隐形眼镜投影测量仪的设计

提出了一种采用光学投影成像和自扫描光电二极管列阵(SSPA)传感器实现隐形眼镜曲率、光学中心厚度和直径测量的新方法,基于此方法设计成功了一种新型隐形眼镜投影测量仪.介绍了仪器的测量原理、仪器结构、光电二极管列阵信号采集以及单片机控制系统的硬件和软件设计.该测量仪测量镜片曲率半径的精度优于±0.1mm,测量镜片光学中心厚度的精度优于±0.01mm,测量镜片直径的精度优于±0.1mm,并能分辨镜片上任何方向大于0.01mm的杂质和表面缺陷.     

基于图像角点匹配的机械加工零件表面缺陷检测

当前在对机械加工零件表面缺陷检测时,存在表面缺陷检测精度差的问题,导致检测结果不理想。提出一种基于图像角点匹配的机械加工零件表面缺陷检测方法,利用曲率空间检测零件图像的角点,采用泰勒级数删除伪角点。对特征点邻域梯度方向进行角度限度和就近投影,同时借助双向匹配方法进行机械加工零件图像角点匹配。在上述操作的基础上,利用一维直方图的阈值分割对零件图像进行分割处理,最终实现机械加工零件表面缺陷检测。实验结果表明,该方法能够获取高精度的零件表面缺陷检测结果,且对加工零件缺陷厚度、孔洞缺陷及缺陷最大边界距离的测量均较为准确。     

机械加工工件表面图像纹理表达及特征提取

提出了一种基于工件表面图像纹理表达及特征提取的图像处理方法。针对影响高精度视觉测量精度的相面旋转问题,充分利用工件表面纹理信息,提出了基于工件表面纹理特征的序列局部图像校准方法,获得序列图像之间的相对旋转角度,解决了测量过程中相机抖动或工件振动引起的尺寸特征方向变动问题。     

面向机器人精密装配的高精度圆片位姿视觉检测

为了引导机器人精密装配过程的轴孔自动对中，提出一种高精度圆片位姿视觉检测算法。根据圆片的几何性质，对采集图像进行圆片轮廓提取、上表面轮廓椭圆检测和亚像素精度优化，从而获得能高精度拟合圆片上表面的轮廓椭圆方程。基于该椭圆方程，利用圆锥曲线透视投影原理建立了从2D椭圆到3D空间圆的位姿转换数学模型，可以根据圆片表面轮廓椭圆方程和圆片半径解算圆片上表面圆心坐标和圆片轴线方向向量，并提出两个轮廓点筛选准则以消除图像中部分非高斯噪声的干扰。针对位姿解算的二义性问题，提出一种利用圆片下表面圆心重投影的二义性消除方法，其优势在于无需增加环境约束。仿真分析和视觉检测实验结果表明，所提出算法鲁棒性好且检测精度达到：圆片上表面圆心的x,y轴位移检测精度0.01 mm，圆片轴线方向向量的角度检测精度0.7°。     

机械加工工件表面图像纹理表达及特征提取

提出了一种基于工件表面图像纹理表达及特征提取的图像处理方法.针对影响高精度视觉测量精度的相面旋转问题,充分利用工件表面纹理信息,提出了基于工件表面纹理特征的序列局部图像校准方法,获得序列图像之间的相对旋转角度,解决了测量过程中相机抖动或工件振动引起的尺寸特征方向变动问题.     

随机模式投影双目测量系统中的单目测量方法

针对基于随机模式投影的双目立体测量系统的特点,提出了一种由单摄像机-投影器构成两个单目测量单元的测量方法。首先给出了一个简洁有效的标定算法,该算法只需从不同角度拍摄随机光场在普通白板上的图像（称为标定图像）,就可以标定纯随机模板上每一点经投影镜头发出的光线。无需标定投影镜头畸变,且精度不受投影镜头畸变的影响。然后将随机光场照射下的被测物体图像与标定图像进行亚像素精度的像点匹配,根据三角测量原理获取物体表面的三维点云数据。最后采用标准平面对该方法进行测量精度验证,并给出了具体的测量实例。实验结果表明：平面度测量精度为0.0175mm,不确定度<0.05mm(3σ)。由于采用单目测量单元进行测量时,空间一点无需在两个摄像机视场内均可见,因此避免了因局部高光、被测物体自身遮挡等原因引起的三维测量数据丢失,有效地弥补了双目测量系统的不足。     

基于图像拼接的尺寸精密检测算法研究

针对基于机器视觉的大长径比类零件几何尺寸综合检测中因要求视场大而导致分辨率低,投影误差大等问题,将图像拼接技术应用到视觉测量中,采用已标定摄像机方式建立图像投影模型、提出了基于位姿变换的图像拼接算法实现图像之间的精确配准、基于最佳阈值灰度调整的图像融合以消除图像拼接接缝.通过对标准模板进行检测实验,测量精度可达到±0.006mm,重复测量精度≤0.004mm,结果证明了该算法的可行性.     

随机模式投影双目测量系统中的单目测量

为克服基于随机模式投影的双目立体测量系统中的局部高光和自身遮挡,提出了一种由单摄像机-投影器构成两个单目测量单元的测量方法。首先,给出了一个标定算法,该算法只需从不同角度拍摄随机光场在普通白板上的图像(称为标定图像),就可以标定纯随机模板上每一点经投影镜头发出的光线,无需标定投影镜头畸变,且精度不受投影镜头畸变的影响。然后,将随机光场照射下的被测物体图像与标定图像进行亚像素精度的像点匹配,根据三角测量原理获取物体表面的三维点云数据。最后,采用标准平面和圆柱面对该方法进行测量精度验证,并给出了具体的测量实例。实验结果表明,标准试件拟合面的平均偏差0.02mm,测量不确定度0.05mm(3σ)。综合两个单目测量单元进行测量,能有效避免因高光和遮挡等原因引起的点云数据缺失。     

基于定位平台的大尺寸工件视觉测量技术研究

对于大幅面工件的几何尺寸很难进行全尺寸视觉测量的问题,提出一种单目视觉加运动控制联合的测量方法.该方法结合了图像检测功能与运动平台的可移动特点,对大尺度工件进行分区编号,控制直线精密定位平台按逆时针顺序对相应区域进行图像采集处理,并建立一种基于Canny边缘检测与分段序贯最小二乘法拟合求交点的角点检测算法,通过获取先后两不同区域图像角点坐标的偏差,结合定位平台位移信息,实现对大幅面工件的全尺寸视觉测量.最后运用建立的大尺寸工件视觉测量系统对特征丰富的工件进行测量实验,实验结果表明系统在200mm测量范围内可保证0.05mm的精度要求.     

轮对综合参数光电自动检测系统

车辆轮对尺寸参数和踏面缺陷的检测是保障车辆运行安全的重要措施。介绍了一种基于光电检测技术的轮对综合参数自动检测系统。该系统运用精密激光位移传感及数字图像处理方法，并结合精密运动控制，实现了轮缘厚度、轮缘高度、车轮直径、轮对内侧距、轮辋厚度、轮辋宽度等主要尺寸参数，以及踏面擦伤和剥离等表面缺陷的非接触自动检测。该系统的尺寸参数测量精度为0．2mm，擦伤深度测量精度为0．1mm，剥离长度测量精度为1．0mm。现场实验结果表明，系统的检测精度和重复性可满足车辆段修现场使用要求。     

Moire deflectometry based on Fourier-transform analysis

An approach for moire deflectometry based on Fourier-transform analysis is described. Fourier-transform is used for analyzing and evaluating both infinite and finite moire deflectograms. Deflections in two orthogonal directions are integrated to reconstruct the tested surface. A least square fitting is used in finite moire deflectogram to eliminate declination error caused by inclination between two Ronchi grating lines. Results from experiments of aspheric surface measurement based on this approach have proved its effectiveness.     

基于迁移学习和模型融合的粗糙度检测系统设计

针对传统粗糙度测量方法识别准确率不高的问题,提出了基于迁移学习和模型融合的粗糙度检测方法。首先,采用所设计粗糙度检测系统中的CCD相机模组采集工件表面图像并制作数据集;其次,通过迁移微调VGGNet-19、Inception-V3 以及DenseNet121进行多模型融合,得到了适用的粗糙度检测模型;最后,用数据集进行网络训练以提取图像中的纹理细节特征,实现对粗糙度等级的精准识别。针对车削、铣削和磨削共15种粗糙度等级图像进行实验验证,系统识别精度可达91%。结果表明,所提出的系统可有效地实现粗糙度等级自动检测。     

工件表面质量检测中高速图像采集技术研究

针对工件表面质量在线检测过程中的高速图像采集环节,提出了一种工件图像高速采集方法。分析了图像采集中定位精度、运动模糊、曝光时间和工件运行速度之间的定量关系,研究了传送机构与工件表面的振动对图像采集的影响,设计了图像采集时序。利用光电传感器实现工件的快速触发,使用高精度延时模块实现工件的准确定位,通过减小曝光时间控制运动模糊。基于高速采集方法设计了高速图像采集系统,定位精度小于0.1mm,运动模糊小于1pixel,保证了工件的准确定位和图像的清晰度,有效保证了工件表面质量检测。     

基于三维激光扫描的移动大尺寸圆柱体工件长度快速检测系统

针对移动大尺寸圆柱体工件两端的表面形貌特征,利用三维激光扫描仪设计了一种快速长度在线检测系统。基于三维激光扫描仪可在短时间内连续高速获取大量测量数据的特点,系统在虚拟环境下构造出自适应测量形状的虚拟测量基准面,采用二维误差分离方法抑制系统误差和运动误差,识别定位工件两端端点并计算其到虚拟测量基准面的位移;最后结合多传感器融合模型获取三维位移场测量结果。另外,测试前用三坐标测量机精密测量过的相似形状圆柱体工件对系统进行了校准修正。为验证系统的精度和可靠性,分别对处于（1 000±25）mm内不同直径的圆柱体工件进行了长度检测。结果显示,系统可在1 s完成直径约为50 mm工件的长度测量,检测分辨力为0.010 mm,检测精度达到0.050 mm。实际运行结果表明,该设计系统具有高自动性和高效性,可满足在线生产中对大尺寸工件控制和检测的要求。     

基于图像拼接的表面粗糙度测量方法

针对光切显微镜图像法测量表面粗糙度时取样长度较小，不足以客观表征工件表面质量的问 题，提出一种基于图像拼接的表面粗糙度测量方法。根据表面粗糙度序列图像中相邻帧图像的重叠区域构 建匹配模板，采用归一化相关算法计算相似度量进行相邻帧图像匹配与拼接，以加权融合算法平滑拼接后 图像的重影和接缝。对拼接后的粗糙度图像提取单侧边缘特征，通过最小二乘法拟合最小二乘轮廓中线， 建立轮廓算 数 平 均 偏 差 和 轮 廓 最 大 高 度 评 定 模 型。实 验 结 果 表 明，采 用 拼 接 算 法 后 取 样 长 度 增 加 了 １９８３．５２μｍ，测量精度平均提高了１．１６％。     

The application and research of high-frequency ultrasonic reflection technique used in the measurement of small diameter’s tube cavity size

Based on the problems that the photoelectric detection method and the X-ray testing method cannot provide the ideal accuracy when they are applicated to detect the cavity of small workpiece with diameter Φ6 mm and the general probes cannot stretch to the internal of the workpiece, we propose a high-frequency ultrasonic reflection technique which is used to measure the cavity size of diameter tube. The method uses ultrasound to measure the thickness. It can extract information about the wall size of workpiece through signal processing, feature extraction and other methods. By using this information, we can measure the size of cavity. Compared with the test results showed by a venire caliper and screw micrometer, we can get the conclusion that the immersion focusing probe with center frequency of 10 MHz can accurately detect the cavity of the workpiece. The experiment shows that the method gives consideration to the accuracy and computational efficiency of the workpiece’s cavity parameters. It can get data supplely and effectively. There are other advantages of this method such as stable performance, easy installation, and lower power consumption and penetration ability. It is suitable for the precision measurement of the workpiece.     

傅里叶变换在莫尔测偏法中的应用

本文针对非球面莫尔测偏法提出了采用相移技术结合傅里叶变换进行数据处理的新方法,在对莫尔条纹图作二维傅里叶变换后可获取相应于被测表面高度的相位信息,然后用相移来确定该位信息的正负号,以最终正确重构测表面的三维形貌,对有限宽莫尔条纹图因栅线夹角引起的倾斜项误差要用最小二乘法加以剔除,用该法进行了非球面测量。     

单点增量成形制件整体精度研究

以典型圆锥台作为研究对象,由材料的变形机理出发,解析制件整体精度的机理和主要影响因素。采用Box-Behnken 设计(BBD)试验方法,对主要影响因素中的工具头直径、层间距、板厚、成形角设计四因素三水平曲面响应试验,建立两个方向上几何误差的二阶响应模型,得到工艺参数对制件在水平方向和垂直方向上精度的单一及交互影响规律。最后,利用响应模型对两个方向几何误差进行同步最小优化,得到制件整体精度最优时的工艺参数组合：工具头直径6 mm、层间距0.5 mm、板厚1 mm、成形角45 °,此时两个方向的几何误差分别为1.914 6 mm和-0.157 mm,实现了制件整体精度的工艺优化和稳健控制。     

基于空耦超声共振法的复合材料测厚技术研究

为解决当前传统超声检测技术对复合材料的检测耦合剂污染和检测效率低等问题,提出空气耦合超声共振法来检测复合材料薄板的厚度,从而确定缺陷的大小。利用 COMSOL 有限元仿真软件对复合材料进行建模,设置不同厚度及不同大小缺陷的物理模型来对比实验,后处理求解并进行快速傅里叶变换,提取谐振频率计算出复合材料的厚度。结果表明,超声共振法可对复合材料进行定性、定量检测;当复合材料的厚度越薄时,超声信号产生的谐振频率越大,则复合材料中所含缺陷范围越广,分层现象越严重;其检测精度可达 0.1 mm 左右,相对误差范围分布在 5% 以下。实验证明了该测厚技术的可靠性,为超薄复合材料板缺陷厚度的测量提供一定的参考和借鉴。