基于模板CAD模型的任意位姿注塑件抛光轨迹生成与重用方法研究

目的提高注塑零件机器人抛光轨迹的生成效率和柔性。方法以注塑件毛边抛光为对象,首先根据已知的模板CAD模型信息建立局部坐标系,并提取抛光特征线及抛光区域,通过等距截面法计算生成一系列加工轨迹点。为了提高抛光轨迹的生成效率,提出根据模型特征直接计算同类产品加工轨迹的方法,实现相似模型产品抛光轨迹的重用。然后,利用多线结构光技术快速测量当前位姿下的零件三维信息,通过三维点云匹配方法计算出任意当前位姿下的零件模型与模板CAD模型之间的转换关系。最后,结合手眼标定结果,计算出任意位姿零件的机器人抛光轨迹。结果以注塑件毛边抛光为例,进行模拟仿真和实验验证,结果表明,文中提出的方法只需单次测量即可计算出待加工零件的抛光轨迹,避免了在线完整物体的重构,使得物体测量和轨迹计算效率得到显著提高。此外,通过点云匹配与手眼标定方法,可完成任意位姿零件抛光轨迹的计算。结论文中提出的方法能够实现基于CAD模型的机器人抛光轨迹高效生成和重用,通过轨迹转换可实现任意位姿的轨迹计算,提高了机器人抛光轨迹生成的效率和柔性。

双目立体视觉摄像机标定及精度分析

以VC++为开发平台,采用开源的OpenCV函数库实现张氏标定算法;以标定板上的角点为测量对象,进行双目立体视觉系统的三维数据测量.采用标定获得的摄像机参数对模板图像进行校正,使用Harris算子进行角点提取,并对各行各列角点进行最小二乘直线拟合,以其交点为最终的角点位置,最后进行角点匹配与反求.测量结果的精度分析表明:该方法具有较高的测量精度,符合实际的测量要求.

基于STL面片法向矢量的自适应分层算法

文章分析、比较了快速成形自适应分层的现有算法 ,提出了基于STL文件三角形面片法向矢量的自适应分层算法。该算法根据给定的加工精度 ,可以很方便地求出相应的符合精度要求的分层厚度。通过与现有算法的比较 ,表明该算法简单、计算量较小而且容易实现。

光栅投影轮廓术的精度分析及应用

介绍了彩色面结构光栅投影轮廓术的基本原理,该原理在投影光栅方面采用正弦编码的投影光栅,这样可以采用快速的直接光栅条纹解调的方法,实现了对被测物体单视角数据的测量,并对标准台阶进行了测量。分析了测量过程中存在的误差及其产生的原因;并针对各种误差提出了相应的改进或克服方法;最后,使用该方法对具有复杂自由曲面的脚型进行了测量,实验结果表明:该方法能够快速、准确地获取被测物体的三维数据。

一种基于双目立体视觉的激光线扫描技术

针对线结构激光扫描系统标定成本高,而双目立体视觉测量中立体匹配难的问题,提出了在双目立体视觉的原理上,结合线结构激光扫描的方法实现对被测物体的三维测量。该方法采用张正友相机标定方法对系统进行立体标定;采用BOUGUET’S法对左右相机图像进行立体校正;运用重心法进行激光中心线的精确提取。在图像校正的基础上,可快速实现激光中心线位置的立体匹配;再结合线扫描原理可完成对物体的扫描工作。最后,使用该系统对具有复杂自由曲面的鞋楦进行测量,结果表明:该方法能快速准确地测量出符合要求的三维数据。

大型自由曲面零件的机器人视觉快速定位方法

针对大型自由曲面零件缺少规则特征导致定位成本高、效率低且精度难以保证的问题,提出一种机器人视觉快速定位方法。设计了自适应分辨率的超体素聚类算法,对不同模型点云进行均匀分割;提出以分块质心点的曲率、夹角以及快速点特征直方图(FPFH)描述子为依据,快速识别出完整CAD模型点云与局部测量数据的重叠区域并求解粗配准矩阵。改进了分支定界(BNB)嵌套迭代最近点(ICP)算法,提出基于关键点的快速精配准方法。以冲压件为对象进行实验验证,结果表明本方法节省了30%以上的配准时间,并显著提高了配准精度,能够解决大型自由曲面零件的定位难题。

分区域Gamma预编码校正的相位误差补偿

针对现有结构光视觉测量中普通投影仪亮度不均匀引起系统Gamma非线性畸变值分布差异,从而导致相位误差问题,提出了一种自适应分区域Gamma预编码校正方法。首先,介绍了结构光双目视觉测量原理以及标准N步相移法。接着,分析了投影仪和相机的Gamma非线性畸变对光栅正弦性的影响以及预编码校正方法。然后,在获取Gamma值分布规律的基础上,根据Gamma值的变化与相位误差的关系确定分区域阈值大小。最后,根据确定的阈值对测量视场进行区域划分,获取各区域Gamma值,并对标准白板和汽车挡泥板进行了实际测量。实验结果表明:本文方法比相同条件下采用单一Gamma值预编码校正方法在相位误差的补偿精度上提高了约30%,在三维数据的测量精度上提高了约15%。该方法能更好地减小相位误差,提高结构光视觉测量系统的精度。

融合深度图像与密度聚类的下一最佳测量位姿确定方法

针对机器人视觉自动测量中的下一最佳测量位姿确定问题,提出一种融合深度图像与密度聚类方法。该方法采用结构光双目视觉测量技术获得初始视角下被测物体的深度图像和三维点云数据,基于深度图像信息快速获取被测物体的边缘与密度聚类分析区域,基于密度聚类方法判定区域的复杂程度,进一步结合视场要求计算子区域权重,获得下一视场的最佳移动方向。利用趋势面分析预测下一最佳测量位姿的空间范围,采用深度图像信息获得趋势面分析全局区域,并快速获得中心趋势线的空间数据以确定下一最佳测量位姿。建立了Universal Robot 5(UR5)机器人和视觉测量平台,对胡巴和海盗头像模型进行测量实验,验证了所提方法的有效性。

提高双目视觉立体匹配精度的一种方法

针对基于相位的立体匹配算法无法得到相位真实值而导致匹配精度不高的问题,提出了一种将格雷码与相位移结合的匹配方法.该方法采用Otsu法寻找最佳分割阈值,实现了格雷码边界的精确分割,并采用高斯滤波对正弦光栅图像进行滤波.实验结果表明,该方法可以计算出较高精度的绝对相位值,提高匹配精度,获得较好的测量结果.

一种提高光栅投影轮廓术精度的方法

在光栅投影三维轮廓术中,直接条纹位移分析法存在着垂直条纹方向分辨率低的缺点。在分析产生低分辨率原因的基础上,提出移物法,该方法通过多次移动物体来提高测量的采样精度。测量结果表明,在不提高对光栅投影系统的要求的情况下,对物体移动N次分别进行测量,每次移动的距离为条纹宽度的1/(N +1),这样就可以使得测量精度提高N倍。

基于CAD模型的鞋楦数控刀位点算法

分析了现有鞋楦数控加工方法及其特殊性,提出了一种基于刀具和鞋楦CAD模型,采用三维离散化求最小距离的方法,解决了鞋楦数控加工刀位计算困难的问题。该方法主要步骤如下:(1)建立鞋楦和刀具的三维CAD模型;(2)规划优化的刀具路径轨迹;(3)计算各个刀位点。实践证明该方法快速、准确的生成所需的鞋楦加工刀位。

区域划分与视差估计结合的控制点立体匹配方法

针对控制点立体匹配的速度与准确性问题,提出了一种区域划分与视差估计结合的控制点立体匹配方法。该方法采用立体校正的方法对左、右图像进行立体校正,使得左、右图像上的对应控制点处于图像的同一行上,大大减少了立体匹配的搜索范围;采用迭代拟合的方法精确定位控制点的圆心;利用投影编码图案对测量视场范围进行划分,通过视差估计的约束减少所需投影图像数目。实验结果表明,该方法无需编码控制点,只需3张编码图案即可快速、准确地完成控制点的立体匹配,并具有很强的可变性以满足实际需求。

光栅投影轮廓术的测量高度及适应性研究

针对光栅投影轮廓术的测量精度对待测物体缺乏适应性的特点，提出一种在彩色光栅投影下，用软件实现两次变精度测量的方法，以适应待测物体形面的突然起伏；同时，根据彩色光栅的特点，用软件实现提高系统的高度测量能力。实验证明本方法简单、可行。

流形网格曲面上测地B样条插值

针对现有曲面上自由曲线设计方法的不足,提出一种插值于流形网格曲面上给定点列的测地B样条曲线生成方法。用流形网格曲面上两点间的最短测地线代替欧氏空间中的两点间直线,将欧氏空间中的德布尔算法拓展到曲面空间,得到流形网格曲面上的测地B样条表示形式。对于给定的约束于网格曲面上的点列,基于欧氏空间中的B样条插值理论,反算出其控制顶点,将这些控制顶点投影到网格曲面上,作为待求曲线的初始控制顶点,生成初始的测地B样条曲线。为使曲线尽可能逼近于型值点,提出反向误差补偿策略,通过简单迭代求取约束于网格曲面上的控制顶点。根据曲线的凸包性,将曲线所在测地凸包区域与整体网格曲面虚拟分割,使插值测地B样条曲线的计算量仅与曲线所在测地凸包区域内的网格顶点数有关,而与整体网格大小无关,从而大大减少计算量。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。

网格曲面上两相离曲线段的光滑过渡

将欧氏空间中两非均匀B样条曲线间G1连续条件拓展到曲面空间,提出一种构造网格曲面上两相离曲线光滑过渡曲线的方法。网格曲面上的曲线采用测地B样条表示,具有与欧氏空间中传统B样条相一致的明确数学模型。基于三角网格模型的拓扑邻接关系,提出一种网格曲面上测地线的延长线离散逼近算法,以此为基础,建立两测地B样条曲线间G1连续条件,将边界连续条件转化为控制顶点的位置约束,从而构建两曲线间的光滑过渡曲线。试验结果表明,所提方法健壮、高效,不依赖于参数化和投影技术,即使对于具有尖锐特征的曲面亦有很强的适应性。

基于OpenGL视景体的三维CAD模型交互显示研究

针对三维CAD模型的交互显示要求,采用已成为三维图形开发标准的OpenGL免费开放3D图形库来进行开发。在深入研究了OpenGL显示机制的基础上,提出并详细讨论了基于OpenGL视景体实现3D模型的交互显示变换方法。基于OpenGL显示系统,通过平移视点坐标系中的视景体实现平移交互显示,通过缩放视景体来实现缩放交互显示,基于矢量计算视点坐标系旋转参数实现任意旋转的交互显示。算法的实际编程应用证明能够有效、灵活地实现三维CAD模型的各种交互显示功能。

网格曲面上测地B样条曲线交互操作与重用

针对现有曲面上自由曲线设计重用方法的不足,提出一种流形网格曲面上曲线几何变换方法,达到曲线重用与再设计的目的。网格曲面上的曲线用测地B样条表示,具有与欧氏空间中传统B样条相一致的明确数学模型;引入对数映射理论将给定的源曲线控制顶点映射到切空间,获得它们的法坐标,按照曲线迁移前后控制顶点法坐标保持不变的原则,建立曲线迁移前后控制顶点的对应关系,实现类似于欧氏空间中的平移、旋转和缩放等几何变换。以网格曲面上离散对数映射理论为基础,将欧氏空间中的对称定义拓展到曲面空间,提出曲面上曲线的广义镜像概念并给出具体的算法实现。法坐标很好地保持了控制顶点之间的测地距离和相对位置关系,因而也保证了曲线迁移重用过程中的形状保持性。试验结果表明,所介绍方法健壮、有效,能满足曲面上曲线的交互设计要求。

基于边界分割的STL模型三维分段

针对分段注射/雕刻复合快速成型工艺的三维分段要求,提出一种STL三角网格模型的三维分段方法。以改进的翼边数据结构为基础,基于边界扩展法将STL模型分解为多个子模型,各子模型只包含相同类型面片或者垂直类型面片;以边对为基础来识别各子模型中的被遮挡边界线,由此生成垂直扫描面来分割子模型,进一步获得Z轴方向上无干涉的子模型。实例证明算法能有效实现STL三角网格模型的三维分段以满足工艺要求。

基于双目立体视觉测量技术的冲压件数字化回弹测量

针对采用常规检具测量冲压件回弹量存在精度低、费用高、周期长等问题,提出数字化回弹测量方法。研制了基于光栅投影的双目立体视觉测量装置,应用该装置采集获取实际冲压件产品的三维点云数据;采用三步法将点云数据与产品的CAD设计模型匹配对齐,计算点云相对于设计模型在最佳匹配位置的法向偏差量,从而获得回弹量数值。生产实际中的应用表明:所研制的测量装置和数字化回弹测量系统通用性强,能实现对复杂、大型冲压件快速、灵活、精确的三维回弹测量。

快速成形中STL文件拓扑信息的快速建立

在分析现有建立拓扑信息方法的基础上,提出基于面连接到顶点、顶点连接到面的基本拓扑信息,通过将面片顶 点与面片顶点的引用面的顶点进行比较来获得拓扑信息。试验运行结果表明,本方法能够快速而准确地建立拓扑信息。