基于激光干涉法的大型工件内径测量系统设计

当利用激光干涉法对大型工件进行现场测量时,需铺设长行程直线导轨,导致测量系统结构复杂;为解决该问题,采用模块化接杆式结构的可伸缩测量臂,设计了一套基于激光干涉位移测量的大型工件内径测量系统。该系统由位移测量模块、旋转驱动模块和数据获取与处理模块三部分组成;位移测量模块的测量臂采用双支撑外径递减式结构,有效减少了大尺寸测量时的弯曲变形;采用Pratt法与LM法相结合的融合法进行最小二乘法圆拟合,精确得到被测工件半径和圆度等参数。对研制系统装置进行了定心实验、系统静态稳定性实验、实际工件内径测量及重复性实验等,重复性测量实验测得同一圆周的半径和圆度标准偏差分别为17.60、25.48μm,不同圆周的半径和圆度标准偏差在几十微米内波动,符合测量工件的加工精度。结果表明该系统可应用于大型工件的现场测量,可有效检测和评估工件内径和圆度等参数。

基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定

在工业机器人的标定过程中,测量粗差数据会对标定结果精度产生影响,为此,提出了一种基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定方法,将改进的IGG3权函数最小二乘辨识算法用于工业机器人距离误差标定中,以进一步提高工业机器人的标定精度。以SR4C型工业机器人为研究对象,建立了机器人距离误差数学模型,进行了IGG3权函数最小二乘辨识算法的理论研究。构建了机器人标定实验系统,进行了基于改进IGG3权函数距离误差模型的工业机器人标定实验,实验结果表明,所提方法可有效减小粗差数据对标定精度的影响。该方法可用于工业机器人标定和校准领域,以提高工业机器人定位精度。

陶瓷水阀片表面缺陷图像检测方法研究

针对人工陶瓷水阀片缺陷检测效率低、劳动强度大、容易漏检的问题,提出一种基于支持向量机的陶瓷水阀片表面缺陷图像检测方法。先对陶瓷水阀片进行预处理,然后针对缺边和划痕两种缺陷分别提取陶瓷水阀片样本的Hu不变矩和Gobar纹理特征,最后输入训练好的支持向量机模型进行分类识别。搭建了陶瓷水阀片的缺陷检测实验装置并进行了可行性和对比性实验。结果表明本文构建的系统对缺边和划痕缺陷识别率高,同时对第二类型陶瓷水阀片样本的检测具有较好的适用性。

基于无标定视觉伺服的激光标记自动跟踪视频引伸计控制系统设计

本控制系统采用图像雅克比矩阵在线辨识的方法,建立了激光标记与试件标记的实际距离,即激光标记的跟踪位移量到图像空间跟踪位移量的映射关系,不仅避免现有视频引伸计的摄像机标定环节,而且实现了激光标记对试件标记的精密全程跟踪。通过低碳钢和铸铁的拉伸实验,分别实现跟踪精度1.8μm/10mm和0.9μm/2.5mm,验证了设计的控制系统的有效性和精确性。

基于改进神经网络的机器人逆解与轨迹精度提高方法

为了提高工业机器人的逆解精度与运动轨迹精度,提出了一种基于改进神经网络的机器人逆解与轨迹精度提高方法。首先通过改进遗传算法的交叉和变异概率优化BP神经网络来提高机器人的逆解精度;然后采用改进Sigmoid函数的神经网络PID控制方法实现机器人的运动轨迹控制,进而提高机器人的运动轨迹精度。构建了机器人轨迹精度测试实验系统,进行仿真与系统实验研究。仿真结果表明,改进遗传算法优化BP神经网络可有效提高机器人的逆解精度和速度;圆弧与直线轨迹的系统实验结果显示,SR4C型工业机器人运动轨迹精度提升效果均优于60%。该方法可有效提高机器人的运动轨迹精度,满足工业生产、智能制造等领域对机器人运动轨迹精度的需求。

一种基于L-M算法的RANSAC图像拼接算法

针对现有的基于随机取样一致(random sample consensus,RANSAC)算法拼接技术中的准确性问题,提出一种基于莱文伯-马克特(levenberg-marquardt,L-M)算法的RANSAC算法。首先根据提取到的特征点运用RANSAC算法得到初始单应矩阵和最优匹配点集,然后运用L-M算法对初始单应矩阵加以改进,获得了准确性较高的单应矩阵,从而实现图像的准确配准。以近距离、大视场的典型图像进行了拼接验证,结果表明:该算法既克服了传统L-M算法所带来的误匹配问题,又克服了RANSAC算法因不确定度所带来的准确性较低的问题。该算法拼接准确度高,误匹配率低,同时可消除具有重复纹理图像的不正确拼接。

激光标记自动跟踪视频引伸计的标记识别算法研究

针对视频引伸计易受光照变化干扰的问题,提出一种基于图像亮度调整和去雾增强相结合的图像预处理算法,获得了激光标记和试样标记的清晰图像;分别利用Cr色度阈值分割算法和基于感兴趣区域的亮度梯度阈值分割算法提取激光标记和试样标记。在光照变化和有无试验机夹头干扰的情况下分别进行了实验,验证了算法的稳定性和准确性。

基于微分运算的激光外差干涉非线性误差补偿算法

为补偿激光外差干涉位移测量中因激光频率混叠引入的一阶非线性误差,提出了一种基于微分运算的非线性误差补偿算法。首先对外差干涉信号进行正交下混频,得到一对包含待测相位信息的正交信号;然后对正交信号进行微分运算,以消除频率混叠引入的直流偏移误差;最后通过反正切运算求得待测相位。设计了基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的全硬件补偿算法,开展了模拟干涉信号和激光外差干涉位移测量实验。实验结果表明:采用该补偿算法后,位移测量结果的信纳比从38.59dB提高至54.65dB,各阶谐波失真减小约一个数量级,验证了所提算法的可行性和有效性。该算法可减小激光外差干涉位移测量中的非线性误差,提高测量精度。

基于三维直线拟合的机器人与跟踪仪坐标系转换方法

为降低工业机器人标定中测量粗差数据对坐标系转换精度的影响,提出了一种基于三维直线拟合的机器人与跟踪仪坐标系转换方法。首先,利用激光跟踪仪测量机器人空间中规划的三条两两正交的直线轨迹,获取测量数据集;然后,基于最小二乘拟合得到基准直线;最后,通过判断各数据点到基准直线距离与设定距离阈值的大小关系滤除粗差数据,达到优化坐标系转换数据的目的,进而提高坐标系转换精度。基于该方法设计了基于三维直线拟合的坐标系转换软件,并搭建了坐标系转换验证实验装置,开展了相关实验研究。结果表明:相对于基于随机点的坐标系转换方法,采用该坐标系转换方法得到的坐标系单点转换精度提升超过29%,综合均方根误差降低超过17%。该坐标系转换方法可有效提高坐标系转换精度,满足工业机器人标定中对坐标系转换精度的要求。

双调制深度大线性动态范围自适应PDH稳频方法

针对Pound-Drever-Hall(PDH)技术存在的线性动态范围窄、抗干扰能力弱的问题,提出一种基于双调制深度+双误差信号的PDH稳频方法。首先采用数字正交解调技术精确提取干涉信号相位以实现本振信号相位和干涉信号相位的自动匹配;然后利用透射功率信号Ptran和传统误差信号SPDH构建一个新误差信号Spre,以扩大PDH稳频系统的线性动态范围;接着,采用大调制深度对应的新误差信号Spre实现快速捕获和预锁定;最后,采用小调制深度对应的误差信号SPDH实现精确锁定。锁定后,可根据Ptran幅值变化自动切换调制深度和误差信号,实现大线性动态范围和高灵敏度的PDH稳频。研制了基于现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)的稳频控制系统,对法布里-珀罗腔进行了锁定测试。实验结果表明,双调制深度+双误差信号的自适应锁定机制可极大地提高锁定系统的抗干扰能力,且锁定精度高,3小时腔长相对稳定度达5.72×10-9,所提方法可以广泛应用于激光频率/谐振腔锁定等领域。