光学三维形面分区域测量数据的拼接研究

根据空间坐标组合变换原理 ,提出在三维形面相邻子区域重合区人为引入空间非共线三点以实现测量对象全形面数字化的方法 ,分析了测量数据的合成精度 ,并以光切法三维测量系统作为应用对象进行了实验研究。结果表明 ,利用该方法实现三维形面分区域测量及后序多片数据拼接 ,具有速度快、精度高、可操作性强等特点。     

FTP中采用双帧条纹消除阴影影响的高度拼接讨论

在FTP测量中,阴影和条纹断裂会影响到正确三维面形的恢复,本文采用两帧条纹来避免阴影对物体面形恢复的影响.提出利用调制度信息来确定从两帧条纹图中恢复的高度图像的拼接区域,并用最小二乘法进行拼接的方法.既避免了阴影对测量的影响,增大了FTP的测量范围,又提高了测量精度.通过实验验证,此方法能有效性地重建具有陡峭变化物体的三维面形.     

激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统

现今随着大型工件制造、装配需求的增加,对此类产品的制造装配精度的需求也在不断地提高。高精度的测量和控制成为制约高端制造业发展的一个重要因素。对此文中研究了一种基于激光跟踪绝对测长多边法三维坐标测量系统,该系统由四台绝对距离测量激光跟踪仪和上位机构成,既充分利用了绝对激光干涉测距的精度优势和断光续接的能力,又避免了传统激光跟踪仪角度测量带来的误差。同时,为提高自标定算法的精度,提出并研究了一种依赖距离的残差模型。通过实验表明,该系统实现了在20 m大范围空间内小于20 m的测量误差,测量不确定度为12.3 m。较之单台绝对激光跟踪仪系统的精度有很大的提升,实现了在工业现场在线、高效、精密的三维坐标测量。     

基于iGPS的复杂曲面三维形貌机器人柔性测量技术

针对工业机器人和形貌传感器组成的三维形貌机器人测量系统精度低的问题,提出一种基于室内全局定位系统(iGPS)的三维形貌复杂曲面测量系统,并介绍了该测量系统的总体设计方案,建立了相应的数学模型。对长度测量精度和重复测量精度进行实验验证,结果表明,此测量系统在大型复杂曲面形貌测量中具有较高的精度及可靠性。对包含双拱形曲面的大尺寸工件进行形貌测量,测量结果验证了此测量系统的可行性。     

基于多视角红外传感器的三维重建方法

为了实现有特征物体和无特征物体更精准的三维重建，本文研究了多视角传感器下三维点云的自动拼接算法。首先由不同视角的传感器双目标定后进行轴线数据的标定，接着在三维空间内对多条轴线数据进行分析并提出了一种基于多视角传感器轴线融合的点云拼接方法，从而计算出误差最小的最优轴线数据，最后以拟合出的轴线数据为轴心在世界坐标系内进行三维点云的拼接。实验结果表明，在1.3～1.9 m的测量范围内，本文所提出的拼接方法对直径为144.954 2 mm的标准球进行三维重建的误差在0.037 mm以内，重建无特征点物体和有特征点物体都能有较好的拼接效果且拼接时间不受点云总量大小的限制。该拼接方法基本满足三维重建的稳定性好、效率快、精度高等要求。     

数字全息中基于优化Harris角点的相位拼接算法

针对数字全息技术中测量面积受限的问题,提出基于优化Harris角点算法的拼接算法实现相位的双方向拼接。在获取数字全息图像时,保证相邻区域具有部分重叠,再对获得的物体的各子孔径相位图像进行拼接;用Harris角点算法检测角点密集区域为匹配模板,可高效且精准地确定重叠区域,结合高斯尺度空间和金字塔匹配思想对算法进行优化,通过加权融合实现三维形貌的再现相位拼接。以玻璃样板为实验对象,完成了物体再现相位的双方向拼接。实验结果表明:该拼接方法能够有效扩大数字全息测量物体的测量面积,并保证了较高的拼接准确度。     

基于机器视觉的螺纹参量测量系统

为了高精度测量螺纹的各项参量,建立了基于机器视觉技术的螺纹参量测量系统。采用螺纹工件旋转、相机跟随拍摄的方式采集螺纹在平行背光下的轮廓数据,实现了螺纹的各项参量测量,扩大了系统的测量范围,并且降低了相机标定误差的影响。推导了坐标系统转换方程,通过标定实现了坐标统一,并推导了螺纹参量计算公式;针对CCD相机光轴和螺纹轴线垂直时螺旋线对螺纹牙投影产生遮挡失真情况建立了数学补偿模型。结果表明,得到的测量不确定度小于2m,重复性优于4m。该系统可以完成螺纹的各项参量测量。     

基于FPGA的电子束曝光机工件台控制器设计

基于激光干涉仪的精密工件台是电子束曝光机的关键设备。为了改进工件台控制器的运算速度．设计了一种基于FPGA的电子束曝光机工件台控制器。本控制器由上位机接口、激光干涉仪测量系统接口、电机控制接口、手动面板接口和主处理器组成,以美国Xilinx公司Spantan3系列的FPGA芯片XC3s400为核心。实现控制器与上位机、激光干涉仪测量系统、伺服驱动系统、手动控制面板之间的数据交换和指令传递。完成工件台的精确移动。满足电子束曝光的定位精度和拼接精度的要求。     

同步扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法

基于三角法的结构光三维测量技术具有较高的精度,但投影光轴和观察光轴之间的夹角在测量过程中可能产生遮挡和阴影,需要通过两次或多次不同方向的测量和拼接解决。与三角测量不同,基于调制度测量的三维面形测量方法采用了垂直测量原理,将投影光轴和观察光轴重合,从而摆脱了基于三角测量原理的光学三维传感方法中阴影、遮挡等限制。对一种连续相移和垂直扫描的调制度测量轮廓术三维面形重建算法进行了研究,分析了这种类型的结构光扫描条纹的特点,基于这种特点介绍了几种同步扫描的调制度测量轮廓术提取调制度及三维重建算法,比较了几种算法的特点,实验表明采用适当的三维面形重建算法,可以在垂直测量的模式下实现115 mm深度测量范围,对被测面积为120 mm×120 mm检验平面测量,标准差可达0.19 mm。     

基于FPGA的电子束曝光村工件台控制器设计

基于激光干涉仪的精密工件台是电子束曝光机的关键设备。为了改进工件台控制器的运算速度．设计了一种基于FPGA的电子束曝光机工件台控制器。本控制器由上位机接口、激光干涉仪测量系统接口、电机控制接口、手动面板接口和主处理器组成,以美国Xilinx公司Spantan3系列的FPGA芯片XC3s400为核心。实现控制器与上位机、激光干涉仪测量系统、伺服驱动系统、手动控制面板之间的数据交换和指令传递。完成工件台的精确移动。满足电子束曝光的定位精度和拼接精度的要求。     

基于面阵CCD的密度测量系统研制

本文介绍了一种基于面阵CCD传感技术的带倒角柱形特殊工件密度测量系统。传统的接触式测量方法效率低、人为误差大。对此,提出采用基于计算机视觉技术的非接触式测量。在介绍测量原理的基础上,详细介绍了测量软件的图像处理部分,其功能包括图像灰度化、图像分割、轮廓提取、特征点坐标计算等。采用该技术能一次测量芯块的多个参数,实现了芯块密度及几何尺寸的快速准确测量,具有非接触、分辨率高和自动化程度高等优点,是密度测量的一项有效技术。     

六自由度姿态变换视觉实验平台及应用

为了适应生产线上不同摆放姿态下工件的视觉识别,实现基于视觉的机器人工件定位及抓取,构建了六自由度工件姿态变换模拟实验平台运动学模型及视觉系统模型,通过坐标变换实现工件姿态参量的测量。建立了六自由度姿态变换实验平台坐标系,通过3个滑动副、3个转动副,构建了基于Denavit-Hartenberg（D-H）方法的六自由度姿态变换实验平台运动学模型,并得到了D-H参量表、各个关节的变换矩阵及实验平台基座到末端的总变换矩阵。基于小孔成像原理,构建了姿态变换实验平台视觉系统的内、外参量模型,获得了工件表面点与图像点间的内参量关系矩阵及工件坐标系与相机坐标间的外关系矩阵。由激光环形光条图像,得到工件表面在摄像机坐标系中的法向量,并通过坐标系间的变换得到工件表面在世界坐标系中的法向量,进而推算出工件的姿态参量。结果表明,姿态参量的横滚角θ平均误差为0.373°,俯仰角φ平均误差为0.253°,偏转角ξ平均误差为0.673°。被测工件的姿态测量值与真实值基本吻合,满足不同姿态下的工件视觉测量要求。     

目视万能工具显微镜的影像测量应用研究

在传统目视万能工具显微镜的基础上,使用光学CCD代替人眼采集图像,增加光栅尺和数显表替代原来的投影式读数器,实现了工件测量CCD图像与光栅尺数据的计算机自动采集。根据CCD图像、光栅尺数据及笛卡尔坐标系理论,建立了测量尺寸与光栅尺数据和图像工件边缘位置的数学模型。应用中值滤波、阈值分割对工件图像进行预处理,采用最小二乘法提取工件边缘的位置和方向,并在此基础上结合工件测量数学模型计算得到了被测工件尺寸。     

基于面结构光的工件内壁点云旋转拼接研究

针对某些工件内部空间有限、测量困难的问题,提出了一种基于面结构光的点云旋转拼接方法。介绍了面结构光单一视野的重建方法,采用四步相移与互补格雷码结合的方法获取绝对相位值,通过多项式拟合法对相机、投影仪进行标定。基于机械臂末端腕关节旋转平面（简称:旋转平面）对点云的配准进行了研究,提出了基于辅助相机的标定方法,给出了相机成像坐标系和旋转平面坐标系之间的变换关系。实验结果表明:该方法适用于工件内壁测量,拼接平均误差不大于0.05 mm,满足实际应用需求。     

激光近净成形中熔池宽度实时监控系统的研究

在激光近净成形过程中,为了快速有效地获取熔池区域信息并加以控制,文设计了CCD同轴拍摄系统获取熔池的双色图像,可以准确地获得熔池区域的图像信息,并利用最小外接矩形图像处理方法快速有效地获取熔池宽度,通过PID控制器调节激光功率加以控制。实验表明,基于双色图像的CCD同轴拍摄方法和熔池宽度闭环控制系统有效解决了激光往复扫描下薄壁工件的边缘凸起和上下宽度不均匀的问题。     

激光位移传感器测量工件曲率方法研究

工件曲率的非接触测量已经有很多种方法,本文提出了采用激光位移传感器测量工件曲率半径的新方法。对于测量的数据采用直接最小二乘拟合,从而可以解算出工件的曲率。经过模拟计算,采用改变步进电机步长的方法,在测量大工件半径时,精度达到微米量级。     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征.研究结果表明和单色系统相比,双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率.接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高.因此,红外测温系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化.而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出.由于可以得到能量的传输比例,磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义.     

双色红外系统测量脆性材料磨削温度的研究

用光纤辅助双色红外探测仪研究了金刚石砂轮磨削花岗石和陶瓷过程中接触区的温度特征，研究结果表明：和单色系统相比，双色红外系统除了温度之外还可得出磨削条件下所对应的被测物体的发射率，接近工件表面的温度测量结果由于受测温用盲孔的影响会偏高，因此，红外温测系统适用于直接测量工件表面下方一定距离外的温度变化，而工件表面温度则用拟合方法得到能量传入工件的比例后再通过理论计算得出，由于可以得到能量的传输比例，磨削温度测量对理解工具与工件界面的传热机制具有重要意义。     

基于注意度的线激光视觉测量的三维形状检测

针对工件在产线上的摆置方位识别困难识别率低等问题,提出了一种基于注意度的线激光视觉测量的曲线形状识别方法。采用激光视觉三维测量技术提取工件表面的光迹信息,将工件的方位识别转换为曲线形状识别的问题。在匹配算法方面,定义了两种距离测度,分别作为粗匹配和精确匹配的误差评价函数;在识别准确性方面,定义了一种基于注意度的模板相似性测度的分类方法。实验结果表明,本文提出的方法识别率高,耗时短,对工件的平移和偏移不敏感;能满足工业生产实时检测要求,应用范围广。     

基于单目视觉的工件定位技术研究

针对普通工件的位姿定位问题,文中提出了一种使用单目视觉平台和CAD模型的工件定位方案。为了阐明该方案的具体设计,基于单目相机的标定方法引入工件图像识别的相关技术,设计了工件的图像预处理过程,并提出基于CAD模型的单目视觉定位算法。实验测试结果表明,与基于先验性关系的定位方案相比,该定位方案具有更高的精度和较好的灵活性,可以满足普通工件的定位需要。