面向制孔机器人的视觉检测系统设计与实现

在视觉传感器标定精确的基础上,对基准孔位置的检测进行了研究,计算出待加工孔实际位置的补偿参数,实现机器人加工孔位置的修正,并通过Socket通信实现上位机和视觉传感器的数据交互,以控制机器人制孔系统的精确性。     

轻型自主移动制孔机器人基准检测技术研究

针对大飞机机身大部件的装配需求,设计了一套柔性好、效率高、自动化程度高的轻型自主移动制孔机器人,并根据制孔机器人自身的结构特点,提出一套机器人视觉检测系统的手眼标定方案。在此基础上,提出了基于基准孔建立局部坐标系和空间坐标系转换的基准检测算法。实验表明:该技术能够实现机器人高精度制孔的精确定位,满足大飞机机身制孔位置精度要求。     

基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法

飞机自动化装配过程中，制孔系统能否精确定位将直接影响装配精度。一般通过人工预先制得基准孔，检测基准孔在制孔系统下的位置，与在产品中的位置比较得到空间转换关系以完成系统定位。为提高轻型移动制孔系统的定位精度，提出了一种基于冗余基准孔的轻型移动制孔系统定位方法，使用罗德里格矩阵重新构建空间转换关系，提出冗余基准孔的偏差过滤算法，判断冗余基准孔中是否存在影响空间转换精度的大偏差孔位，提高转换关系精度，改善制孔系统的定位精度。进行算例分析与实验验证，证明所提方法可以在冗余基准孔中准确筛选并去除大偏差孔位，将空间转换误差减至小于0.12 mm，由误差传递理论知制孔系统定位精度提高约20%。     

双目视觉传感器的现场标定技术

本文以凤影变换为依据,针对多视觉传感器中的双目视觉传感器中的双目视器,建立了双目视觉传感器测量空间三维坐标的模型,事先确定摄像机的部分不易变化整个系统后进行现场标定。该方法不需精确调整标定靶标,标定环境与实际测量上同,减少了安装传感器对标定参数的影响,实验结果表明,该标定方法能获得０．０５ｍｍ的空间精度。     

基于2D激光扫描的基准检测技术研究

在机器人自动制孔系统中,基准孔检测的准确性会直接影响整个机器人制孔过程的位置精度。为获取基准孔孔位准确信息,采用激光扫描的方式对基准孔进行检测。设计了2D线激光扫描在基准平面内点云的三维转化方法,通过分析基准孔在扫描仪坐标系下点云的分布特点,提出了一种基于坐标差值的基准孔边界提取算法。通过设定相邻点云在线激光扫描仪坐标系下z轴的坐标差值获取边界点,实验验证该算法能有效地去除点云中的噪声点,获取准确的基准孔边缘特征信息,进而得到准确的基准孔孔位信息。     

基于线结构光的四通道舵偏角同步动态测量系统

针对现有舵偏角同步动态测量中存在的局限性,设计一套四通道舵偏角同步动态测量系统.在系统标定中,通过计算光条直线的Plücker矩阵求解光平面方程,完成视觉传感器的局部标定.以2个连接在一起的平面靶标为中介,通过两两校准方式实现多视觉传感器的全局校准.在实际测量中,基准视觉传感器拍摄基准装置,建立基准坐标系,其余4个视觉传感器分别测量对应舵面在基准坐标系下的法向矢量,通过连续测量实现四通道舵偏角的同步动态测量.经试验证明,在测量角度±30°范围内,该系统角度测量RMS误差可达±0.05°.     

时栅角位移传感器在线自标定系统

为解决时栅角位移传感器在实际应用中的在线标定问题,提出了一种定角平移自标定方法并设计了相应的自标定系统。该方法首先把圆周封闭的自然基准转换成定角基准,在时栅内部建立了自标定基准。然后,根据傅里叶级数的性质,将定角基准平移到傅里叶变换的幅值和相位中,建立了测量值之差与误差之差的函数关系。通过对测量值之差进行傅里叶分析,重构了时栅角位移传感器的误差函数。最后,讨论了影响自标定精度的误差来源,并设计了传感器的零点纠错算法。为了检验自标定效果,利用激光干涉仪实验装置与自标定系统进行了对比试验。结果表明:定角平移自标定精度为1.9″,与理论计算的自标定误差(1.5±0.5)″的结论相符。提出的自标定方法在解决时栅自身标定基准的同时,满足了精密测量领域对时栅精度和可靠性的要求。     

基于虚拟立体视觉的气液两相流三维测量系统的标定

研究了基于虚拟立体视觉的气液两相流三维测量系统的标定技术。首先,基于单台高速摄像机和两组反射镜组构建虚拟立体视觉测量系统,建立高速摄像机透视投影变换模型以及虚拟立体视觉三维测量模型,对虚拟立体视觉系统中摄像机及虚拟立体视觉传感器进行标定。用靶标基准球模拟气泡在水中的分布,以其空间距离作为测量评价指标,比较了不同标定方法对三维重建精度的影响。实验结果表明,将标定参照物置于水箱内,并且分别对左、右虚拟摄像机及传感器进行标定,三维重建精度最高,测量空间距离绝对误差优于0.13 mm,相对误差优于0.49%。实验认为,对基于虚拟立体视觉的气液两相流三维测量系统进行标定时,必须充分考虑折光分光光路以及管壁折射对三维重建所带来的影响。     

CCD摄像机快速标定技术

在视觉检测系统中,针对视觉传感器数量多,且每个摄像机需标定的内部参数及外部参数较多的特点,提出了一种新的简单的快速摄像机标定方法.分析了摄像机的各个关键参数,采用了全线性标定方法和矢量分析法,逐步求出CCD摄像机的参数.该方法具有标定速度快、精度较高、实用和算法性能分析容易等优点,适用于一般视觉检测系统的摄像机参数的标定,尤其是大型视觉检测系统中多视觉传感器的摄像机参数的标定.实际结果表明,摄像机标定误差优于0.05mm.     

基于激光跟踪仪的多目视觉全局标定算法研究

全局标定是大尺寸检测系统中多目视觉完成数据融合非常重要的一个环节。通过特定的双目立体视觉标靶板结构,在完成双目立体视觉标定前提下,通过激光跟踪仪及相关视觉算法,完成多目视觉下的全局标定,并将该技术应用于大型轨道客车车身关键尺寸检测场景中,通过实验分析,该全局标定算法具备了良好的健壮性,提高了大型轨道客车车身关键尺寸检测现场适应性,提高了检测效率及精度。     

机器人自动制孔系统精度标定方法研究

机器人制孔系统是实现飞机自动化装配的重要设备,制孔作业前的精度标定是保证系统各项指标满足生产要求的关键环节,以往对系统进行简单的单次制孔标定无法全面掌握各个维度上的精度指标。针对位置补偿、孔位、法向、孔径及锪窝深度精度,分别提出了精度标定方法,并利用飞机装配站位上投入使用的满足精度要求的制孔系统进行检验,结果表明所提出的标定方法和测量实际产品所得结果有良好的一致性,能够用于自动制孔系统的快速标定。     

基于多传感融合的吊装过程监测系统联合标定方法研究

为实现大尺度产品部件吊装对接实时位姿安全监控,利用多传感器数据融合技术,组建了包括单目视觉系统、九轴MEMS以及激光测距传感器的多传感器联合测量系统-集成测量单元。针对组建的集成测量单元设计了多传感器联合测量系统联合标定的方法,该方法借助于工业机器人首先将单目视觉系统与九轴MEMS标定于集成测量单元坐标系,然后借助单目视觉系统和工业机器人将激光测距传感器的激光射线的空间直线方程标定于集成测量单元坐标系中,最终将单目视觉系统、九轴MEMS以及激光测距传感器联合标定于统一的集成测量单元坐标系下,完成联合标定。最后经过实际试验的数据分析以及误差验证,该方法完全满足吊装过程监测任务的精度与特性要求。     

线结构光视觉系统标定新法及其振动测控应用

激光视觉是一种在工业检测领域应用广泛的测量方式,其标定是视觉检测系统搭建的基础。为此,提出了一种新型线结构光视觉系统标定方法。采用张氏标定法完成相机标定,通过提取标定板上的激光条纹特征,根据三面共线条件进行处理完成结构光平面的标定,并对标准尺寸进行测量以验证标定结果的准确性。接着基于该系统搭建了柔性臂振动测控实验台,并用其对柔性臂振动进行检测,设计了一种非线性控制器抑制柔性臂的振动。实验结果表明,提出的标定方法三维检测精度可达0.1 mm,得以应用在柔性臂的振动检测上,设计的控制器也可在短时间内抑制柔性臂的振动,以此验证了标定方法的检测效果和振动抑制的有效性。     

基于共面点的多视觉测量系统的全局标定方法

本文提出了一种基于共面点的世界坐标唯一全局标定方法,利用激光跟踪仪在现场构建系统总体坐标系,通过拟合基准面来设置共面标定点,系统中各摄像机传感器直接获得标定点的图像,从而实现了各局部相机的全局标定,不需要中间坐标系的转换,避免了多次坐标转换带来的精度损失,标定过程简单。通过在实际的由多个高速视觉传感器组成的飞行器外部姿态测量系统中进行标定实验,在测量范围较大的情况下,系统精度的均方根误差不超过0.8mm。 关键词：全局标定 视觉测量 激光跟踪仪 共面点     

用于压力传感器的高精度自动标定系统

针对现有压力传感器标定系统存在的精度差、自动化程度低等问题,文中选用GE DPS8000高精度压力传感器作为系统基准压力传感器,设计了多功能压力腔以及压力粗调与微调相配合的压力调节模块,并基于C++程序设计语言编写系统软件,搭建用于压力传感器的高精度自动标定系统。实验表明,搭建的标定系统可实现腔内压力在30 s内快速达到期望压力值,并且压力控制精度可达±1 Pa。通过对压力传感器进行自动标定测试实验,可实现压力传感器的全程自动标定。研究证明本系统具有自动化程度高、高精度标定等特点。     

基于多视觉传感器的泊车辅助系统设计

本文设计了一种基于多视觉传感器的泊车辅助系统。在车位检测与识别过程分析的基础上,对多视觉传感器泊车技术进行了深入的研究并完成了相应的算法设计。设计的泊车辅助系统架构,在某型SUV车辆上进行了实车改装和传感器标定。通过水平泊车和垂直泊车测试,对该系统进行了功能验证,测试结果表明多视觉传感器泊车辅助系统极大拓展了传统基于超声波雷达方法的应用场景,具有很好的应用前景。     

飞机复杂零件上大量小尺寸导孔的快速视觉检测

设计并实现了一套飞机复杂零件上大量小尺寸导孔的快速视觉检测系统MBMS,对其中的关键技术作了深入研究和讨论。采用将视觉检测与多轴数控运动机构相结合的导孔检测方式,提出了一种系统内外参数精确标定方法;详细讨论了检测程序的生成方法,对检测中导孔的检测顺序进行了规划;针对飞机零件上导孔的成像特征,提出了一种高精度、高稳定性的图像定位技术;最后通过导孔的实际成像与基于虚拟相机技术的理论成像对比分析来得出导孔加工精度的评价。该系统为复杂飞机零件上的大量小尺寸导孔提供了快速有效的数字化检测手段。     

自主移动钻铆机器人的基准检测与修正方法

自主移动钻铆机器人是一种适应机身筒段对接装配的8足并联机器人,由于其存在初始位置的不确定性以及加工制造等引起的理论与实际位置偏差,因此需要解决机器人制孔的基准检测问题。针对多坐标系系统和多种不同的基准形式,提出坐标变换方法与基准检测与修正方法,通过坐标系的空间变换,分别采用最小二乘法与间接转换法求解理论位置与实际位置的偏差,从而对待加工孔进行位置修正。实验表明,该方法能够实现机器人制孔的基准检测,完成偏差修正。     

一种线结构光视觉传感器标定方法

在线结构光视觉传感器的标定中,结构光光平面上三维世界标定点的获取一直是一个难题。主要是因为靶 标上已知的三维世界点很难恰好位于结构光光平面上。针对这个问题,提出了一种基于双重交比不变的线结构光 视觉传感器的标定方法,设计了相应的标定靶标。利用双重交比不变性,可以获取光平面上任意数量的高精度的 三维标定点,从而解决了线结构光视觉传感器三维标定点不易获取且数量少的问题,提高了线结构光视觉传感器 的标定精度。试验结果表明该方法可以满足大型工件的结构光三维视觉检测精度的要求。     

基于未知运动一维靶标的双目视觉传感器标定

分析了双目视觉传感器的测量数学模型,提出了一种基于自由移动的一维靶标的双目视觉传感器标定方法。当传感器安装完成后,由两个摄像机拍摄自由移动的一维靶标多幅图像,利用靶标上特征点的图像坐标和两个特征点之间的距离约束,采用非线性优化技术估计双目视觉传感器的结构参数。该方法操作简单,不需要给定传感器的初始参数,标定状态与测量状态完全相同,减小了传感器安装对标定参数的影响。试验结果表明,该标定方法切实可行,在200mm×200 mm测量范围内,可以达到0．03 mm的测量精度。