IGES文件B样条曲线的激光扫描投影方法研究

激光扫描投影系统可以通过在目标面上投影出待投影零部件轮廓线框的方式来辅助工人装配,使用该系统进行辅助装配可以有效解决由传统装配方式所引起的效率慢、精度低等问题.为了解决自研激光扫描投影系统不能直接读取零部件外形数模,影响激光扫描投影系统的实际应用价值,拖慢工作效率等问题.提出了IGES文件B样条曲线的激光扫描投影方法研...     

应用于激光扫描投影仪器的动态聚焦技术研究

为了实现激光投影仪器或系统的自动聚焦，研究搭建了激光动态聚焦系统。该系统可依据背向反射光强信号的变化调节聚焦系统的镜组间距，使激光扫描投影系统能够在不同距离的投影面上聚焦出最小光斑，从而提高系统的定位精度。根据激光动态自聚焦系统的原理，设计了光学杠杆型和反远距型2种动态自聚焦方案，并推导出相应的数学模型；利用ZEMAX光学设计软件进行仿真实验，通过比较得出响应更加灵敏、结构更加合理的自聚焦系统；搭建新型自聚焦激光扫描投影系统对动态自聚焦性能进行了验证。实验结果表明:反远距型动态自聚焦系统更加合理，在4.5 m处的投影面上，汇聚光斑直径最优可达0.2 mm，可使激光扫描投影仪在进行辅助装配时的定位准确度提高至0.1 mm，能够达到先进制造装配工程中零部件的精准定位要求。     

多色分图层激光扫描自聚焦投影技术

为了突破常规激光投影仪由于单一波长的局限性造成应用场景的限制,同时实现对不同零件、不同材料、不同装配工艺的分图层投影,设计并搭建了多色分图层激光扫描自聚焦投影系统。系统采用2种波长的激光作为光源,根据二向色镜的位置不同,提出了多色共光轴和分光路2种激光扫描自聚焦投影方案,并推导了相应的光学系统数学模型。通过系统的自聚焦功能调节镜组间距,均可以实现在不同距离的投影面上聚焦出不同颜色的最小光斑。利用ZEMAX光学设计软件对2种投影光学系统进行仿真,并从系统可靠性和投影效果上对2种系统进行比较分析。实验结果表明：在3 m处的投影面上,共光轴系统各种波长的光斑直径均在0.8 mm以内,且光斑大小均匀,可以实现多色分图层的扫描自聚焦投影功能。     

融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法

为解决现有激光扫描投影系统中需要手动标定的问题,提出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法。首先建立了融合单目视觉技术的激光扫描投影系统模型,给出了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法;其次建立了单目相机与激光扫描投影系统、被投影物体之间的数学模型;最后运用Matlab软件进行模拟仿真,证明融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法可以解决上述问题。同时为验证融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法的精度是否满足激光扫描投影系统的需求,将Matlab软件求解的实验结果与SA软件求解的实验结果进行对比,并分析精度与距离、角度等外部因素的关系。仿真实验结果表明:当距离一定时,单目相机旋转角度为55°时,单目相机距离投影仪和被投影物体的范围为1.5~3 m,且满足投影仪的精度要求。同时通过自主搭建新型激光扫描投影系统,证明了融合单目视觉的激光扫描投影系统自标定方法具有实际可操作性和可行性。     

基于激光扫描投影的轨道客车精准装配技术研究

为提高轨道客车装配时车体零部件的定位准确度,解决现存人工划线、制作模板等传统工艺引起的定位精度差、工作效率低等问题,基于激光扫描投影技术建立了全新的精准辅助装配系统。通过研究系统的数学模型,分析了其在不同投影角度上的投影误差,并依据上述分析得出了站位布置模型。将系统应用于实际装配中,实现了定位准确、工作效率高的特点。实际应用效果表明,定位精度可优于0.5mm,有效克服了现存定位装配工艺中需制造大量专用模板工装,工装定位位置不准确,人工描线定位精度极差等缺点。     

基于改进Fleury算法的激光扫描投影路径规划方法

为改善激光扫描投影系统在扫描复杂图形时由于扫描频率远小于20 Hz而引起的严重闪烁问题，基于图论理论将Fleury算法应用于激光扫描投影路径规划，并针对该算法无法优化非欧拉路径的局限性，提出了改进的Fleury算法。应用MATLAB对上述算法的扫描路径优化效果进行仿真分析，并应用到已有的激光扫描投影系统中进行实验，实验结果表明:基于改进的Fleury算法的激光扫描投影路径优化技术可以使激光扫描投影频率提升至20 Hz左右，有效解决频闪问题，提高绘制图像的质量，从而提升自主研发激光扫描投影仪器的实际应用价值。     

基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正研究

为了解决自研的激光扫描投影系统在实际扫描投影零部件外形轮廓时会存在拖尾、缺失和非预期的圆角过渡等图形偏差,严重影响投影出零部件外形轮廓的形状准确度的问题.通过分析拖尾和缺失偏差、转角偏差产生的原因,研究了基于时间补偿的激光扫描投影图形偏差校正方法,得出了补偿时间与采样率间的关系,建立了时间补偿与投影图形转角角度间的数学模型.应用所研究方法在自主搭建的激光扫描投影系统中进行验证实验,并与国外FARO激光扫描投影系统的投影图形进行对比.实验结果表明:对优化投影路径后的5行5列棋盘格图形进行投影时,比较偏差补偿前后实际投影图形效果,补偿后的投影图形形状准确度优于0.5 mm.基于时间补偿的激光扫描投影偏差校正方法可以有效地补偿拖尾和缺失偏差、能够优化非预期的转角偏差,该方法应用于自主研发的激光扫描投影系统能够显著提高投影图形准确度,具有良好的实际应用价值.     

基于PROA-BP的激光3D投影振镜偏转电压预测模型

为减小激光3D投影系统振镜偏转角偏差与根据振镜偏转角标定的转轴公垂线长度e误差引起的投影系统综合非线性误差,实现激光3D投影系统高精度辅助装配,提出一种基于改进的?鱼优化算法-BP神经网络的激光3D投影振镜偏转电压预测模型,以激光出射方向单位矢量作为输入预测振镜偏转电压数值。将改进的?鱼算法与BP神经网络相结合,解决BP神经网络容易陷入局部最优解问题,并通过BP神经网络实现激光3D投影系统综合非线性误差的耦合与补偿。结果表明,改进的?鱼算法-BP神经网络训练10 000次后均方差误差和平均绝对误差均值分别是粒子群算法-BP神经网络的41.2%、62.4%,是BP神经网络的22.2%、50.7%。基于改进的?鱼算法-BP激光3D投影振镜偏转电压模型的投影定位精度为0.35 mm,与激光3D投影传统模型相比,投影定位精度提升了30%,可实现更高精度投影定位。     

基于RTX64的激光目标模拟系统实时控制软件设计

为满足搭载平面反射镜的高精度二轴机械转台为核心的激光点目标球幕投影系统仿真目标点的时间精度与位置精度要求,提出在具有高实时性和时间精度的RTX (real-time extension)64实时扩展系统环境下开发和运行的计算机控制软件的设计方案。使用实时CAN总线通信与以太网结合的通信控制方法,实现各子系统之间的数据通信和协同控制,提升运动目标模拟的位置精度和时间精度。在20 ms的同步控制时钟周期下,重复实验中模拟目标点的误差最大值分别为0.005 34°与0.004 04°,符合激光点目标球幕投影系统的模拟精度要求,证明该实时控制软件的设计方案可行。     

基于三线结构光的大型圆柱工件直径测量系统

针对工业上一些无法正对待测端面安装相机的直径测量场景,设计了一种由3个激光投线器、1个成像透镜及1个面阵CMOS相机组成的圆柱工件直径测量系统,放置于地面上倾斜投影并成像。搭建了测量系统,从图像中获得亚像素端点坐标,代入标定方程解算世界坐标,并通过几何模型计算待测直径。实验结果表明,该系统能在设计待测值附近准确测量工件的端面直径,测量精度在±0.1 mm以内,满足工业测量高精度要求。     

面向逆向工程的工业CT图像预处理系统开发

 为了将工业CT技术应用于逆向工程中,开发了一个面向逆向工程的工业CT图像预处理系统。该系统主要通过图像处理、轮廓拟合和数据格式转换三个步骤对工业CT切片图像进行处理,输出的IGES格式数据能直接输入到专业化的逆向工程软件中进行３维CAD模型重构,减少了重构３维模型的工作量;输出的２维DXF格式数据能直接输入到AutoCAD软件中进行处理,提高了系统的灵活性。同时,提出了用加权方法计算拟合圆弧的圆心和半径,有效提高了曲线的拟合精度。并通过实例验证了该系统的正确性。     

基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法

为了提高测量速度,提出一种基于双频彩色条纹投影的相位测量去包裹方法,只需采集一帧图像,就能实现高速测量以及动态物体轮廓测量中的相位去包裹。论述了双频相位测量和变精度去包裹原理,并详细分析影响测量精度的因素。该方法采用计算机生成一帧双频双色正弦条纹图,用液晶数字投影仪投影,并用傅里叶变换的方法对两个单色条纹图进行分析,获得高低两种精度的被测物体高度信息,从而进行变精度去包裹处理。结果表明,利用该方法提高了测量速度,可得到较高的去包裹精度,其测量最大绝对误差为 1．413～-1．582 mm,标准差为0．363 mm。     

3维均匀场电极的自动设计

基于标准ACIS模型数据,利用Inventor VBA语言和B样条曲线对脉冲气体激光器中Ernst面型曲线进行逼近,并采用线性扩展法对Ernst面型电极实现了3维实体建模设计,设计结果可以直接导入An-sys进行3维电场有限元计算分析。通过对比不同坐标点数的Ernst曲线的误差情况,明确了导致电极边缘面型误差的原因,对于B样条逼近Ernst曲线上曲率较大的部分进行了局部密集采样,在提高模型文件中曲面面型精度的同时平衡了计算的速度,并对设计结果进行了Ansys有限元计算和初步分析。     

3D building reconstruction from aerial CCD image and sparse laser sample data

An approach for 3D building reconstruction automatically based on aerial CCD image and sparse laser scanning sample points is presented in this paper. The geometry shape of a building is shown very clearly in the aerial high-resolution CCD image, so we use Laplacian sharpening operator and threshold segmentation to extract the edges of CCD image first, and then pixel connectivity is used to extract the linear features in the CCD image. Bi-direction projection histogram and line matching are proposed to extract the contours of buildings. The height of the building is determined from sparse laser sample points which are within the contour of the buildings extracted from CCD image; therefore the 3D information of each building is reconstructed. We reconstruct 3D buildings correctly by this approach using real aerial CCD and sparse laser rangefinder data.     

工业CT图像轮廓提取与优化系统设计

为了有效地提高面向逆向工程的工业CT图像轮廓处理的精准性和计算效率,开发了工业CT图像轮廓提取与优化系统。该系统主要包括图像处理模块、轮廓识别与提取模块、轮廓拟合与优化模块、图像处理经典算法库和数据接口等功能模块,实现了从工业CT图像到轮廓数据的三维点云与轮廓线的标准格式输出,并与逆向工程软件对接。同时,在轮廓拟合与优化模块中,提出了基于全局约束模型的轮廓拟合策略,并采用有向图分解和数值代数相结合的计算方法,提高了轮廓拟合的计算精度和效率。最后通过实例验证了系统的有效性和正确性。     

Calibration procedure for 3D measurement systems using two cameras and a laser line

In order to ensure the precision of the measurement of complex 3D object surfaces using non-contact laser scanning systems, a novel stereo vision calibration procedure based on a laser line projection plane is presented. This calibration procedure can also be used in measurement systems based on a single camera and a laser line projection. This procedure, while using only laser-coplanar points, is oriented towards laser line detection and allows the matching of two images on the laser projection plane without the use of a rigid motion equation. These features make this procedure very precise, simple and, consequently, easier to implement.     

裸眼3D LED显示的全息透镜板在线拼接的检测方法

全息透镜板的高精度拼接与装配是基于全息透镜技术的大屏幕LED裸眼3D显示系统搭建中的关键问题。理论计算与实验结果表明,全息透镜板与LED显示模组横向相对位置误差小于1.332mm时,可以满足显示的要求。基于裸眼3D显示系统的投射条纹,提出了基于投射条纹的全息透镜板位置实时调整方法。依据此方法提出了基于极大值测量条纹中心间距的图像处理算法,并结合LabView编写了图像处理程序。实验结果表明,使用该方法测得的亮暗条纹间距的测量精度为0.1mm,反算出全息透镜板与LED屏之间的位置误差小于0.03mm,满足实时调整全息透镜板位置的要求,可以作为全息透镜板在线拼接的检测方法。