机械工程背景下测控专业信号与系统课程教学效果提升策略探索

信号与系统在测控技术与仪器专业人才培养方案中占有重要的地位,在教学过程中需要进行不断的改革以适应人才培养的需求。针对于机械工程背景和学时少的特点,提出总结过往教学效果、教与学并用攻克难点、紧密结合科研或实际工程、课程思政元素的有机融入等提升教学效果的策略,这些策略在一定程度上能够帮助学生克服对新知识的排斥心理和激发求知的主观能动性,有效地提高了课程目标达成度,对于提升人才培养质量具有积极的作用。

中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法仿真分析

径向剪切干涉测量时经常会出现扩束与缩束光波中心不重合情况,传统波前重构算法会导致较大重构误差,其应用受到挑战。推导了中心不重合径向剪切干涉迭代波前重构算法,仿真分析了组合像差、单阶Zernike像差、中心偏移量大小及其计算误差对重构算法的影响。结果表明,在剪切光波中心不重合情况下,该文算法能够准确进行波前重构,重构效果显著优于传统算法;在论文仿真条件下,随着中心偏移量的增大,本文算法重构波面均方根误差(RMS)不高于0.05λ,而传统算法重构误差RMS值达1.6λ且与偏移量近似线性相关。

角度的图像测量法

为提高角度测量的精度、速度以及扩大角度测量方法的应用领域,提出一种采用基于计算机视觉的图像测量技术进行角度测量的方法。通过对采集到的被测工件图像进行边缘检测、细化处理和霍夫变换,从而确定出其角度。实验结果表明,角度的图像测量法在测量精度、速度、抗噪声等方面具有很大的优势。

激光三角法中工作角对系统灵敏度的影响

通过推导激光三角测量系统的灵敏度公式,分析了光学结构参数对系统灵敏度的影响,主要包括被测表面起伏量、成像系统的放大倍率与工作角。建立表面粗糙度的激光三角测量系统,重点针对工作角对灵敏度的影响关系进行实验研究。结果显示,较大的工作角能够获得更高的系统灵敏度。但是当工作角较大时,需考虑工作角与系统放大倍率对灵敏度的综合影响,并保证光接收器上的光强大于其灵敏度。对于文中采用的测量系统,最高的系统灵敏度所对应的工作角约为70°左右。

布氏硬度的图像测量法

文中提出一种采用基于计算机视觉的图像测量技术进行布氏硬度测量的方法,它通过对试件压痕进行图像采集、特征提取、信息处理等过程来实现布氏硬度的测量。实验结果表明,布氏硬度的图像测量法是一种自动化程度高、人为误差小的测量方法,同时还具有测量精度高、可靠性好、抗噪声能力强的特点。

圆度误差的图像测量法

圆度误差是机械零件常见的形状误差之一,它的大小对精密机械的性能和寿命有重要影响,是零件几何精度的重要指标。本文探讨了一种基于图像测量技术的圆度误差测量方法。该方法通过对试件进行图像采集、图像预处理获得完整清晰的轮廓图像,然后利用改进的霍夫变换对系统进行标定,并按照最小条件法、利用有效的数据处理算法进行圆度误差评定。实验表明,用该方法进行圆度误差的测量是可行的,并具有测量精度高、速度快、实用性强的特点。

基于改进灰度重心法的光带中心提取算法

在线结构光三维测量中,由于线结构光光源质量、物体表面反射率非均匀性以及表面粗糙性等因素的影响,激光光带经常会出现宽度不均匀,光带亮度不集中、离散性较大的现象。本文提出一种改进灰度重心法提取激光光带中心线,该算法基于自适应二值化处理得到光带各列法向宽度值以及光带的准确边界。然后,利用光带边界与灰度数据进行灰度重心计算确定出光带的中心位置。结果证实,改进算法中灰度重心的计算范围与光带宽度相一致,因而具有较高的提取精度和良好的适应性。

基于遗传算法的复摆式破碎机动颚运动特性优化

为有效减小复摆式破碎机动颚衬板磨损,可通过降低动颚运动特性值实现.为提高颚式破碎机工作性能,以PE250×400型颚式破碎机为优化对象,以动颚运动特性值最小作为优化设计目标,以各构件基本尺寸作为优化设计变量,建立包含构件尺寸、工作参数及腔形参数的约束条件,构建优化设计数学模型,采用遗传算法对数学模型进行优化,优化后的动颚运动特性值降低13.84%,同时生产率提高12.73%,满足颚式破碎机的优化设计要求,为颚式破碎机优化设计从理论上提供了方法指导.

CCD动态响应特性的测试与建模

CCD图像传感器与景物有相对运动时,传感器动态响应特性对成像质量具有显著影响,通常表现为图像模糊、目标物体几何尺寸和灰度失真.通过对CCD工作原理的分析,设计了测试动态特性的试验方案,提取了运动图像上能够反映CCD响应特性的像元灰度数据,通过基于最小二乘法的数据分析完成了动态特性的建模.研究结果表明:CCD传感器动态响应特性可采用修正的一阶系统模型表示,其拟合误差约为0.2,模型精度较高.提出的动特性测试方法实用性强,可解决一般机器视觉及相关动态影像问题.

一种直边缘物体宽度的图像测量法

提出一种基于方向功率谱与投影梯度的直边缘物体宽度测量方法,通过对目标图像功率谱进行极坐标变换得到方向功率谱,并由此计算出直边缘物体的伸展方向;然后对原始图像按照该伸展方向进行灰度投影,并由投影梯度结果得到待测宽度。该方法无需对目标图像进行边缘检测、阈值分割等预处理操作,因而测量结果更加准确、可靠,且计算量较小、测量效率高。数值模拟与实验结果表明,本文所提方法能够保证1像素的测量精度,且物体长度方向的几何尺寸不影响宽度测量结果。

环形共光路点衍射干涉仪

建立了一种基于偏振掩膜板与环形共路结构的点衍射干涉仪,通过旋转偏振片可以改变参考光与测试光之间的相对光强,实现干涉条纹对比度的调节,能够获得最高对比度的干涉条纹,并且针对条纹对比度进行了详细的理论分析;由于系统中线性载频幅度极易调节,可以有效地改善傅里叶变换法的相位提取精度;验证性实验被完成。

基于降维Hough变换算法的零件同心度误差测量

为了克服传统Hough变换圆检测算法存在的计算量大、测量效率低以及不适用于同心圆检测等问题,论文提出一种降维Hough变换算法以实现零件同心度误差的非接触视觉测量。该方法通过对阈值分割后的二值化目标图像应用方向投影获得圆形轮廓的半径参数;进而利用Hough变换计算出内外轮廓的圆心坐标,从而实现零件的同心度误差测量。降维Hough变换算法将参数空间由三维降到二维,并且能够对内外轮廓特征点进行有效区分,于是极大地改善了计算效率。此外,通过仿真与实验对所提方法的有效性和精确性进行分析,同时结果表明,该方法是一种便捷、高效、可靠的自动非接触测量方法。

基于图像匹配的无损变形测量

在传统网格法的基础上,给出一种基于图像匹配的无损变形测量新方法。该方法以图像的亚像素匹配为关键技术并采用虚拟网格的思想。在测量时,不用在待测物体表面预制任何标志,而是利用试件表面的数字图像的灰度特征形成虚拟网格,利用区域匹配算法完成全场的位移测量;再按照网格法中的应变计算方法得到位移转变成应变。典型拉伸实验证实,该方法与传统网格法的测量结果一致。

数字图像的亚像素位移测量算法改进

在基于图像的位移测量中,为了获得较快的测量速度和高的测量精度,提出了基于拉格朗日插值与牛顿法算法的亚像素位移测量方法。该方法首先对5个整像素点的相关系数值作拉格朗日插值,得到一个4次多项式,然后再利用牛顿法去求解此多项式的极值,该极值点所对应的位置即为待测点的亚像素位移。简捷的拉格朗日插值法与快速收敛牛顿法的综合运用使得位移测量能够在保证良好测量精度的同时有效地减少亚像素匹配中耗时的相关计算。经理论推导与仿真实验证实,在测量精度为0.05~0.1像素的水平下,该测量方法在测量精度、速度等方面具有很大的优势。

数字图像匹配算法的改进及研究

本文从数字图像匹配运算的速度与精度方面出发,详细地讨论了数字图像匹配算法的改进,经粗略匹配和亚像素级精确匹配以后可快速得到亚像素级匹配点.计算机仿真实验表明,本文给出的改进匹配算法与现行的最小误差法和最大相关系数法相比,在1/20亚像素分辨率条件下的运算速度提高了大约5倍.

基于视觉技术的装配机械手定位算法改进

针对传统视觉装配机械手定位中的图像匹配速度慢,计算量大,定位精度低等特点,为了提高装配机械手的定位速度和精度,通过对数字图像匹配的数学推导,对传统图像匹配算法进行了改进,并采用细分像的亚像匹配技术,实验结果表明该方法能够快速、准确地对装配机械手进行定位。

压电倾斜镜的自校正PID高精度跟踪控制

压电倾斜镜是一种集光、机、电、控于一体的复杂强耦合非线性元器件。然而,由于压电材料迟滞非线性的存在,很难实现对倾斜镜倾斜角的高精度跟踪控制。为了对其进行有效控制,建立了倾斜镜带有扰动的单输入单输出模型,并采用自校正PID控制算法构成闭环控制实现动态跟踪定位。相应的开闭环实验结果表明:系统闭环后的输入输出跟踪曲线最大误差达0.66%,平均误差达0.10%,比开环性能有大幅度提高。也证实了极点配置自校正PID算法对倾斜镜跟踪控制系统的有效性。

基于DE-HR-Net模型自动测量Miniaci角

目的建立引入密集连接、高效通道注意力机制的高分辨率网络(DE-HR-Net)模型,观察其自动测量Miniaci角的价值。方法回顾性分析256例膝内翻患者全下肢X线片,通过数据扩增获得900幅单侧全下肢图像;基于髋关节中心点、Fujisawa点、合页点及踝关节中心点4个特征点制作数据集标签并计算Miniaci角。以DE-HR-Net构建检测特征点模型,随机选取60幅全下肢图像,观察模型自动测量与医师手动测量Miniaci角结果的差异,评价该模型测量Miniaci角的价值。结果DE-HR-Net模型检测髋关节中心点、Fujisawa点、合页点及踝关节中心点的均方误差(MSE)分别为1.34、1.49、1.91及1.44。模型自动测量与医师所测Miniaci角分别为(12.10±3.83)°和(12.08±3.83)°,二者高度相关(r=0.991,P<0.05)且一致性较好(ICC=0.995),平均绝对误差(MAE)为0.22°。结论成功建立的DE-HR-Net网络模型可用于自动测量Miniaci角。

基于曲面拟合的复杂变形测量

在图像匹配的基础上,采用曲面拟合法对变形前后的两幅图像进行亚像素特征点的匹配,由曲面拟合法测量出应变方向上的亚像素位移后,再按照网格法中的应变计算方法将位移转变成应变。实验结果证明了该算法的可行性。

基于拉格朗日与牛顿算法的无创变形测量

在传统网格法变形测量基础上,提出基于图像匹配技术的无创变形测量方法。对传统的图像匹配算法进行改进,并采用基于拉格朗日插值与牛顿法的算法进行亚像素位移测量,综合应用虚拟网格的思想与数字图像匹配技术来实现位移与应变的测量,并与网格法进行比较。实验结果表明,采用该算法明显地提高了测量精度与速度。