基于机器视觉的半球面微小孔位置的精密测量系统（英文）

针对精密零件的半球表面上微小功能孔的位置测量需求,研制了一套基于二维扫描机构、图像获取单元和精密隔振工作台的机器视觉测量系统.本文提出了基于二维正交旋转扫描测量微小孔孔间位置的理论方法和数学模型,探讨了在图像处理过程中小孔边缘的提取算法以及小孔空心位置的计算方法.为了验证测量系统对半球面微小孔位置的测量能力,实验中选用了半球面半径为60 mm、小孔半径为2 mm的工件作为测量对象;利用光学准直仪验证了小孔位置的测量重复性和测量精度等性能指标,实验结果显示测量重复性误差为1.0″和1.4″,在微孔位置测量偏差的极大值为2.13″和4.13″.     

结构光三维测量系统精度分析及验证

文中建立了结构光测量系统数学模型,并分析了结构光测量精度的影响因素。同时在结构光光条图像处理中改进了原有方法,使用了一种新的快速光条中心提取算法。文章通过设计标准板进行了精度检测实验,分析了系统对标准宽度和深度的测量精度。实验结果表明,该测量方法对深度的检测精度优于0.2 mm,对宽度的检测精度优于0.3 mm,可以满足亚毫米级微小变形检测的精度要求,是一种有效的微小变形检测和三维测量方法。     

光学三维测量中结构光栅投影系统的开发

为解决结构光三维测量系统中的光栅投影质量问题,提出并实现了以物理光栅为核心的结构光栅投影系统。该系统以现代光栅制造技术制造的精密光栅元件为核心,基于幻灯投影原理实现高质量的光栅条纹投影,利用步进电机带动高精密滚轴丝杆进行平移实现投影光栅的切换。实验结果表明,基于该系统实现的光学三维测量系统的可以达到1：100以上的对比度,具有较大的光强和良好的景深,同时能获得连续的强度分布及较好的正弦性,测量误差小于0．04mm,测量精度约为0．03mm,满足工业应用的要求。     

线结构光视觉传感器机器人手眼关系标定

为实现对工业机器人手眼关系的标定,提出一种基于线结构光视觉传感器的手眼关系标定方法。该方法在标定时,将一个平面靶标作为参考物固定在工业机器人工作空间内,控制工业机器人末端运动以带动线结构光视觉传感器作多组变位姿运动,获取在不同位姿状态下的平面靶标图像并对其进行图像处理。通过对图像上固定特征点的测量,以及建立线结构光视觉传感器模型和手眼关系模型实现对线结构光内参数和手眼关系的标定。用棋盘格标定板进行测量实验验证,实验结果表明该方法准确度为0.036 mm,即优于40μm,可用于工业机器人的测量应用。     

基于线结构光的角钢截面几何参数三维测量

针对人工检测角钢效率低、出错率高的问题,研究一种基于机器视觉测量技术的非接触检测方法,即利用线结构光扫描的角钢截面几何参数的测量方法。采用张正友标定法和最小二乘光平面拟合法完成测量系统的标定,通过线结构光三维扫描技术获取物体的原始三维点云数据,然后对经过配准、去噪以及简化处理的原始点云数据进行三维重建,得到物体三维几何模型。结合测量系统标定,提取角钢截面边宽度、边厚度、内圆弧半径3个参数。按国家标准对角钢截面几何参数进行图像测量,测量误差在±0.15 mm范围之内,实验结果表明采用该方法实现对角钢截面参数测量是可行的。     

基于线结构光的空调四通换向阀高度测量

为提高空调四通换向阀高度测量的精确度以及加工焊接的效率,提出一种基于线结构光的四通换向阀高度测量方法。通过计算机视觉技术搭配线型结构光获取四通阀的表面形貌特征,基于结构光三维测量原理得到被测工件表面各点的实际位置坐标,从而实现四通换向阀的高度测量。实验研究表明,线结构光法测量结果稳定,并能得到较高的精确度,所得高度的误差小于0.5 mm,满足零件的加工要求。该方法可完成物体表面轮廓的三维重建,克服单目视觉测量过程中丢失被测件深度信息的缺点;并能实现四通换向阀生产线上工件的自动化检测加工,因而避免传统人工测量引起的低效、易疲劳等问题。     

基于光电检测的陶瓷插芯内孔同轴度检测研究

针对陶瓷插芯微小内孔同轴度检测问题,提出一种基于CCD与图形处理技术的检测微小内孔方法.根据类拐点法提取算法求出内孔边缘轮廓,利用最小二乘法拟合圆曲线求出内孔圆心轨迹,再利用代数恢复法对误差进行优化计算.通过CCD摄取小孔图像,并应用显微镜将小孔放大,在显示屏上划分0.01mm精度的刻度标尺,通过按压工件带动工件旋转,使内孔边缘的跳动量直接显示在刻度线上.     

关节臂激光扫描系统光条中心提取方法研究

在基于关节臂的线激光扫描系统中,光条中心的提取精度和所用时间直接影响到整个系统的测量精度和实时响应能力。本文在国内外现有算法基础上整合改进,利用迭代阈值法、改进 Sobel 算子和光条修补算法完成光条粗提取,取中心点附近10 pixels利用灰度重心法计算光条中心精确位置。实验证明,该算法在350 mm×350 mm测量范围内,系统测量误差优于40μm,一次提取时间28 ms,确保系统35 f/s扫描频率,满足实时在线测量要求。     

用于机器人视觉的大景深便携式三维扫描系统

针对机器人视觉对便携式三维扫描系统的大景深要求,利用Scheimpflug条件对CCD平面进行偏转,成功地将扫描系统的景深从30mm提高到了100mm以上;并根据CCD偏转后的摄像机模型,在理论上完整地推导了便携式集成三维扫描系统的物像关系方程。针对景深扩大后带来的测量精度降低的问题,提出了一种对系统全景深范围进行分段校准的新方法,提高了测量精度与系统分辨率。三维重建时,根据被扫描物体所对应的图像点在像平面上的不同位置分别调用不同的标定参数将二维图像坐标转变为物体的空间坐标,测量精度可以达到0.06mm。     

三目显微视觉系统自动对焦调整

在高功率激光物理实验的微小靶位姿检测中,由于摄像机景深小,靶在进入相机视场当中时所成图像易为离焦模糊图像,使图像中靶的图像特征不明显,降低靶的位姿检测精度。针对这一问题,本文提出了一种应用于三目显微视觉系统的微小靶自动对焦方法,根据三目显微视觉系统的结构特点设计了自动对焦方案,并针对不同相机中图像的不同特点分别提出了对应的清晰度评价方法。最终实验结果表明,本文所设计清晰度评价方法具有较好的单峰性和灵敏度;三目显微视觉系统在竖直方向的有效调焦可移动范围为5mm,水平方向的有效调焦可移动范围为3.2mm。