基于虚拟双目视觉的电器电磁机构三维动态测试研究

对电器电磁机构进行准确的动态测试是电器优化设计的基础。由于电器电磁机构动态过程的复杂性及受研究方法、测试技术和条件的限制,过去对电器电磁机构动态特性的测试是二维的,而三维图像具有空间真实感,能够更全面、真实地反映电磁机构的动作过程,因此有必要对电磁机构进行三维动态测试。利用两面成一定角度的平面镜与1台高速摄像机相结合组成虚拟双目视觉测试系统,提出利用光学非接触式三维测试方法对电器电磁机构进行三维动态特性测试。采用虚拟双目视觉的原理,标定了高速摄像机的内部参数和外部参数,利用三维重建描绘出了磁保持继电器衔铁的三维动态特性曲线,通过3D测试验证了方法的可行性。提出的基于Image-Pro Plus图像处理的特征点检测和提取方法,极大地简化了立体匹配的约束条件和算法难度。

基于虚拟双目视觉的锥阀振动测试

液压阀阀芯附近介质流量变化导致的阀芯振动对锥阀的稳定性和使用寿命有重要影响。为了探究锥阀的三维振动特性,文中提出了一种基于虚拟双目视觉的可视化实验方法,并获得了阀芯振动的图像序列。通过对阀芯轮廓拟合得出了阀芯几何顶点的空间坐标值,提高了阀芯位置的测量精度。通过分析不同出入口压力、弹簧刚度等条件下的阀芯振动特性,发现阀芯振动的空间范围和冲击程度与液压系统运行状况和阀芯结构密切相关。入口压力从3.2 MPa增大至4.4 MPa时,阀芯振动逐渐加剧,离散度增大;预压缩量从14 mm增大至17 mm时,阀芯振动趋于平稳,离散度减小;此外,随着弹簧刚度和阀芯半锥角的增大,阀芯振动的离散度也呈现出先减小后增大的趋势,且其最小值分别在弹簧刚度为2N/mm和阀芯半锥角为30°时出现。在阀芯振动的沿轴向、正面和侧面3个方向的投影中,侧面径向振动的波形因子大于正面径向的波形因子,而轴向振动的波形因子最小。波形因子的变化趋势与离散度的变化趋势一致,阀芯振动的离散度和波形因子呈正相关关系,且在阀芯半锥角为30°、弹簧刚度为2N/mm时的波形因子最小。文中研究结果可以为锥阀结构的液压阀的结构设计提供理论支撑,从而提高液压系统运行的稳定性,减小振动对于液压阀的损害。

基于虚拟双目视觉的电器电弧弧根三维运动特性的研究方法

提出一种基于虚拟双目视觉原理的电弧弧根三维运动特性的研究方法,应用虚拟双目视觉原理以及MATLAB图像处理技术,从而获得电器电弧弧根实际三维运动过程。在阐述了虚拟双目视觉基本原理的基础上,进行了试验平台的搭建,利用高速摄像机对接触器分断时产生的电弧进行拍摄得到电弧图像。最后对电弧图像进行预处理、图像增强、边缘检测、弧根提取及三维重建等过程,并将结果用位移-时间曲线方式显示。该研究可为电器优化设计,减小电弧在触头分断中产生的危害提供依据,从而有效提高电器的电气寿命与运行可靠性。

基于虚拟双目视觉的高速摄像机自动标定系统

虚拟双目视觉测试是基于一台高速摄像机和两面平面镜实现物体的三维重建,重点需解决传统双目视觉测试存在的同步性和成本高的问题。摄像机内外部参数的标定是测试精度的重要保证,为解决标定过程需要人工干预、处理过程繁琐等问题,基于虚拟双目视觉原理和张正友标定法,设计了高速摄像机参数自动标定系统,通过外部触发电路控制安装在云台支架上的标定板自动转动,实现不同角度标定板图像的自动拍摄,通过OpenCV计算机视觉库对图像进行自动处理,得到高速摄像机的内外部参数,最后验证了高速摄像机自动标定系统的准确性和实用性,为后续三维重建和动态三维测试提供了基础。

基于虚拟双目立体视觉的空间圆柱轴线测量

为了精确获取空间中圆柱的轴向向量,基于虚拟双目立体视觉设计了以摄像机坐标系为测量坐标系的被动式线结构光平移扫描测量系统。探索出基于光平面旋转相交于圆柱三维点云进而判断圆柱轴向量的计算方法,通过三维点云投影到二维图像平面分析数据避免了求三维曲率,简化了计算量。通过对柴油机缸盖表面圆孔的测量试验表明该方法具有较高精度,且方法简单。

电器电弧弧根三维运动特性测试与分析

结合电弧特性和触头的运动过程,利用虚拟双目视觉测试系统,同步采集接触器触头和电弧运动过程图像,并利用MATLAB图像处理技术提取弧根位置,通过三维重建得到电弧弧根和触头的三维运动曲线,对比和分析了相同试验条件下的电弧形态与运动过程。结果表明,在相同试验条件下,电弧形态和弧根运动规律差别很大,可为优化触头结构设计和降低电器中的电弧危害提供依据。

一种天线副面位置快速重构方法研究

为了快速获取副反射面随天线俯仰角变化的位置,并通过调整机构对副面位置进行修正来提高天线综合性能,提出一种虚拟双目视觉测量方法。通过高速相机与平面镜组成的虚拟双目视觉系统对天线观测时副面位置进行模拟实验,获取被测物随实验平台空间移动产生的位置变化图像,并对图像进行预处理、去噪、边缘检测、特征点提取等操作,重建被测物随实验平台移动在三维方向上的运动情况,重建结果在三个方向的误差均小于1%。该方法具有较高的测量精度,能够较好地对副面位置情况进行重构。

基于线结构光的柴油机缸盖三维形貌测量

为了获取某种型号内燃机工件的三维形貌数据,设计了线结构光非接触方式的移动扫描测量系统。探索出了以虚拟双目立体视觉原理为理论基础的相机光心平移轨迹所在直线的方向余弦标定的实现方法,从而确定由系统中各局部坐标系变换到系统全局坐标系的旋转矩阵R和平移向量T,进而求出系统中各个局部坐标系原点在系统全局坐标系下的坐标值,最后得到相机光心移动轨迹所在直线的方向余弦。探索出利用相机的移动距离及方向余弦将局部坐标系数据转换至全局坐标系的计算方法,扫描获取了某种型号柴油机缸盖的三维形貌点云数据,在此基础上设计算法从中提取出气道口的中心坐标,测量精度较高。采用逆向工程软件对工件进行了表面重构,结果与实际表面特征信息吻合良好。