利用三频外差方法获取小型工业零件三维面型信息

随着以智能制造为主导的工业4.0时代到来,“机器视觉”可取代人工帮助企业有效提高生产效率和降低生产成本,在智能制造中占据核心地位。为了更好地培养新时代智能制造人才,在教学过程中需有机结合“机器视觉”理论知识与其现实中的实用价值。本文采用基于三频外差原理的光学三维测量方法实现了对某小型工业零件三维面型信息获取。将三种不同频率的条纹图案依次投影到被测物体表面,利用相移和三频外差相位展开算法可以从相机采集到的经被测物高度调制后的变形条纹图中得到包含被测物体面型信息的展开相位,对测量系统进行标定,得到相位与真实高度间的映射关系,在此基础上进一步获取被测物的真实三维面型信息。此外,通过投影白色图片到被测物并对相机采集到的图片进行阈值分割的方式对重建出的被测物三维面型中的阴影区域实现了定位,从而去除了重建结果中的无用阴影区域面型信息。

基于数字散斑剪切干涉术的三维面型测试

基于数字散斑剪切干涉术的原理,研究了物体面型的三维测试技术。使用倾斜反射镜的方法,使物光束散斑场偏转,再由CCD记录偏转前和后物光束的散斑场。这种方法代替了传统的使用剪切元件空间上直接获得干涉条纹图,减少了由于剪切元件分束引起的物光束的光能损失,实现了数字散斑剪切干涉术测量物体面型。应用MATLAB软件编程,控制剪切散斑干涉图的精确定向平移,得到了4个干涉图,实现了数字四步相移,代替了传统的在参考光中利用位相控制器的机械相移,从而实现了物体面型的三维测试。该方法不仅省去传统剪切散斑干涉术中需要对感光胶片进行化学湿处理的过程,也省去了压电位移器等硬件。大量的实验表明,该方法不仅简化了测试光学系统和实验的过程,也提高了测试精度,其精度可达到1/10波长。

基于PMP的钢轨三维面型复原及表面缺陷检测

随着现代轨道交通高速和重载的发展,轨道磨损问题加剧,对钢轨的外形尺寸及表面缺陷检测的需求也愈加突出。相位测量轮廓术(PMP)具有非接触、高精度、易于自动控制的特点,常用于精密三维面型复原。基于PMP技术及Stoilov相移算法,采集三帧具有固定相移的钢轨外形变形条纹图像,用枝切法进行相位展开,重建了钢轨的三维面型分布,并对钢轨表面人造缺陷进行复原和测量。该方法为轨道磨耗及表面缺陷的高精度在线检测提供良好借鉴。

白光干涉法三维面型重构仿真研究

采用Twyman光路结构和LED为光源进行白光干涉三维测量,对干涉图像及元件面型的重构算法进行了仿真研究。使用Matlab软件,选取了两种面型结构函数,仿真得出重构的面型,选取5个参考点进行了对比。研究结果表明,白光干涉测量具有高精度、测量时间短、相对误差小于0.5%。

基于傅里叶变换轮廓术的钢轨三维面型复原

随着现代化轨道交通的飞速发展,在线非接触式检测技术已成为钢轨面型检测的趋势。本文基于傅里叶变换轮廓术(F T P)提出实现钢轨的三维面型复原的新方法。通过生成虚拟光栅,再将其投影在被测钢轨上,得到被测钢轨的变形光场图。再由滤波和相位展开等步骤成功恢复出被测钢轨的三维面型,为控制钢轨的外形尺寸,提高外观质量提供了新的方法。

三维面型重构中的分区正弦结构光编码算法

针对表面轮廓复杂度较高物体的三维面型重构时,单一条纹频率不能满足高精度测量要求,提出一种基于区域分割的正弦结构光编码算法。该算法根据被测物体不同区域表面轮廓特征,设置不同频率条纹,在图像区域分割的基础上编码对应光栅,根据相位调制方法,完成被测物体的三维面型重构。本论文完成了结构光的分区编码,实现表面轮廓较复杂物体的三维面型重构,所提算法对今后三维重构技术的进一步研究具有理论指导意义和实际应用价值。

利用两部智能手机实现三维物体面型测量

利用两部智能手机实现了三维物体面型的测量。使用数字图像技术制作了四张不同位相的正弦光栅图像用于四步移相投影条纹,一部手机将这一组光栅按相移递增顺序投影到三维物体表面,形成随物体表面起伏而变形的条纹;用另一部手机依次拍摄相应的条纹图像。采集得到的图像经过高斯滤波处理后计算出折叠位相,通过位相展开算法获得物体的三维面型高度数据。利用日常使用的智能手机使物体三维立体再现更加普及和便捷。技术进步可以实现只用一部手机完成这一工作。

骨性Ⅱ类高角患者拔牙矫治前后的面部软硬组织变化

目的:通过对骨性Ⅱ类高角患者拔牙矫治前后面部三维扫描模型与头颅侧位片进行测量分析,探讨软硬组织变化趋势、影响因素及其作用。方法:选取18例骨性Ⅱ类高角行单纯拔牙矫治的成人女性患者,对矫治前后的头颅侧位片定点描记并进行硬组织测量,同时获得纳入患者矫治前后三维颜面数据,在完成模型重定位及模型重叠后,对三维软组织标志点标定并测量相应三维软组织。硬组织测量包括17个测量指标(蝶鞍点-鼻根点-上齿槽座点的夹角、蝶鞍点-鼻根点-下齿槽座点的夹角、上齿槽座点-鼻根点-下齿槽座点间的夹角、面角、颌凸角、眶耳平面-下领平面角、Y轴角、前颅底平面-下颌平面角、颏前点到鼻根点-下齿槽座点连线的垂直距离、上中切牙到鼻根点-上齿槽座点连线的垂直距离、上中切牙与鼻根点-上齿槽座点的夹角、下中切牙到鼻根点-下齿槽座点连线的垂直距离、下中切牙与鼻根点-下齿槽座点连线交角、上下中切牙角、上切牙倾斜度、下中切牙-下颌平面角和Z角),其中11个指标测量其治疗前后变化量。测量20个软组织标志点(左/右颧骨点、左/右口角点、左/右唇峰点、软组织颏顶点、左/右下颌角点、额点、下唇下缘点、上唇上缘点、软组织颏下点、左/右下颌边缘中点、软组织颏前点、口裂点、唇下点、鼻下点和上唇点)治疗前后三维位移量,并取9项软组织测量指标(下唇高、面突角、下唇红高、下颌轮廓角、鼻唇角、人中长度、人中宽度、上唇高和上唇红高)。对矫治前后各指标变化量进行线性回归分析,并运用Pearson系数分析各指标间相关性。结果:矫治前后的硬组织及软组织20个测量指标中有18个测量值变化量差异有统计学意义(P<0.05),主要变化表现为唇部的整体内收,软组织颏前点存在垂直向的明显上移[(1.88±2.61)mm,P<0.05],同时左/右口角点[(-2.95±1.9)mm、(-2.90±1.92)mm]、上下唇缘点[(-4.94±1.95)mm、(-3.25±1.44)mm]、唇下点[(-3.10±3.5)mm]、鼻下点[(-1.23±1.06)mm]在矢状向明显内收(P<0.05),其他点差异无统计学意义;Z角平均增加4.10°±2.57°(P<0.05),其他差异无统计学意义;矫治后颏下点移动量与眶耳平面-下领平面角(比例为:-0.183∶1)、与前颅底平面-下领平面角(比例为:-0.157∶1)呈高度相关(r>0.7),其余存在相关性的测量指标间呈中度相关(0.7≥r>0.4),且差异均有统计学意义(P<0.05)。结论:骨性Ⅱ类高角患者通过单纯拔牙矫治也可得到一定的面型改善,主要表现为鼻、唇、颏三者矢状方向上关系的改善,其软组织移动量与硬组织移动量间存在着一定的线性比例关系。

基于相位测量轮廓术的车轮踏面三维轮廓测量

随着轨道交通在高速和重载方面的快速发展,因车轮踏面缺陷和磨损导致的列车安全问题日益突出。提出了一种基于相位测量轮廓术(PMP)的重构车轮踏面轮廓的新方法,对车轮踏面的磨耗及缺陷进行检测。通过模拟不同程度的噪声,并使用行列展开法、最小二乘法、枝切法以及改进枝切法等4种相位展开算法的仿真试验,试验结果表明,改进枝切法展开误差小,抗噪性能强,运算速度快。搭建了试验测试平台,通过重构车轮踏面和缺陷车轮踏面的轮廓图验证了改进枝切法的有效性。

光学传感三维面形的测量方法探索

用投影式相移技术对被测面条纹进行计算机相移法的自动处理,设计实验光路,对被测面条纹进行图像采集,通过标定以及软件处理进行三维重建,可以观察到图像的三维结构,着力培养大学生的在实验中遇到问题的解决能力,对培养大学生创新实践能力具有重要意义。

工业检测中3D检测技术探讨

随着工业自动化不断发展,越来越多的智能装备被大量运用到工业生产中。工业检测作为工业生产中至关重要的一个环节,低成本、低错误率且高效检测是其追求的目标。随着被检测工业零件形态结构日趋复杂,同时生产率要求日益提高,传统的人工检测方式显然已无法满足要求,基于机器视觉的工业检测技术应运而生,并得到广泛应用。在工业检测中,除了分析二维图像信息,三维面型信息的获取也是必要的,且随着复杂曲面元件设计制造逐渐成熟,三维面型信息获取更是已成为当下研究热点。三维面型信息获取的方法有很多种,每一种方法的基本原理各不相同,其适用的被测面型特征方面也各有所长。因此,对于不同类型三维面型特征,如何选取合适的检测方法是值得讨论的问题。文章首先介绍目前工业检测领域中最具代表性的几种三维检测方法,根据不同方法对应检测原理进一步分析每种方法各自优缺点及适用场景,望能为今后工业检测领域中三维检测方案选取方面予以些许借鉴。

一种新的投影莫阿三维轮廓测试系统

基于投影莫阿原理 ,考虑到传统投影莫阿测试系统结构难以达到均匀光照、机械结构相移速度慢且重复精度低的缺点 ,设计出一种新的投影莫阿三维轮廓投影成像测试系统。利用计算机实时控制亮灭三个光源实现相移 ,大大提高了系统测试速度 ,相移重复精度好。采用垂直投影 ,双电荷耦合器件 (CCD)倾斜成像机构 ,提高了光场的均匀性和可测物范围。该系统特点是测试速度快 (全场测量 :4s～ 8s)、相移精度高、测量面积大 (最大可为30 0mm× 30 0mm)、光强照明均匀 ,系统测量精度可达 40 μm。详细分析系统关键技术 ,并给出具体实验结果。结果表明系统的设计原理是成功的 ,为大面积物体三维轮廓快速测量提供了一种有意义的思路。

多维超奇异积分的近似计算

多维超奇异积分在弹性力学和电磁场的散射问题等诸多工程领域中有广泛应用.考虑构造二维、三维面型超奇异积分的求积公式,同时提高误差精度.利用复合矩形求积公式在划分的N个子区间内近似计算被积函数中无奇异性的部分,剩余部分通过超奇异积分的解析式求解.根据外推思想,构造一维超奇异积分的修正复合矩形求积公式.最后将带有外推的求积公式推广到二维、三维面型超奇异积分中.文章结尾的数值算例验证了方法的可行性.

基于数字波面干涉的平面度测试方法

本文介绍了一种基于数字波面干涉的平面度测试方法，该方法基于菲索干涉仪结构，通过数字CCD采集单帧干涉图像，运用zemike函数基于单帧图像拟合被测平面三维面型，以PV值综合评价整体平面度，区别于传统的等厚干涉仪与移相干涉测试方法。经验证此方法正确可行，测试数据准确可靠。