基于单幅灰度图像的快速三维重建方法研究

对含有阴影的物体表面快速三维重建问题,提出一种融合阴影恢复形状(Shape from shading,SFS)数据与旋转对称激光三角传感器数据的基于单幅灰度图像的快速智能测量方法。针对SFS方法重建过程中出现的二义性问题,利用旋转对称激光三角传感器的关键数据对其进行修正。同时针对旋转对称激光三角传感器对未知物体表面需要逐点测量,测量速度慢的问题,利用修正后的SFS重建结果对旋转对称激光三角传感器进行智能视觉引导,对含有阴影的物体表面梯度变化较大的点及特征点进行精确测量。在此基础上搭建集成SFS方法的激光三角传感器高精度移动测量平台系统。该系统根据物体表面梯度变化的特点自动选取阈值调节测量精度,从而快速、精确地完成对未知物体表面的三维重建。并通过试验验证了方法的可行性和有效性。     

准确定位物体位置的柔性触须传感器

柔性触须传感器是触觉传感器的一种,是对动物触须功能的仿生设计,具有应用范围广、限制小、准确度高等特点,近几年得到机器人研究者的普遍关注。利用霍尔元件和触点传感器作为检测单元,通过对传感器结构的优化设计和对柔性触须的受力分析,提出了一种仿生柔性触须传感器的设计方法,并推导了柔性触须传感器的定位方法,实现了对接触物体三维位置的准确定位。该触须传感器结构简单,便于调节和安装。经实验验证,其线性性、重复性等静态特性优异,位移定位误差1 mm,角度误差5°,位移分辨率和角度分辨率分别可达到0.1 mm和1°,能够准确定位多种触碰状态下的物体位置,可用于遥操作机械臂等需要准确定位物体位置或精密操作的执行器末端。     

高速机械系统运动特性的实时视觉检测技术研究

介绍一种利用高速视觉传感器,对机械系统高速运动进行实时运动特性提取的技术,并搭建高速视觉检测系统,可以对复杂的高速机械设备进行长时间、无接触的运动频率检测。本技术将高速相机视为多传感器系统,对预存储的多周期高帧率图像进行离线处理,设计周期运动特性关键像素点提取算法,以这些像素点为固定的多个子传感器,将图像简化为一维向量,并建立周期运动特性样本序列数据库,实现基于视觉平台的高速机械运动相位和频率检测技术。为验证算法的有效性和系统的稳定性,利用步进电动机带动的旋转装置和缝纫机的机械运动部分进行试验,结果证明了本算法和系统可以正确的提取周期运动特性关键像素点,建立样本数据库,完成高速实时视觉检测。     

基于图像测量技术的位移检测系统的设计

介绍一种基于图像测量技术的位移检测系统。系统由ADNS9500芯片上的COMS图像传感器采集被测物体表面图像信息,再经过内置的DSP处理器,对采集的图像进行匹配运算,输出数字位移信息,通过SPI通信传递给AVR单片机,由AVR单片机再处理并实时显示输出。为了提高COMS图像传感器与被测物体表面的距离,设置了外加激光源及光学透镜组件,使COMS图像传感器与被测物体表面的距离达到10～15cm,并且得到较高的精度。系统能够很好的实现非接触测量的目的。     

基于候选框提取的可变形部件模型物体清点

已有的利用图像处理进行物体清点的方法对物体本身和背景条件的统一性要求较高,不具备通用性和较高抗干扰能力,而一些准确率较高的算法计算复杂度高,难以满足生产流水线上实时性要求,因此提出一种高灵活性、高鲁棒性及通用的采用候选框提取的可变形部件模型快速物体清点方法,使用快速特征金字塔来训练可变形部件模型,并通过对物体梯度方向直方图(Histograms of Oriented Gradients,HOG)特征按能量大小区域旋转的方法来提高算法的抗旋转能力;然后使用改进的基于先验信息的edge boxes算法提取目标候选框,再对候选框使用训练好的可变形部件模型进行检测;检测出的目标数量即为物体数量。设计了多组对照试验,结果证明,该方法具有较高的通用性和鲁棒性,在准确性和检测效率上也完全能够达到工业生产中实时检测系统的要求。     

机器人抓取对象硬度触觉感知研究

物体硬度感知对于机器人进行物体灵巧操作具有重要意义。针对物体硬度感知中传感信号复杂、物体压缩量大而导致的系统鲁棒性差以及容易损伤物体的问题,提出了一种基于触觉传感的机器人抓取对象硬度感知方法。该方法使用两指夹持器轻微挤压物体,通过安装在两指指尖的柔性触觉传感器阵列采集压力序列信号。将压力序列信号进行多项式处理得到非线性特征序列,使用基于决策树的Adaboost算法处理非线性特征序列,实现抓取物体在线硬度等级分类。将基于决策树的Adaboost算法和其他各种算法进行比较,并进行实际物体硬度识别实验。实验结果表明所提方法能够准确实时识别不同抓取对象的硬度。     

一种灵巧操作手设计与分析

大多数操作手只能实现简单的捏、夹、握功能,和人手的高度灵巧性相比,还存在较大的差距.本文从人手仿生学的角度出发,提出了一种仿拇指与食指操作物体运动特性的灵巧操作手设计.首先,基于对人手操作物体旋转运动特性进行分析,设计出一种具有柔性结构的手掌以及能对物体进行旋转操作运动的灵巧性操作手,对其工作原理进行了阐述,然后,根据灵巧操作手一具体设计实例,分析了其对不同形状物体的抓握能力,最后,分析了灵巧操作手抓取物体并进行旋转操作运动的灵巧性能,为灵巧操作手的发展及应用提供了重要技术参考和研究思路.     

用于边界层分离点检测的微型压力传感器阵列研究

基于边界层流动与分离的特性,探讨了根据表面压力分布变化,检测物体表面边界层分离点的测量方法.根据边界层分离点测量的特点,给出了一种基于柔性衬底的微型压力传感器阵列的结构设计,并对背引线技术进行了初步研究.设计的微型压力传感器阵列可有效满足边界层分离点的检测要求,进一步拓展了MEMS器件的工程应用范围.     

基于MC9S128单片机的CCD异步复位触发系统

为保证物体表面图像的采集质量,针对物体在线检测中采集时刻存在误差的问题,设计了CCD异步复位模式的触发时序,并基于飞思卡尔16位单片机MC9S128,提出了一种具有较强通用性的CCD异步复位触发系统。该系统的异步复位信号由接近开关传感器产生,触发摄像机进行异步拍摄,其定位延时精度可达0.1 ms,可以使物体进入设定的位置后进行图像采集,实现运动状态下物体的实时采集。实验及研究结果表明,基于该方法设计的触发系统具有较宽的适应范围,保证了实时图像采集的定位精度,对于一般工业在线检测具有一定的借鉴价值。     

基于图像传感器的激光测距方法研究

针对传统接触式测距方法的局限性,介绍了一种根据光学三角法利用图像传感器近距离测距的方法。通过半导体激光器发出的光经过物体反射成像在CMOS图像传感器的光敏面上,接受到的激光光斑图像通过接口传到主机,利用Matlab进行分析处理计算,得到被测距离。通过搭载模拟实验平台,验证了该方法的可行性,并且简单易于实现,有较高的实用价值。     

基于激光三角法和嵌入式的微位移实时检测系统

基于激光三角法和嵌入式的微位移实时检测技术,采用激光三角法测距和灰度重心法提取激光条纹中心的原理,使线结构光、透镜、CCD位置信息满足Scheimpflug共轭清晰成像条件。通过图像处理获取像面坐标系位移信息,得到待测物体物面坐标系的位移,利用灰度重心法实时提取结构光条纹中心的特点,结合嵌入式系统尺寸小、稳定、便携的特性,实现对待测物体进行实时、非接触和微位移测量。     

基于激光三角法的零件表面粗糙度在线测量

介绍了一种零件表面粗糙度的激光在线测量方法,该测量方法具有测量速度快且能够显示被测表面的具体形貌等优点．在测量中引入激光三角测量系统,用无衍射激光光束作光源,用高精度的摄像机作位移传感器,通过计算机数据处理得到表面粗糙度值,使表面粗糙度在线检测成为可能。     

激光三角法内孔测量传感器的光学成像分析

为了实现对孔类零件特别是深孔零件的孔深测量,设计了一套激光内孔测量传感器.该传感器基于激光三角测量的方法,利用梯形棱镜的全反射特性将光路限制在狭窄的空间内,从而实现对深孔或盲孔的测量.针对该传感器的光学成像规律做出了深入的分析,并结合目前存在的问题提出了几种改进方案.实验结果表明:梯形棱镜能够较好地解决测量内孔时物理空...     

Development of a real-time laser-based machine vision system to monitor and control welding processes

In this study, a laser-based machine vision system is developed and implemented to monitor and control welding processes. The system consists of three main modules: a laser-based vision sensor module, an image processing module, and a multi-axis motion control module. The laser-based vision sensor is designed and fabricated based on the principle of laser triangulation. By developing and implementing a new image processing algorithm on the platform of LabVIEW, the image processing module is capable of processing the images captured by the vision sensor, identifying the different types of weld joints, and detecting the feature points. Based on the detected feature points, the position information and geometrical features of the weld joint such as its depth, width, plates mismatch, and cross-sectional area can be obtained and monitored in real time. Meanwhile, by feeding these data into the multi-axis motion control module, a non-contact seam tracking is achieved by adaptively adjusting the position of the welding torch with respect to the depth and width variations of the weld joint. A 3D profile of the weld joint is also obtained in real time for the purposes of in-process weld joint monitoring and post-weld quality inspection. The results indicate that the developed laser-based machine vision system can be well suited for the measurement of weld joint geometrical features, seam tracking, and 3D profiling.     

Three-dimensional shape optical measurement using constant gap control and error compensation

The optical laser displacement sensor is widely used for noncontact measurement of the three-dimensional (3D) shape profile of the object surface. When the surface of an object has a slope variation, the sensor gain is proportionally varied according to that of the object surface. In order to solve the sensor gain variation problem, the constant gap control method is applied to adjust the gap to the nominal distance. Control error compensation is also proposed to cope with the situation even when the gap is not perfectly controlled to the nominal distance using an additional sensor attached to the actuator. 3D shape measurement applying the proposed constant gap control method shows better performances rather than the constant sensor height method.     

微小高度检测系统设计

高度信息是分析物体三维形貌的最重要信息。为了研究微小焊点的三维形貌,需要对焊点高度进行测量。针对传统测量技术的缺点,设计了一种检测系统。系统应用白光平行照射条纹板,将其像投影到被测物体上,受到物体高度轮廓的调制作用,形成变形的亮暗相间的条纹。该条纹图携带着焊点的三维信息,再用照相系统把变形的条纹图拍摄在CCD上,通过对CCD上像的处理,可以还原出高度信息。该方法可将条纹板的像等间距地投射到被测物体的表面上,避免了由于投影条纹宽度不同所带了的图像处理过程的误差。实现了测量范围大、重复性好、图像处理简单的优点,为微小高度的测量提供了新方法。     

焊缝成形线结构光视觉检测方法研究

针对焊缝尺寸测量和表面成形质量评估问题,研究一种基于线结构光的焊缝视觉成形检测系统。在详细论述结构光视觉传感器的组成结构以及标定过程的基础上,优化图像预处理流程,提出了基于边界限定的灰度重心法来提取激光条纹中心线。以单像素的激光条纹为信息源表征焊缝轮廓,融合多特征点提取算法实现激光条纹轮廓特征点的检测并基于特征点建立角焊缝的尺寸计算模型,最终实现焊缝尺寸测量。结果表明：该焊缝成形视觉检测系统能满足焊缝检测性能的要求。     

The influence of incident angle, object colour and distance on CNC laser scanning

This article examines the influence of incident angle, object colour and measurement distance on the computer numerically controlled laser scanning process. To determine the physical background of these influences, the operation of the triangulation sensor, the surface reflection and the colour properties of the measured object were analysed. The various influences and their physical background are explained by using a test-measurement setup, which makes it possible to investigate a specific influencing factor. The article concludes with several guidelines that should be followed in order to obtain better measurement results.     

基于二维图像的距离测量方法

针对传统的直接接触测量方式在操作和使用上无法满足自动化等问题,为了提高测量的精度和效率,提出基于图像的非接触式测量距离方法。首先在场景中添设一把带有刻度的刻度尺,并将刻度尺横在被测物体之间;然后利用摄像机对场景进行拍摄,获得场景的真实图像,对获得的图像进行相关处理并标出刻度;最后通过公式计算出被测物体的距离,并与游标卡尺所测的距离进行对比分析。该方案在测距的过程中省略了图像的相机标定、图像矫正等一系列复杂步骤,从而避免了处理图像时的误差,有效提高了数字化测量的精度和效率。研究结果表明,通过比较试验数据与游标卡尺测量的数据,基于非接触式测量距离方法切实有效、适应性好、测距精度高,与传统的检测方法相比,检测效果有提高。     

SOI压阻传感器的阳极键合结合面检测

由于当前绝缘体上硅(SOI)压阻传感器芯片的封装质量仍依赖人工检测,本文提出了一种自动实现该项检测的视觉检测方法。分析了压阻传感器的工作原理,研究了芯片定位精度和结合面质量对传感器性能的影响。以传感器性能和质量为导向,提出了一种以中心定位偏差和键合面结合度为检测点的封装结合面检测方法。该方法通过对Hough圆检测效果和实际图像的分析完成定位精度的检测;基于对传感器质量影响因素的分析和气泡面积的统计实现结合面质量的检测。在传感器实际制造封装过程中对该视觉检测算法进行了实验验证。结果表明:该方法能识别的结合面上的最小气泡直径为6μm;玻璃内孔半径检测误差约为0.015mm.。本文提出的基于视觉检测的方法基本满足了压阻传感器封装对结合面检测的要求,有助于实现封装质量的自动化检测。