基于线激光扫描的基准孔检测与定位方法

为了满足尖端制造领域中大部件的数字化钻孔与装配需求,利用线激光扫描仪和工业机械臂提出了基准孔自动检测与定位系统及方法.首先,对基准孔三维点云进行孔底点云插值补偿,采用双向梯度约束算法实现了基准孔的粗略边缘特征点提取;然后,针对提取的边缘特征点,采用基于角度判断的细化算法和基于平面拟合的压缩算法,实现了边缘特征点的精细化...     

激光扫描表面特征的点云数据处理方法

为了提高激光测量系统对工件表面特征的测量精度,减少数据处理中由于特征点云拟合选择对测量精度的影响,针对比较常见的两种表面特征提出了正确的拟合方式。从工件表面的实测数据出发,经过多次实验,结合表面测量特征的拟合原理,分析不同点云处理方法之间的差异,并给出了最适合该特征的拟合方式及其原因。实验表明,不同的点云拟合方式对特征测量的影响比较大,选择正确的拟合方式才能保证测量的准确性。     

基于三维测量扫描线点云的表面重建

由结构光测量系统获得扫描线点云，通过剔除测量方向部分冗余数据点和插补扫描方向的稀疏数据，对物体表面原始三维数据密度进行适当调整。采用基于局部切平面簇的方法对调整后的数据点云进行表面重建，建立优化函数简化网格，并采用Loop细分法平滑网格，获得描述物体表面特征的重建表面。该方法解决了由扫描线点云重建物体表面的问题。     

基于多描述子投票的飞机蒙皮局部扫描点云定位

为了提高数字化飞机蒙皮检测技术的效率,针对其中局部蒙皮和数字模型的对齐问题,提出了基于多描述子投票的飞机蒙皮局部扫描点云定位算法,采用基于测地距离的蒙皮面片选取方法,综合利用多种三维点云描述子的识别能力差异来确定数字模型上的定位区域,同时提出了投票点加权定位法来提高定位位置精度。根据对比实验结果和工程实例上的实际应用,得出结论如下：所提算法相比于基于单一描述子的定位方法定位准确率平均提高约37.5%;所提算法在实际工程中具有可行性。     

深孔表面三维形貌测量与控制装置的研制

针对深孔表面三维形貌难于检测的问题，在传统的触针扫描技术的基础上，利用柱面激光-全息光栅传感器，设计出了独特的光栅信号采集处理电路，采用大小数细分与融合的方法，来进行表面微观轮廓信息的采集。由上位机通过PCI总线的多功能板卡及步进电机细分驱动器来进行触针轴向微位移量的高精度运行控制，较好地实现了对深孔表面三维形貌的测量。详细介绍了深孔内表面三维形貌的测量与控制装置的测量原理、软硬件设计及特点，并给出了实验结果。     

基于线激光扫描和图像处理的基准孔检测技术研究

基于飞机大部件自动化制孔过程的需求,提出了一种基于线激光扫描和图像处理相结合的基准孔检测技术,用于解决机器人制孔前的自动基准检测问题。将线激光测得的三维点云坐标转化为二维灰度图,设计了边缘检测算法提取基准孔在二维图像中的边缘点,并将结果与经典边缘提取方法进行对比论证,再将这些边缘点转换回三维点云中,使用最小二乘法拟合计算出孔径和中心位置。针对边缘提取的坐标转换方法中将Z坐标转换为灰度值在一定程度体现了创新性,且该方法测量精度高,具有一定的应用价值。     

基于逆向工程技术的人体牙模三维模型重构

由于人体牙模是由非常复杂的自由曲面构成,设计比较困难。传统牙模模型的测量数据都是通过游标卡尺在石膏模型直接测量,会产生很大的误差,并且石膏模型应用于临床医学也会存在很多缺陷。为了探究光敏树脂型材料牙模在临床应学的可行性,采用逆向工程和快速成型技术的三维模型重构方法,首先使用三坐标非接触式扫描仪对石膏模型进行扫描得到大量点云数据,然后利用Geomagic Studio软件完成对点云数据的处理和CAD三维模型的重建,生成三维实体,采用SPS450型号的3D打印机打印出树脂实体模型。最后使用三坐标接触式测量仪对石膏模型和已生成的树脂模型进行一些重要数据的测量,对实验得到的数据进行对比分析,结果显示测量数据误差均在1mm内,在允许的误差范围之内,符合医用要求。     

基于线结构光的滚动接触表面粗糙度在线测量方法

为了分析表面粗糙度对金属材料滚动接触疲劳性能的影响,提出一种基于线结构光的滚动接触疲劳试件表面粗糙度测量方法,并构建了在线测量与分析系统。通过安装在滚动接触疲劳试验机上的线结构光传感器采集试件表面点云;采用k维树最近邻搜索方法逐点进行邻域分析与统计,利用距离阈值剔除点云中的离群点;针对从原始轮廓分离粗糙度轮廓时,由传统高斯滤波器所导致的端部效应,采用线性外插法进行修正,从而准确计算试件表面粗糙度Ra值。实验结果表明：表面粗糙度测量平均绝对误差为0.08μm,平均相对误差为6.74%,满足粗糙度测量精度要求,为金属材料疲劳损伤演变过程分析提供依据。     

基于基准面提取的物料体积在线测量方法

针对测量装置与物料放置底面相对姿态变化影响测量结果的问题,提出一种实时校正及积分基准面提取的物料体积测量方法。该方法通过姿态传感器实时检测激光传感器的姿态,并获取被测物体表面点云,对点云归一化处理,多次迭代拟合确定积分基准面及被测物料边界,进行三维重建,最后提出基于剖分原理的三棱微元逼近的体积计算方法。利用提出的测量方法搭建测量系统,在多种工况下进行实测实验和对比分析,测量结果的平均相对误差为1.69%,表明提出的方法具有较好的适应性及准确性,为物料体积测量提供了新思路。     

基于激光三角测量技术的荫罩表面Q值测量

应用激光非接触式测量方法测量荫罩表面形状的方法及其对应的Q值,采用三角测量方法对荫罩表面进行高精度测量。研究网状表面测量中激光光束可能全部或部分穿透网孔时,有效测量数据的提取问题。采用设定门槛值的方法对无效数据和受网孔影响较大的数据进行过滤,保留了少量的有效数据。引用数据拟合和插值方法对部分有效数据进行处理,提取网状表面轮廓的几何尺寸,所得结果重复性良好,并研制了相应的测量设备应用于生产实践。     

基于主成分分析的大型管道三维表面重建

针对大量的点云数据要求快速、方便且精度高的特点,在轮廓线拼接建模方法的基础上提出一种结合主成分分析的三维表面建模方法。由结构光扫描系统获得点云;通过热传导模型将点云进行片层分割并进行主成分分析,得到纬度圈,从而获得纬度圈上的所有对应点对;在相邻点对之间进行柱面插值连接,生成物体的四边形网格模型和三维表面模型。结果显示,被测管道重构表面平均误差为0.19 mm,小于采用基于轮廓线拼接方法得到模型的平均误差。结果表明,采用基于主成分分析的方法进行管道三维表面重构,其精度得到了有效地提高,满足工程测量的精度要求;同时也证明了该方法的正确性。该重构方法适用于表面是一阶连续性被测物体尺寸及变形的分析。     

基于人脸视频的心率参数提取

为了在舒适非接触环境下检测被试者的心率变化,本文设计了一种通过普通摄像头来检测心率参数的信号处理系统。首先,将KLT(Kanade-Lucas-Tomasi)算法跟踪识别到的人脸视频图像转换到YCbCr颜色空间来进行皮肤检测,并同时转换到Cg颜色通道来提取高质量的光电容积脉搏波(Photoplethysmography, PPG)信号。然后,用Morlet复小波作为母波绘制PPG信号的小波能量谱图。最后根据心率信号的生理特性,去除伪点噪声,提取随时间变化的心率参数。实验结果表明,该方法在静息状态下的测量结果同标准仪器测量结果的平均绝对值误差|M_e|小于2 bpm(beats per minute),误差的标准差SD_e小于2.5 bpm,RMSE均小于2.6 bpm;头部运动状态下两种测量方法的|M_e|均小于2.3 bpm,SD_e均小于2.9 bpm,RMSE均小于2.9 bpm。对两种测量方法进行Bland-Altman一致性分析,其测量结果显示静息状态下差值的均数■为0.295 7 bpm,95%置信区间为-3.340 1~3.931 4 bpm;头部运动状态下■为0.383 2 bpm,95%置信区间为-3.677 1~4.443 5 bpm,表明本文提出的非接触式方法的测量结果同标准仪器的测量结果具有高度的一致性。     

基于ARM920T模块的深孔表面粗糙度检测装置

在汽车工业生产现场,需要一种可对零部件深孔表面粗糙度实施检测的小型仪器。该仪器应能实现多点自动检测、复杂的数据处理、较好的图形显示功能,必要时还应能根据不同工件参数改写测试运行控制程序。过去研制的具有如此多功能的仪器,体积结构均比较庞大,难以在生产现场采用。以ARM920T为核心的嵌入式模块取代一般微型计算机,实现机电结构紧凑的整体设计,可在实现各种复杂功能的同时,降低仪器成本、提高运行可靠性、缩小体积,以适合工业现场使用。文中给出了检测装置的整体设计、嵌入式模块硬件电路接口、多点粗糙度综合参数的描述与计算方法等。该检测装置可对F16mm~25mm长度为120mm~180mm的内孔表面,实施多达32条母线512点的自动检测。经实际测试验证,该检测装置的极限误差小于5%,满足工业生产现场的需要     

基于反求技术的零件快速设计及数控加工

反求技术(逆向工程)指在没有可供参考图样的情况下,利用三维数字技术,通过计算机处理,获得零件原型的过程。使用Kreon激光扫描仪对鼠标凸模零件进行扫描,得到点云,使用CATIA软件的逆向造型设计方法,对其进行处理,生成线框模型,再在此基础上进行曲面拟合、曲面重建,利用得到的面生成实体;再使用CATIA软件的数控加工模块,通过对所选的鼠标凸模零件进行加工工艺分析、加工参数设置来生成刀具加工轨迹,进行模拟仿真加工,并自动生成数控加工程序代码。     

基于角点稳健提取的长方体参数化拟合方法

长方体基元拟合是三维点云几何拟合的典型问题,在三维重建、逆向工程、工业三维量测等实际场景中有着广泛应用。在实际应用中由于遮挡及设备盲区等原因,通常无法获取完整长方体点云数据,导致建模或量测时难以准确拟合长方体结构。针对该问题,本文提出一种结合平面拟合投影分割以及残缺平面垂角检测的长方体参数化拟合方法实现了长方体参数化拟合。首先,该方法通过平面拟合投影分割算法获取强轮廓信息的平面点云;然后,设计了残缺平面垂角检测算法,以拟合长方体真实角点;最后,利用非共面四点法对长方体残缺角点进行计算补全,获得完整的长方体参数信息。实验表明,本文方法在各类情况下均能准确检测并补全长方体角点信息以及平面参数信息,角点查准率召回率均为100%,平均误差仅为1.204×10^-3 m,能够实现精确的长方体参数化拟合。     

基于工件特征的曲面生成优化方法

曲面生成是实现工业逆向三维重建测量的主要途径,为了提高整体工件的曲面重建精度,将工件特征区分为平缓和尖锐特征,根据不同特征类型的特点设计了一种曲面生成优化算法.采用主成分分析方法求解点云的法向量和曲面变分,提出一种广度优先搜索算法来调整点云的法向量方向;根据曲面变分区分出尖锐特征和平缓特征,采用贪婪投影三角形算法对尖锐...     

基于ARM920T模块的深孔表面多点粗糙度自动检测装置

为实现深孔表面多母线粗糙度的检测,研制了一种便携式表面粗糙度自动检测装置.借助以ARM920T为核心的嵌入式模块,紧凑设计了对零部件深孔表面粗糙度实施多点自动检测的机电结构,给出了检测装置的整体结构、嵌入式模块硬件电路接口、多点粗糙度综合参数的描述与计算方法等.该检测装置可对口径为Φ16～25 mm,长度为120～180mm的内孔表面实施多达24条母线、512点的自动检测.实际测试验证,该检测装置的极限误差<3%.     

基于光纤传感器的表面粗糙度在线检测研究

介绍一种基于光纤传感器的表面粗糙度在线检测系统，给出了一系列试验结果；讨论了在线检测仪的设计要点以及在线检测存在的问题，如光纤探头的结构、传感器的装夹与定位、仪器的元器件选择、仪器的标定、切削液和测量距离变化的影响等，提出了解决或改进的办法。研究结果表明，该检测系统具有结构简单、工作效率高、抗干扰能力强等特点，适用于静态条件下的快速检测和动态条件下的实时监测，有利于提高机械加工质量和生产效率。     

基于表面贴合的不同视点传感器点云拼合方法研究

针对视觉传感器对物体表面点云数据采集的离散性,提出基于表面贴合的点云精确拼合方法。先对不同视点传感器获得的点云进行初始配准拼合,再以包容球方法选取点云重合表面区域的三处局部表面,用三维二次曲面方程拟合;旋转变换采用四元数法,经非线性最小二乘优化得到精确拼合的平移和旋转参数。该方法具有较快的收敛速度和较高的拼合精度,实例验证了所提方法的可行性。  