空间最优投影平面的斜口圆截面管路端头位姿测量

船舶、飞机等发动机为减小体积,采用斜口管路焊接代替弯头连接,管路系统中端头位姿是焊接对齐的前提。针对斜口管路端头位姿的高效高精度测量难题,提出了一种通过重建管路轴线以及管路端面进行端头位姿精确测量的方法。通过获取种子圆柱并设计非线性寻优算法提高圆柱拟合精度,通过高精度种子圆柱扩散重建得到管路轴线。通过双曲率阈值搜索方法对管路边缘进行搜索,得到管路端面边缘点整像素坐标。通过对端面提取得到的整像素坐标进行椭圆拟合结合射线求交方法求解端面边缘亚像素坐标,从而避免插值方法计算亚像素坐标受环境光源影响大的问题。最后,使用逐点最小二乘法重建空间投影平面并在平面上得到残差最小空间椭圆,空间椭圆中心即为管路端点,该投影平面即为端面所在平面,实现了对端头位姿的精确测量。实验结果表明,该方法的测量精度达到0.05 mm,角度测量误差小于0.1°,基本满足斜口管路端头的位姿测量精度要求,对管路的装配具有良好的指导意义。

飞机结构件运动数据的动态视觉测量系统

基于近景摄影测量理论和立体视觉技术,提出并实现了一种针对机身结构件在飞行状态下的轨迹、姿态、位移、变形等多种运动数据的动态视觉测量方法。研究了基于工业近景摄影测量的多相机快速自标定方法;飞行状态下相机动态定位及抖动消除技术;刚性结构件的运动轨迹及姿态的快速求取和通过多相机(≥3)协作实现非编码标志点阵列的精确匹配等多项关键技术。在模拟飞行环境下的实验结果表明,相机标定的重投影误差小于0.03pixel,系统的运动轨迹姿态测量精度可达0.01mm/1m,关键点位移变形测量精度可达0.05mm/1m,基本满足飞机测试行业的精度和可靠性测量标准。

用于工业三维点测量的接触式光学探针

为了快速、准确地获得大尺寸工业产品或带有深槽孔工件的关键点三维坐标,本文基于工业近景摄影测量理论、立体视觉技术等,研究并实现了两种工业便携式、接触式光学探针测量系统。研究了测量系统涉及的探针设计、探针标定以及三维点解算等关键技术,设计了点阵式和手持相机式两种适用于不同工业场合的工业探针。针对点阵式探针的测量,提出了一种用于解算探针坐标系与世界坐标系相对关系的点云匹配方法。此外,采用拟合虚拟球的方法准确标定了两种探针的内部参数。最后,通过对比标准球与三坐标测量机的测量结果,得到系统的测量精度可达0.1mm/m。该精度满足一般大、中型工件的三维点测量精度标准。

基于数据映射优化的航空机匣变形测量偏差比对

为了解决航空发动机机匣性能试验中双目DIC变形测量偏差难以全场、精确量化的问题,提出了一种系统、全面的DIC测量数据与有限元仿真数据之间的映射方法。首先,采用FPFH特征和ICP算法精确配准两类点云数据,完成了数据坐标系的精确对齐;然后使用遗传算法优化的拟合神经网络调整有限元节点位置,从而消除两类数据间节点位置不一致的问题,完成仿真网格向DIC网格的高精度映射;最后,使用逐点最小二乘应变估计算法统一了有限元仿真和DIC测量的应变计算模式,得到与DIC属性一致的有限元比对数据,从而实现被测面全场变形的偏差估计。机匣刚度实验中肋板处的变形比对结果显示,网格节点的映射精度优于1×10-6mm,仿真变形和DIC变形的偏差云图与偏差曲线具有良好的一致性,且能够显示DIC测量偏差存在的具体位置,在未来航空发动机机匣及类匣体的研制和测试领域具有良好的应用前景。

显微立体视觉小尺度测量系统的标定

结合透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法,提出并实现了一种标定显微立体视觉系统光路的方法。首先,通过光刻方法制作了用于显微立体视觉系统标定的标定参考物,并利用待标定系统采集标定参考物不同方位的图像。然后,基于非参数化的光学畸变模型,采用样条曲面计算得到显微立体视觉系统的畸变校正场,并结合透视投影模型建立显微立体视觉系统的完整成像模型。最后,利用光束平差算法对所建立的成像模型进行标定计算和优化调整。搭建了显微立体视觉小尺度测量装置,验证了提出的标定方法的可行性。通过标定获得了测量装置两个光路的焦距和相对方位等参数,并借助于高精度四轴位移台对标定结果进行了精度验证。结果表明,采用本文方法标定后位移测量的精度优于1%,能够满足微胀形实验中三维变形测量的要求。该标定方法也可用于其他显微视觉检测领域。

数字图像相关法测量板料成形应变

针对板料成形极限试验中传统应变测量方法的不足,提出并实现一种基于数字图像相关法的板料成形极限应变测量方法。对其中涉及的关键技术进行深入研究。针对板料成形中大变形测量的难题,根据系列变形图像相邻状态变形的连续性,提出一种大变形分步匹配算法,并介绍三维坐标重建和三维应变求解的方法。根据测得的试件表面应变分布,提出一种通过构建应变场截面线来拟合成形极限曲线的方法。基于Visual Studio 2010开发环境,开发用于板料成形极限应变测量的计算软件。为了验证方法的可行性,结合自研的图像采集装置和改进的板料成形试验机搭建成形极限测量试验平台。对SPCC钢板试件的测量结果显示所提出的方法能够快速、有效、直观地测量试件在整个成形过程中的表面应变分布,为建立成形极限图提供一种有效手段,且与传统的坐标网格等方法相比优势明显。

基于DIC的预应变下铜/铝复层板各向异性性能检测与研究

基于数字图像相关法(DIC)与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板全场三维应变测量的方法。为了验证该方法的可行性,进行了Q235钢拉伸实验,将DIC法与引伸计变形测量结果进行了对比。应用DIC法对预应变下的复层板各向异性进行了性能检测与研究。结果表明:数字图像相关法的应变测量精度高于0.5%,与引伸计所测结果基本相当;随着预应变量的增加,复层板料力学参数的各向异性先增强后减弱;塑性应变比、应变硬化率的变化与预应变量和加载方向密切相关;板料轴向应变与宽向应变间的线性关系也受预应变与加载方向的影响。

数字图像相关法中的优化插值滤波器

针对数字图像相关方法中的亚像素插值误差,在复频域内利用滤波器的传递函数分析了亚像素位置和图像频率对插值误差的影响,在此基础上设计了一种基于B样条插值核的优化插值滤波器。为使该滤波器能自适应于不同散斑图像,提出了一种利用图像的频谱分析获取滤波器中权值函数的方法,以B样条滤波器系数为非线性优化插值滤波器的迭代初值,解算出图像的最优滤波系数。在不考虑数字图像相关法中其他位移测量误差影响的情况下,通过平移和单向拉伸两个数值实验,证实所提滤波器可以明显减小亚像素插值误差,更好地满足了实验力学中对利用数字图像相关法进行高精度位移测量的需求。

铜/铝复层板成形极限视觉测量方法及成形性能

基于数字图像相关法(DIC)与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板成形极限应变的视觉测量方法,利用有限元模拟结果对该方法进行验证。根据DIC方法获得的板料成形极限应变,分析热处理工艺及接触状态对铜/铝复层板成形极限的影响,使用扫描电子显微镜对界面与断口形貌进行观察分析。结果表明:DIC方法测得的铜/铝复层板失稳破裂时的最大主应变与有限元模拟结果的相对误差为0.1%,且应变值分布与有限元模拟吻合也较好;铝在内层时复层板成形极限大于铜在内层时的成形极限;经过退火处理的铜/铝复层板成形性能优于未退火时的性能;铜/铝复层板发生失稳断裂时,界面产生脱离。

机械与材料力学性能的三维全场变形与应变快速检测研究

提出并实现了一种基于工业摄影测量和数字图像的相关法,通过多种工业相机拍摄的多幅二维序列图像,快速解算出被测物体的三维坐标、变形和应变数据的方法。该方法解决了大型复杂工件生产现场快速检测难题,达到国际先进水平,可用于中小型工件和微纳米尺度工件的相关检测,以及材料性能分析,也可满足低速到高速的振动冲击和模态分析要求。在机械、材料力学等多个行业和多个学科的应用表明,该方法具有适用面广、三维全场检测、快速灵活方便的优点,取得了显著的经济和社会效益。

投影仪全参数平面线性估计的高精度标定方法

针对投影仪光路结构复杂、主点偏差大导致高精度标定难以实现的问题,提出一种全参数平面线性估计的方法,为投影仪标定过程提供精确的主点偏差初值,实现了投影仪的全参数高精度标定。首先将投影仪作为虚拟相机,利用多频相移原理得到投影仪和标定板的坐标对应关系,然后采用两步法对非线性方程进行求解计算,通过引入向量参数的方法实现非线性方程的线性化,再利用仿射变换关系选取最优点集,得到稳定的直接参数预估算法,最后利用一种全局捆绑调整算法实现投影仪的高精度标定。采用此方法对投影仪单相机系统完成标定之后,测量了标准球以验证精度,实验表明投影仪单相机系统的平均重投影误差为0.04像素,测得标准球直径平均偏差小于0.1mm,球心距偏差小于0.05mm。结果证明,所提出的投影仪标定方法计算模型简单、稳定性高并具有较高的精度,适用于主点偏差较大和投影仪焦距未知的情况。

炮兵团适应一体化联合作战指挥转变浅探

信息技术在军事领域的广泛运用,推动着军事变革在军事理论、武器装备和编制体制等方面发生根本性转型。战争形态、作战样式已发生本质变化,对战场的认知更加复杂,对指挥的精确性、时效性、稳定性和人员的信息化素质要求更高。炮兵团作为遂行作战任务的终端,怎样依托现有编制、现有装备,构建适应一体化联合作战条件下的作战指挥模式,逐渐转变陈旧的作战指挥方法,以适应信息化战争和满足日益提高的军事需求,显得至关重要。

大型工件成形快速应变测量技术

针对目前大型工件在成形过程中应变测量的实际问题,提出了一种快速视觉测量方案,在采用近景工业摄影测量与坐标网格相结合的基础上,进行基于公共点的三维测量数据拼接可以高效地实现大型工件成形后表面全场应变的快速测量,通过对某汽车顶盖冲压零件表面应变的测量,验证了该方法的可行性和有效性。

材料力学性能参数的动态视觉测量研究

为了对材料在拉伸变形状态下弹性模量、泊松比等力学性能参数进行动态的视觉测量,基于数字图像相关技术和随机采样一致性原理,提出了一种针对材料在拉伸变形状态下的应变、弹性模量和泊松比等多种力学性能参数的动态测量和计算方法。首先,利用数字图像相关技术,测量出了材料变形试件点对间的位移、应力及线应变值;其次,基于随机采样一致性原理,自动确定了材料的弹性区间;在变形试件的弹性区间内,运用最小二乘拟合法准确获取了材料的弹性模量和泊松比;最后,常温环境下,对两种金属材料进行拉伸实验,实时计算和显示了试件的变形情况以及试验机拉伸过程中的参数变化量。实验结果表明:采用该方法可以准确地对材料弹性模量和泊松比进行动态视觉测量,且弹性模量测量精度平均可达0.86%,泊松比测量精度平均可达0.97%。研究结果表明:该力学性能参数的动态测量和计算方法基本可以满足工业检测行业材料性能参数的测量精度标准。

基于多层次综合评估理论的某远程火炮系统射击密集度评估

本文通过多层次综合评估分析法,给出了某远程火炮系统的射击密集度评估的算法实现。从定量的方面评估出该远程火炮系统的密集度,为该远程火炮射击法则的制定及射击精度的评估提供较好的理论依据。

斜视场弱相关散斑图像的离散化匹配

为了解决由视场倾斜造成的弱相关散斑图像难以匹配的问题,提出一种大倾角数字散斑图像的离散化匹配方法。基于小尺寸子区匹配受倾斜影响相对较小的规律,首先将大尺寸种子点离散化为小尺寸种子点群进行匹配;然后整合小尺寸种子群匹配结果从而获得大尺寸种子点的匹配初始值;经过精确调整该值后即可获得准确的大尺寸种子点匹配坐标;最后利用种子点扩散算法即可实现倾斜图像的完整匹配。通过模拟生成0~42°倾斜角图像序列并在子区半径7~30pixel范围内进行匹配测试,确定了倾斜角度和子区尺寸是影响图像匹配的主要因素,给出了成功匹配倾斜图像过程中关键参数的选择依据,验证了离散化匹配方法的有效性,并对比了其综合性能。数值模拟和实验结果表明,本文所提离散化匹配方法的精度在±0.03 pixel内,有效提高了斜视场下散斑图像的匹配成功率,能够满足倾斜40°以下视场的散斑图像的稳定匹配和变形测量需求。

微尺度三维变形测量的显微数字图像相关系统

基于体式显微镜和数字图像相关法,提出并实现了一种用于对微小尺度材料进行全场三维变形测量的显微数字图像相关系统。针对体式显微镜标定,提出一种高精度的基于B样条曲面重构的成像系统畸变模型,该模型通过采集自主设计的高精度平面标定板图像,来构建无畸变图像平面和标定板平面之间关系,并以此确定空间B样条曲面形式。利用一种高效的对称亚像素细分法来实现数字图像的高精度匹配,并介绍了所提系统进行三维测量和分析的过程。实验结果表明,标定结果的平均重投影误差为0.03pixel,位移测量精度优于0.2μm,应变测量误差的标准差不超过100με。同时,实验结果也证实了该系统可以准确、全面地实现对微小尺寸材料表面的全场三维变形测量。

板料成形三维全场应变摄影测量快速检测系统研究

针对目前板料成形过程中应变测量的实际问题,提出了一种新的测量方案,通过采用近景工业摄影测量与坐标网格分析法相结合的方法,可以高效地实现板料成形后表面全场应变的精确测量。基于以上方法设计并开发出了可以应用于实际的板料应变检测系统XJTUSM。通过对某些型号的钣金零件表面应变的测量,验证了本文方法的有效性。

锻压制件的三维全场尺寸与应变的快速检测技术

随着中国制造业的快速发展．汽车、飞机、船舶、军工等行业中大量采用大型锻压制件或；中压钣金工件，大小从几米到几十米．迫切需要适合生产现场使用、快速方便的三维外形尺寸检测方法。相对于大型工件的轮廓尺寸测量．变形和应变的检测难度更高，需求也更为迫切．与材料力学性能相关的变形和应变数据决定了大型工件的产品质量。