影像测量仪背光源强度影响及误差补偿技术研究

影像测量仪在工业测量等领域中,尤其是精密平面类零件的高精度测量方面具有广泛的应用。目前,影像测量仪进行二维尺寸测量时主要采用LED背光源作为照明条件,光源强度的变化会引起图像边缘轮廓内缩或外扩,从而影响测量精度。文章以通用的影像测量仪为实验平台,在实验室条件下分别研究背光源强度对边缘位置的影响以及不同直径的标准圆测量精度的影响。实验结果表明,随光源强度的增强边缘位置发生内缩,测量误差逐渐增大,最大可达13μm。最后,提出一种误差补偿方法对测量误差进行补偿,实验证明该方法可以有效提高测量精度,使测量误差减小到0~3μm。     

基于多传感器数据融合的并联机构定位方法

针对并联机构动平台上主轴动态定位问题,将电子罗盘及摄像头运用于并联机床动平台的位姿测量,提出一种基于多传感器数据融合的并联机床动态定位新方法.该方法融合动态惯性测量数据、机构各支链的编码器信息以及视觉信息,通过动态计算置信距离关系矩阵,实现并联机床动平台位姿(位置和方向)的精确定位.通过一个单方向运动动态测量的简化试验,对并联机床动平台的6自由度位姿测量进行仿真研究,证实该定位方法的有效性.     

柔性制造系统的有轨小车结构设计

提供一种龙门柔性制造系统的有轨小车设计方案,采用双油缸拖动机构实现工作台的转运,伺服电机驱动的齿轮齿条机构实现小车的精确停靠,采用液压油缸定位装置确保工作台在物流小车上精确定位,从而保障了工作台在物流小车与交换站或缓存站、上下料站之间双向顺利交换。有轨小车可满足柔性制造系统对大重型精密零件的输送要求。     

基于视觉定位的轴承在线快速检测系统

利用视觉技术快速灵活的特点,结合激光检测的准确性,针对精密轴承的生产线进行快速定位在线检测。将面阵相机与工业激光传感器相结合,实现轴承在线生产中的质量检测,完成多点位的质量缺陷检测与尺寸加工精度检测。建立一整套自动化检测系统,实现了快速定位、表面缺陷检测与多位置尺寸测量。同时发挥视觉检测与激光检测的优点,实现了高速度、高效率、高精度的在线检测。     

一种圆柱坐标测量仪控制系统的设计与实现

圆柱坐标测量仪具有结构简单、测量范围大、适合于测量圆弧类零件的特点,本文针对航空型材弯曲类钣金零件成形精度测量,设计开发了一种圆柱坐标测量仪,对其控制系统软硬件的体系结构和功能进行了研究.采用计算机扩展卡的方式开发了其控制系统硬件,采用多线程技术,利用VC开发了控制系统软件,并利用Matlab和VC混合编程技术开发了曲面重构模块.实验表明,其控制精度达到0.3mm,满足了钣金类零件测量的需求.     

非接触三维曲面测量仪及其在多点成形中的应用

为了解决金属板材的回弹问题,也为了检测多点成形零件的精度及省去靠木模工序,利用激光测头研制了非接触测量仪.对多点成形的零件形状进行检测,利用开发测量仪专用软件,分析成形零件的形状误差,把形状误差值反馈到多点成形软件里,实现多点成形的第二次造型、计算、分析、调形、成形及测量的闭环多点成形.本测量仪适用于板材二维和三维曲面的测量和曲面拟合,可用于车辆、飞机、轮船以及各种压力容器等覆盖件的测量.     

成捆圆钢端面标牌自动焊接系统的研究

为实现成捆圆钢端面标牌焊接的自动化,设计一套以双目视觉测量引导的基于工业机器人的标牌自动焊接系统。整个系统主要由工业机器人、双目视觉识别系统、焊钉送料系统、标牌制备系统、末端操作器、控制系统等构成。双目识别系统采用双目相机扫描成捆圆钢端面,得到焊接位置坐标;焊钉供料系统实现焊钉的分料传送,标牌制备系统通过激光打标机将圆钢生产信息制作在标牌上,并将标牌输送到指定位置;末端操作器由工业机器人带动实现焊钉与标牌的抓取、定位焊接以及掰断焊钉尾部等操作;焊接控制系统中工控机与机器人、PLC、双目视觉测量系统等进行通信,完成标牌焊接的自动化流程。     

一种新型轴类零件检测仪设计

结合典型零件,分析现有零件检测方法的局限性,并根据零件特点,采用机、光、电结合的方案,采用两顶尖装夹的方式对工件进行定位,在X向、Z向和绕Z轴旋转的方向分别采用不同的光栅传感器进行检测,并采用高精度的数据采集卡进行数据采集,选用USB接口实现PC机与数据采集设备之间的通信。以Windows系统为平台,以LabVIEW图形化编程语言为工具进行软件部分的设计,采用最小二乘法对采集的数据进行处理,并自动判别零件是否合格。可实现轴类零件高效、自动化的检测,满足一般机械加工车间的检测需求。     

基于摄影测量的非重叠视场相机全局标定

在使用多组相机对大尺寸工件进行视觉测量时,相机之间不存在公共视场,相机间的高精度全局标定是视觉测量系统的关键。提出一种基于摄影测量的非重叠视场相机的全局标定方法,对不存在重叠视场的相机同时进行内参标定和全局标定。首先固定两个平面靶标,利用摄影测量求解两个固定靶标的位置关系,并将此关系作为约束条件,对两个非重叠视场相机分别采集一幅图像,求解出两个相机坐标系之间的转换矩阵,通过非线性优化求解转换矩阵的最优解,最后把所有相机的坐标系统一到同一坐标系下。试验证明,此方法具有较高的标定精度,测量误差RMS为0. 04mm,并且标定过程简单,适合现场标定。     

采用模式搜索法对磁悬浮列车轨道梁的加工实现精确定位

磁悬浮列车轨道梁体积大、质量重,无法适用传统机加工定位方式,需由机床进行测量并与理论模型进行拟合以确定其加工位置。针对定位过程中的拟合问题,文章基于最小二乘原理,采用模式搜索法对理论模型和实际模型进行拟合,使其满足每个实测点与其对应理论点的距离的平方和为最小,从而实现对加工位置的精确定位,并得到从理论模型到加工模型的坐标变换参数和转换矩阵。     

Study on a full field of view laser scanning system

To meet the requirement of accurate and convenient 3-D measurement for some large parts in reverse engineering, a full field of view scanning system that is mainly composed of a CCD camera, a galvanometer and a laser projector is proposed in this paper. The camera model is firstly established according to the mapping between the world coordinate system and the computer image. A planar target engraved with square patterns is adopted to calibrate the camera. Based on the rule of cross-ratio invariability, the calibration points are extracted from the square patterns and the lens distortion coefficients are simultaneously acquired. The unknown parameters in camera model are solved using these points. For obtaining the 3-D coordinate of a point in a laser plane, the orientation and position of the laser plane are computed according to the angle of the galvanometer and the intersected lines on the target. And based on the laser orientation and position, the three coordinates of a point in the laser plane can be represented by two of them. Hence, two coordinates can be directly obtained from the camera model. Experiments show that the developed system possesses good accuracy. It can identify the fine structure on a large part, also it is portable and convenient for field measurement.     

基于双目视觉的钻杆接头定位系统设计

文章针对某地质钻杆摩擦焊接工作站钻杆接头自动上下料需求,在不改变原有工件存料方式的基础上,设计基于双目视觉的钻杆接头定位系统。利用大恒MER-500系列摄像机采集图像信息,并将其上传到工控机进行图像预处理及边缘检测;然后采用最小二乘法拟合椭圆,确定工件圆心坐标位置,并对圆心点进行排序;最终将工件坐标信息传给ABB机器人,实现工件的视觉定位及抓取。结果表明,利用最小二乘法拟合椭圆能够满足工件定位精度的要求。该定位系统可为类似工件的机器视觉定位提供借鉴。     

单目视觉的大型零件三维测量方法

以单目视觉为基础,构建一种便携、大量程的在线测量曲面重构系统。当辅助靶标上的刚体测量头与曲面待测点垂直接触时,测头上的开关同步控制摄像机来获取靶标标志点的特征图像信息,进而由计算机进行图像处理得到各标志点的像面坐标,最后再经过坐标转换即可得到被测物体的三维坐标。通过对系统进行标定,提高了测量精度;通过摄像机的转站实现了最优视点规划分析,提高测量范围和自动化程度;另外,对系统测量不确定度进行论并提出了改进措施。     

图像形态学在初始焊接位置检测中的应用

将图像形态学引入直焊缝的初始焊接位置检测过程中,首先采用结构小巧的CCD摄像机采集直焊缝图像,借助腐蚀边缘检测算子的图像形态学算法进行边缘检测,在保留图像关键信息的同时有效的滤除了其它干扰,然后选择多方向线性结构元素利用形态学处理算法进行方向滤波,最后配合Hough变换得到初始焊位点坐标.该算法直观简便快速,自适应性强,处理精度较高,且对于焊缝边缘的大多数干扰鲁棒性强,满足实际工作需要,为完成整个初始焊位导引过程奠定基础.     

Experience and prospects for the development of equipment for light beam welding,brazing, and heat treatment (review)

Displacement during welding provides important information to understand the mechanisms of welding deformation and residual stress. In particular, if welding deformation can be measured sequentially and the displacement distribution over full field can be measured such as the results obtained by finite element analysis, they can be valuable information. Therefore, in this study, a 3-dimensional (3D) deformation (in-plane and out-of-plane deformation) measurement method is developed using a digital camera, which requires no special equipment. This method is a non-contact method and it can sequentially measure over the entire photographed image. Furthermore, since image analysis is based on the technique of image matching, the method is applicable even when measuring deformation is large. In addition, since it is possible to use all pixels as measuring points, the number of available measuring points at one time is the same as the number of effective pixels of the camera. This is currently more than 15 million points, and the measuring precision is expected to increase as the camera pixel resolution continues to increase. Therefore, this method is expected to have future potential. In this study, the proposed method is applied to the sequential measurement of displacement under the strong lighting levels in arc welding. By comparing the time history of transverse shrinkage, longitudinal shrinkage and angular distortion with the results of FEM thermal elastic-plastic analysis, the qualitative validity of the proposed method is verified. To investigate the measurement precision and usefulness of the method, a 3D shape measurement system (LAT-3D) using a laser displacement gauge and digital caliper are used. The distributions of residual transverse shrinkage and residual angular distortion are measured by the proposed method, LAT-3D and digital caliper. Through the comparison of the results measured by these methods, quantitative validity of the proposed method is also verified.     

基于结构光立体视觉的焊缝测量

提出了一种基于结构光立体视觉的焊缝测量方法,并给出了一种简单的摄像机与激光器标定方法。它采用安装在机器人末端的两台摄像机和一只激光器构成测量系统,激光器发出的光束经平凸柱面镜变成光平面,在焊件上形成条纹。两台摄像机同步采集该条纹图像,结合机器人末端位姿与摄像机参数,对于条纹上的每个特征点可以获得三组空间坐标。对这三组坐标进行信息融合,可以更加精确的获得特征点的空间坐标。进行的V形焊缝测量与跟踪试验表明,该方法具有实时性好、测量精度较高、标定简单、可靠性高等特点。     

汽车大型模具实型的三维摄影测量检测

随着中国制造业的快速发展,产品工件大量采用复杂曲面,对于大型复杂曲面工件,如汽车大型模具和覆盖件、水轮机叶轮、大型抛物面天线等,现有的测量设备很难实现全尺寸检测。文章针对汽车大型模具泡沫实型的快速检测,完成了基于近景三维摄影测量技术的XJTUDP系统,研究了摄影测量的关键技术,包括测量理论、标志点的亚像素识别、相机自标定、标志的自动匹配、并进行了大量的实验验证。使用环形编码标志点实现相机姿态自动定向,将相机自标定技术应用于光束平差,用于优化测量结果。通过多个相机位置外极关系解决非编码标志点的匹配与重建问题,去除了标志点厚度带来的测量误差。实验结果表明,该系统与德国TRITOP系统测量结果偏差小于0.01mm,20min内可以完成3m×3m×3m的大型工件测量。     

基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统

针对钢结构件品种多、批量小,焊缝形状位置一致性差,机器人重复定位过程复杂等缺点,设计了一种基于激光视觉的钢结构焊缝图像处理系统. 运用CCD工业相机和激光器,采集带有激光条带的焊缝图像,分别利用中值滤波柔化噪音,Otsu算法自适应阈值分割,开操作和形态学处理相结合去除图像中除目标像素外的小连通区域,提取激光条带的中心线,最终利用Hough变换对中心线直线拟合,得到特征点位置,并通过骨支架试验验证该技术的可行性. 结果表明,该方法可快速准确地检测到焊缝特征点,满足实际要求.     

Development of in situ measurement system for welding deformation using digital cameras

Abstract

A three-dimensional (3D) deformation (in plane and out of plane deformations) measurement method is developed using digital cameras, which require no special equipment. This method is a non-contact method, and it can sequentially measure over the entire photographed image. Furthermore, since image analysis is based on the technique of image matching, the method is applicable even when the deformation to be measured is large. In addition, since it is possible to use all pixels as measuring points, the number of available measuring points at one time is the same as the number of effective pixels of the camera. In this study, the proposed method is applied to the sequential measurement of displacement under strong lighting levels in arc welding. Through the comparison of the results measured by a 3D shape measurement system (LAT-3D) using a laser displacement gauge and digital caliper, the quantitative validity of the proposed method is also verified.     

基于单目稀疏法多传感器融合移动机器人定位

针对移动机器人室内定位过程中,单目视觉难适应光照变化、里程计累计误差导致定位误差较大问题,提出边缘侧多传感器融合的定位方法.以稀疏直接法(半直接法)作为单目视觉的前端,实时单目相机估计位姿,通过惯性传感器恢复尺度输出位置信息,并且获取IMU的加速度以及偏航角、里程计当前速度,通过扩展卡尔曼滤波算法融合3种传感器信息,实现更加精确的定位.在移动机器人侧处理传感器读取的信息,从而减小机器人体积.边缘侧混合式多传感器信息融合使移动机器人在单个传感器失效以及无法人为干预时,也能够精确实时地在多种复杂环境中完成自主定位.