意位置内部直径高精度的测量结果。在机器人控制系统的设计中为了克服环境振动干扰对系统检测精度带来的影响,提出自适应振动干扰控制策略,为检测装备在噪声环境下保证检测精度提供了一种有效的解决方案。该系统的软件集数据采集、数据处理、模型构建及表面品质评估功能于一体,而且界面友好操作方便。系统的激光扫描精度可达0.002mm,与高精度内径千分尺检测结果比较差值小于0.005mm。     

基于激光扫描和SFM的非同步点云三维重构方法

室外场景具有测量数据量大、扫描数据易重叠及建筑物表面信息复杂等特点,单靠激光扫描方法能够获得场景精确的深度信息,但缺乏颜色和纹理信息,利用从运动中恢复结构(SFM)方法可获得丰富的彩色信息,但重构精度不高,若将两种设备固定进行在线实时同步测量,易受到测量环境和系统制约不易实现。针对此问题,提出了一种基于激光扫描和SFM结合的非同步点云数据融合的三维重构方法。首先,提出利用手动选择控制点进行7自由度初始配准,再利用迭代最近点(ICP)算法对初始配准结果进行精确配准,最后利用最近点搜索算法将分布在经基于面片的多视图立体视觉(PMVS)算法优化后的SFM数据中的颜色信息与激光扫描的点云坐标进行融合。实验结果和数据分析显示,本文的方法能有效地将激光扫描与SFM点云数据进行融合,实现了室外大场景的三维彩色重构。     

激光在机测量系统的实现

为了能在加工航空发动机关键零部件(如叶片)等复杂曲面零件的过程中实现快速在机测量,研制了非接触式激光在机测量系统。分别介绍了测量系统的工作原理,机械结构和电控系统。该系统主要由激光测头、无线传输电路、可充电锂电池、转接基座、刀柄和外壳等部分组成。为了实现机床的加工模式与测量模式之间的快速切换,其采用刀柄式的安装方式,从加工叶片切换到在机测量时,机床只要运行换刀程序,即可实现叶片加工到叶片测量的转换。此外文中还针对在机测量系统的电控部分研制了通过无线传输的数据采集系统。为了验证所研制的在机测量系统的实用性和有效性,在五轴叶片加工中心上进行了叶片截面测量实验,结果显示其测量精度为20μm,测量时间为10min。验证结果表明所研制的激光在机测量系统能够高效精确地完成叶片型面的测量任务。     

工业坐标测量机器人定位误差补偿技术

由通用工业机器人和视觉传感器组成的柔性坐标测量系统是视觉检测技术在工业在线测量领域的重要应用。工业机器人的机械结构和控制过程复杂,因此其定位误差成为影响系统测量精度的最主要因素,但可以通过修正连杆参数的方式加以补偿。以MD-H运动学模型为基础,建立机器人工具中心点(Tool center point,TCP)的基于相对定位精度的定位误差补偿模型,避免坐标在不同坐标系转换过程中产生精度损失。对与机器人测量姿态有关的柔度误差进行针对性补偿,通过建立柔性关节的弹性扭簧模型,将柔度误差分解为外加负载柔度误差和机械臂自重柔度误差分别进行补偿。标定过程中使用激光跟踪仪作为外部高精度测量设备,只需在单点测量模式下就能实现对TCP的三维坐标采集,大大简化数据采集过程。经过补偿后,标定点处的方均根误差由之前的1.230 2 mm降至0.428 8 mm,验证点处的则由0.723 6 mm降至0.505 4 mm。     

激光跟踪扫描曲面测量的自适应算法研究

针对自由曲面壳体的测量问题,研究了非接触测量时激光束跟踪测量高精度自由曲面壳体的一种自适应测量算法。从测量速度和精度两方面考虑,提出采用圆弧切线外插算法控制激光束跟踪扫描,实现曲面的自适应跟踪测量。采用该算法在三坐标测量机上用激光束跟踪快速扫描测量电力安全帽实物样件,并对其进行实物原型的数字化处理,完成了电力安全帽反求工程测量任务。测量实验表明采用该算法跟踪和测量精度高,测量速度快。     

Error Compensation for Three-Dimensional Line Laser Scanning Data

In this paper, the problem of compensation of 3D line laser scanning data for improved inspection accuracy is addressed. This problem is important, as a 3D line laser scanner is about one order less accurate than a touch probe. The approach taken is to compensate through error characterisation. In other words, a software compensation is performed, instead of a hardware compensation, which is probably more expensive. To do so, the errors associated with a 3D line laser scanning system are first characterised. With error characterisation, an empirical formula is obtained relating the errors to the influencing factors including the projected angle and the scan depth. This empirical formula is used to compensate for the digitised surface data obtained by the corresponding laser scanning system. The results show that the proposed approach effectively improves inspection accuracy.     

曲面工件自动超声检测轨迹规划

航空发动机叶片是典型复杂曲面结构,为实现叶片的自动化超声检测,提出基于曲面点云数据重建的自动化检测轨迹规划方法,在此基础上实现7轴联动复杂曲面自动扫描成像。叶片点云采用线激光轮廓仪配合工件旋转轴自动扫描获取,数据拼接整理后采用数据拟合方法获得曲面轮廓方程,基于曲面上的曲线方程规划加减速扫描轨迹,进一步对各扫描轨迹点进行多轴运动分解,获得包括六轴机械手和工件旋转轴在内的各轴轨迹。实际检测试验表明,轨迹规划算法可以实现叶片自动扫描,获得清晰C扫描图像。     

激光主动测距法在盘煤系统中的应用

针对大型露天煤场设计了一种激光主动测距盘煤系统。对煤堆不需要进行前期整形,就可以测量出煤场的存煤量。这个系统运用了激光扫描技术,通过主动三角测距法对煤堆体积进行自动测量。先对整个区间进行划分,然后对每个区间的几个点进行测量,拟合出煤堆表面轮廓形状,求出每个区间的体积,再累加即可得到整个煤堆的体积。给出了三角测距法的测量公式,并进行了精度分析。介绍了激光盘煤系统的组成,工作原理以及转台的设计,并进行了试验检验。通过试验证明,盘煤系统结构可靠、测量精度满足使用要求。     

利用寻位信息的自由曲面在线测量路径规划方法

自由曲面的高速、高精度、扫描测量是曲面在线检测需要解决的首要问题.为此,提出一种基于寻位信息的测量路径规划方法,使得在满足精度要求的前提下,实现测点优化分布;在此基础上,将自适应控制理论应用在测头自动跟踪控制中,以便测头能够跟随曲面的变化自动调整其位置,完成自由曲面的高速、高精度、扫描测量,理论分析与仿真实验结果表明,所提出的测量方法可行,为曲面的精密测量开辟了一条新的有效途径.     

基于机器人的管道内壁三维重建技术研究

该文主要研究根据排水管道的二维激光扫描信息重建其三维内壁图像的技术与应用。提出了携带二维激光扫描仪的管道机器人对管道内壁进行数据采集及处理的方案;探讨管道内壁的三维数据重建算法,即利用机器人在管道中相对于水平面的二维倾角信息和管道内壁点云的圆柱形几何特征来计算机器人在管道中的姿态,进而得到机器人坐标系相对于全局坐标系的变换矩阵,把不同视点的点云转换到统一的全局坐标系中,对点云进行匹配。实验验证了该文提出的管道三维重建算法的可行性,对于检测管道内部工况具有重要的理论与应用价值。