单目结构光在异形工件三维重构及测量中的应用

针对工业生产中异形工件尺寸在线测量的难题,将单目相机与线激光相结合,以突破传统测量技术在复杂几何形状、成本、避免表面损伤和测量精度方面的局限性。针对线结构光条纹中心提取的挑战,对传统的Steger算法改进提出双重调节优化算法,优化Steger算法中的二值化阈值参数和光条宽度参数,以提高算法在检测条纹中心时的准确性和鲁棒性。实验结果表明:采用基于线结构光和单目相机的测量方法以及改进的结构光条纹中心提取技术,对异形工件进行了三维重构,测量误差在0.10 mm以内,处于可接受的范围。相较于传统方法,基于线结构光和单目相机的新测量方法提取的条纹中心位置更准确,能实现对异形工件的高精度测量。

基于双目视觉的正交函数局部拟合的工件定位方法

工件定位是自动化生产线的重要过程,是后续分拣、装配等操作的基础。为了解决传统的工件定位误差较大的问题,提出一种基于双目视觉的正交函数局部拟合的工件定位方法。系统建立之前,采集一张拟合板的图像,获得位置信息作为拟合的样本点。工件的定位首先要采集待定位的工件图像,进行图像预处理,通过特征提取获得工件形心的像素值,然后利用样本点进行正交函数局部最小二乘拟合,获得工件形心的平面坐标,最后通过双目重构,获得工件形心的空间坐标。实验结果表明:基于双目视觉的正交函数局部拟合的工件定位方法在精度上比传统的相机标定、三维重建的定位方法有明显提高。该方法不仅提高了工件定位精度,而且避免了标定环节,具有较好的应用价值。

基于面结构光的工件内壁点云旋转拼接研究

针对某些工件内部空间有限、测量困难的问题,提出了一种基于面结构光的点云旋转拼接方法。介绍了面结构光单一视野的重建方法,采用四步相移与互补格雷码结合的方法获取绝对相位值,通过多项式拟合法对相机、投影仪进行标定。基于机械臂末端腕关节旋转平面(简称:旋转平面)对点云的配准进行了研究,提出了基于辅助相机的标定方法,给出了相机成像坐标系和旋转平面坐标系之间的变换关系。实验结果表明:该方法适用于工件内壁测量,拼接平均误差不大于0.05 mm,满足实际应用需求。

基于行列式柔性工装快速重构方法的研究

针对飞机薄壁件加工的技术难点,在行列式柔性工装系统的基础上,通过分析系统机构和运行原理,建立数学模型,提出了工装快速重构的智能方法。该方法根据工件的外形以及待加工孔位信息,确定POGO柱的吸附位置,并通过DELMIA装配仿真进一步确定POGO柱的吸附位置以及相对与工装基准面的伸出距离。仿真结果表明,该方法可以使该柔性工装系统针对不同的产品模型进行快速重构,满足飞机薄壁件的加工需求。

基于ATOS的异形件逆向工程实现技术分析

ATOS流动式光学扫描仪基于光栅原理,是逆向工程领域中一种先进的非接触式光学扫描设备。该设备的高级外形测量传感受器能够快速的采集大量样件表面的数据点,并能够达到较高的精度,利用系统标定和固定参考点来实现多幅图像的拼合对齐,以完成整个工件的扫描测量工作。在机械工业中被广泛实用的零件,其外表面一般都是由简单解析曲面平面二次曲面等和直纹面、旋转面等简单自由曲面拼接而成。本文旨在针对复杂自由曲面物体的逆向检测,在重构模型的过程中,将保留其原有的设计意图和造型规律。

扁平构件的三维CT滤波反投影重建算法研究

在对扁平构件投影方式分析的基础上,提出了将分布在平面上ρ滤波器变换到锥面上的方法,建立了分布在锥面上的ρ滤波器的数学模型.对扁平构件的仿真结果表明:在射线源为锥束入射扫描方式下,通过分布在锥面上的ρ滤波器进行滤波反投影重建,得到的重建切片图像能够明显区分物体的边界及内部缺陷的边界和密度,空间分辨率可达到2 lp/mm,密度分辨率达到了1%,验证了该重建算法的可行性.

基于工件特征的曲面生成优化方法

曲面生成是实现工业逆向三维重建测量的主要途径,为了提高整体工件的曲面重建精度,将工件特征区分为平缓和尖锐特征,根据不同特征类型的特点设计了一种曲面生成优化算法。采用主成分分析方法求解点云的法向量和曲面变分,提出一种广度优先搜索算法来调整点云的法向量方向;根据曲面变分区分出尖锐特征和平缓特征,采用贪婪投影三角形算法对尖锐特征进行重建,采用泊松算法对平缓特征进行重建;将尖锐特征和平缓特征合并得到最终的曲面模型。实验表明,所提算法的精度高于贪婪投影三角形算法和泊松算法。

面向低纹理工件的识别与位姿估计方法研究

针对低纹理工件识别和位姿估计中,目标特征难以提取,导致识别和位姿估计较为困难的问题,提出一种将深度学习和轮廓重建相结合的方法。首先,将双目摄像机采集的目标图像经过深度学习处理得到工件类别和所在区域;然后,进行直线提取,并对左右图像的同名目标区域中的直线集合进行匹配,进而重建出工件的轮廓点云;最后,和CAD辅助工具生成的模板点云进行配准得到工件的位姿。实验结果表明:该方法不仅能对低纹理的工件进行识别,而且能够快速精确地计算其6D位姿。

基于互补视角的喷涂工件快速重建

喷涂工件的3D模型在机器人自动喷涂生产线中具有重要意义,它是机器人喷涂路径规划和自主编程的基础。针对实际喷涂应用中工件的3D模型无法获取或与实际工件存在偏差的问题,提出一种基于互补视角的多相机快速建模方法。首先,采用两个对立装配的RGB-D相机,以互补的视角分时采集工件的局部点云;然后基于自制的简易双面标定板,提出一种基于交点共面联合优化的外参标定算法,准确估算无重合视场的多相机相对空间位姿关系;最后根据此位姿关系融合两个相机采集的局部点云,实现喷涂工件的快速3D重建。实验表明,本文方法可以完整的重建结构复杂的多面体工件,重建时间低于160 ms,误差约为5.3 mm。

厚壁件留间隙双面埋弧焊工艺控制可视化系统研究

针对厚壁件留间隙双面埋弧焊优化设计模型的建立需要,依据相关文献资料在焊接规范数据库中增加了焊丝伸出长度项、将每个厚度尺寸段内的焊接速度由常量改为变量、拓宽了焊接电流的阈值范围;通过修改原有的焊丝熔化速度、熔透率、焊道面积的经验公式并引入比线能量,使约束条件更具物理意义,且使作为目标函数的焊缝稀释率真正成为所有设计变量的函数,由此重构出优化模型。在此基础上开发的可视化系统已在工程实际中得到应用,降低了对厚壁件留间隙双面埋弧焊焊接质量的预测难度,提高了评价效率。

基于多视图工件轮廓快速测量系统

目标外形尺寸粗测量是三维尺寸测量、机器人路径规划等应用的重要环节。为规划标准工件进行高精度三维测量时的工作路径以提高测量速度,提出一种基于多视图的工件轮廓快速测量系统。首先提出系统硬件组成和各部件间的工作关系,随后针对极线约束和三角化重建原理分析,并据此设计了系统软件工作流程。最后利用提出的轮廓测量系统对一个标准工件进行实测,验证系统在工作精度和测量速度上都表现良好,有较高的实用价值。

基于空间点云三维曲面重建的距离测量

在机械制造业中,工件尺寸参数的测量结果关乎材料利用率、设备的工作性能,具有重要现实意义。对工件测量方法进行研究,提出了一种基于双目和线结构光的视觉测量方法。首先使用线结构光和双目视觉获得目标表面空间点云,然后设计了一种基于空间点云的任意两点间曲面距离最短路径搜索算法,再通过曲面重建、部分投影,使测地线距离测量结果得到优化。实验结果表明,所提方法的非接触测量范围在100~620 mm内,与手动测量相比相对误差不超过0.70%。该方法预期应用于中型工件曲面非接触式距离测量。