基于线结构光的双目三维体积测量系统

针对工业应用中工件的体积测量问题,设计了一个基于双目立体视觉原理的体积测量系统。线结构光投射到被测物表面产生变形的激光条纹,精确提取光条中心线,利用极线约束实现左右图像特征点匹配;根据双目视觉原理,由光条图像坐标计算出其在相机坐标系下的三维坐标,完成三维重建;将相机坐标系下的三维点云转换到理想的世界坐标系下,经过积分计算得到被测物体积。采用该系统对不规则棱锥实现三维重建,并完成体积测量。实验结果表明该方法具有一定的可行性和有效性,在工业检测领域有较好的应用前景。     

基于双目视觉的薄壁零件变形量测量（英文）

针对薄壁零件变形量测量困难且过程繁琐的问题,提出了一种基于双目视觉的薄壁零件变形量测量方法 .对于零件表面变形量的测量,将具有基准坐标系标记点的刚性金属块安装在被测零件上,并在零件表面粘贴多个设计的编码标志点和彩色圆形定位点.利用彩色标记点分割出基准坐标系和编码标记点的有效图像区域,排除干扰图像特征.进行基准坐标系标记点和编码标记点的识别和检测,利用设计的角点结构实现标记点圆心的精确定位,并计算得到测量点的三维坐标.在基准坐标系下,通过计算零件变形前后表面关键点的三维坐标变化得到工件表面变形量.对于零件边缘变形,采用改进Canny边缘检测算法提取零件边缘的有效轮廓信息,并利用极线几何约束和灰度相似性对边缘特征进行了立体匹配和三维重建.薄壁零件变形量测量实验和测量精度验证实验表明该测量方法合理有效且测量精度满足要求.     

自由曲面光学元件待加工区域标记方法

提出了一种使用三坐标测量机(CMM)对自由曲面光学元件表面待加工区域进行标记的方法。针对自由曲面光学元件外形特征设计工件坐标系,规划工件坐标系定位点,通过坐标变换将待加工区域的像素坐标转换为对应的自由曲面工件坐标系的标记点位置坐标,将待加工区域的感兴趣点三维坐标导入CMM,使用CMM对工件坐标系下标记点位置自动探测,实现待加工区域的标记,提高了检测效率也避免人为标记定位误差。     

光笔式双摄像机三维坐标视觉测量系统

基于双目立体视觉的系统模型,设计了一种新型的光笔,提出了基于该光笔的匹配算法。由于光笔在测量时可以出现任何姿态,必须对两摄像机像面上所成图像中的8个发光点进行匹配,才能代入摄像机模型计算出8个发光点在左摄像机坐标系下的三维坐标,通过建立8个共面发光点所在的平面坐标系与左摄像机坐标系的线性关系求得测头中心的三维坐标。实验结果表明,系统在5 m范围内的空间长度测量精度达到0.159 mm,基本满足大尺寸工件的现场检测需求。     

离轴非球面三坐标检测技术

提出了一种使用三坐标测量机(CMM)测量底面为圆形、矩形、跑道形离轴非球面面形误差的方法。针对离轴非球面的外形特征设计工件坐标系,规划工件坐标系定位点;利用CMM对离轴非球面进行点触发式自动测量,得到被测面点云坐标数据;建立离轴非球面数据处理模型,得出了面形误差。模拟分析表明,该测试方法和误差处理模型是正确的,并用该检测技术完成了离轴非球面粗抛光阶段的加工。     

高功率激光装置打靶精度测试技术

 多路激光打靶精度在惯性约束聚变实验中起着至关重要的作用,提出了基于X光针孔相机的激光打靶精度测试方法。根据显微镜读取的靶平面坐标系的靶孔中心坐标及打多孔靶后X光针孔相机所记录的靶孔中心坐标,建立靶平面坐标系和X光针孔相机坐标系之间的转换关系;通过打焦斑靶,建立焦斑模板,采用套模板的方法,读取X光针孔相机坐标系中焦斑中心坐标;由靶平面坐标系和X光针孔相机坐标系之间的转换关系,求出靶平面坐标系中焦斑中心坐标,计算得到激光打靶精度,分析打靶精度测试结果的不确定度,从而给出多路激光打靶精度测量技术和方法。     

基于融合多传感器信息的点胶机定位系统的研究

传统点胶设备的点胶轨迹是通过人工示教和阵列输入的方式生成的,这种方式不仅操作复杂,且没有考虑到各工件存在高度差异,导致点胶的精度不高,生产效率和点胶合格率较低。针对这一问题,提出一种融合相机和激光传感器信息来自动定位点胶位置的点胶系统。先制定模板图像和示教点胶轨迹,然后用基于NCC的模板匹配方法得到目标工件的位姿,再通过激光传感器测得目标工件的点胶平面高度值,最后通过坐标变换得到点胶轨迹在三轴点胶平台坐标系下的坐标。实验结果表明：该系统在定位速度和精度上都满足对点胶生产的需求,且对于存在高低差异的工件可以保持一致的点胶效果。     

基于宏微复合标定的跨尺度零件测量方法

为了实现对跨尺度零件微小结构的尺寸精度和定位精度的同时测量,提出一种基于宏微复合标定的测量方法。建立不同尺度传感器组合式测量的标定模型,利用变焦扫描显微系统测量零件微尺度特征,利用双目系统测量定位显微设备,从控制坐标转换精度的角度设计加工特殊的标定块,将其作为跨尺度中转坐标系,标定变焦扫描显微重建点云坐标系与测头坐标系的空间转换关系,从而将局部测量点云统一至一个数据集中以完成所有局部区域的整体拼接。与理论模型对比分析,所提测量方法的各孔圆心坐标分布圆度误差为0.0438 mm,平面度误差为0.0252 mm,对喷注器各孔位姿的点误差值小于0.029 mm,孔轴向误差小于0.1140°。与面结构光传感器重建结果对比分析,所提模型能够在保证高精度重建三维形貌的情况下,更加正确地获取跨尺度零件的尺寸和位置。     

激光束空间位姿高精度标定方法

关节型激光传感器是新型的跨尺度空间、非接触三维坐标测量仪器。为使关节型激光传感器实现精密测量,需要精确标定其系统参数,尤其是标定激光束的空间位姿。提出一种基于平面靶标和球靶标相结合的激光束空间位姿标定方法。通过建立像素坐标系和世界坐标系的矩阵关系,得到激光点的三维坐标,进而通过直线拟合得到激光束的空间位姿。转台旋转轴的空间位姿通过最小区域圆拟合得到。实验结果表明,在1 m的测量范围内,传感器系统的最大距离测量误差约为0.05 mm,新标定方法准确有效。     

CFETR1/32真空室机加工件的激光测量研究

在1/32真空室部件后期机加工时，采用激光跟踪仪对工件进行测量，从而解决了其在机床平台上定位基准的问题。在工件安放在机床平台后，首先通过测量拟合出工件的设计坐标系，确定其装配基准点；其次在工件外部加工出具备XY、YZ、XZ三正交平面特征的辅助标准块，建立机床坐标系；然后使用激光跟踪仪同时测量工件和辅助标准块，确定工件与辅助标准块的相对位置关系；最后机床以辅助标准块作为定位基准来完成工件的加工。使用该方法已完成两个1/32真空室部件的加工，并且加工精度在公差要求范围之内，验证了该方法的合理性和可操作性。     

基于激光散斑成像的零件表面粗糙度建模

表面粗糙度是衡量机械表面加工水平的重要参数. 通过构建一套激光散斑成像采集系统, 获取了不同表面加工类型和不同粗糙度值的零件表面激光散斑图像. 应用Tamura纹理特征理论提取图像的纹理粗糙度、对比度、方向度特征, 并分析了这三个特征与表面粗糙度的关系. 发现了纹理粗糙度特征与表面粗糙度的单调关系, 推导出平磨、外磨、研磨三种表面加工工艺的粗糙度值与图像纹理粗糙度特征的数学函数关系, 实现了表面粗糙度的测量. 同时, 利用Tamura纹理特征与加工工艺的依赖关系, 建立了基于贝叶斯网络的工艺识别推理模型, 推理出了零件表面加工工艺. 通过为多种加工类型表面建立粗糙度测量模型, 为粗糙度测量提供了新思路. 实验证明所提的粗糙度测量模型能以较高的准确率识别出零件表面加工类型并测量出其表面粗糙度值.     

A machine vision technique for subpixel estimation of three-dimensional profilometry

A quick and efficient technique for a charge-coupled device (CCD)-based profilometric measurement system is proposed and verified by experiment. When a laser stripe is projected onto an object, the deformed laser line image is detected by a CCD camera with subpixel resolution and is automatically transferred to its space position using a least-squares mapping algorithm. Measurements are executed on each separate surface of a three-dimensional object and the multi-surface data are integrated through a process of coordinate transformation. Large arrays of data points are acquired on each surface by means of a scanning mechanism. Because the measuring data from each laser stripe position can provide two-dimensional information concerning the surface contour, the laser stripe and the CCD camera are integrated into a measurement system for obtaining the entire three-dimensional information. Theoretical analysis shows that this technique can determine the three-dimensional profile of an object with an accuracy below 0.2 mm.     

激光跟踪仪检测大口径非球面方法研究

大口径非球面反射镜研磨阶段,在准确测试几何参数的同时,面形也要达到一定的精度要求。利用数值模拟测试过程的方式,评估了使用三坐标测量仪和激光跟踪仪轮廓检测几何参数及面形的精度。针对2 m口径抛物镜的检测指标要求,提出了一种有效的轮廓检测方法。使用4台激光跟踪仪搭建了多边测量系统,采用Levenberg_Marquardt算法进行系统标定,利用新型靶球实现多台跟踪仪对镜面点的同步快速采集,对测试数据进行平差和坐标系转换处理,最终获取几何参数和面形。2 m口径抛物镜研磨完成后进行了测试,顶点曲率半径、非球面系数、面形rms的误差分别为0.16 mm、0.000 6、1.06 μm。     

Calibration procedure for 3D measurement systems using two cameras and a laser line

In order to ensure the precision of the measurement of complex 3D object surfaces using non-contact laser scanning systems, a novel stereo vision calibration procedure based on a laser line projection plane is presented. This calibration procedure can also be used in measurement systems based on a single camera and a laser line projection. This procedure, while using only laser-coplanar points, is oriented towards laser line detection and allows the matching of two images on the laser projection plane without the use of a rigid motion equation. These features make this procedure very precise, simple and, consequently, easier to implement.     

动态像面法测量水面落点位置及误差分析

为了测量弹丸水面落点的位置, 建立了基于CCD相机动态像面的测量模型。该模型通过CCD相机辅助采集相关点位的图像信息, 对水面落点的位置函数以及误差进行了研究。首先, 利用空间几何获得靶船上三定点相对于测量船的方位、俯仰信息。接着, 结合t时刻观测图像上定点的像面坐标, 运用底片常数模型建立像面坐标和角度信息两套参量之间的关系函数, 从而得到目标落点的方位、俯仰信息, 再利用异面交会法计算出目标落点位置。最后, 分析了目标落点位置的误差来源(质心误差, 位置误差)、误差以及各误差源与位置坐标之间的关系。实验结果表明:在测量船位置精度达到0.05 m, 图像质心定位精度达到0.5 pixel时, 在最小交会误差的情况下, 目标落点的位置测量误差分别为2.8, 4.9, 4.3 m。     

Development of a laser-based measurement system for evaluation of the scraping workpiece quality

A laser-based measurement system for evaluation of the scraping workpiece quality that can eliminate contact-induced measurement errors and increase measurement accuracy is proposed. The laser-based measurement system comprises a light-scattering-type triangulation laser, a computer numerical control (CNC) machine tool, and an analog-to-digital (A/D) card. The triangulation laser measures the depth of the scraping spots and the CNC machine tool locates their position. The 3D data of the scraping workpiece is then drawn using the least squares method. Cast iron and Turcite workpieces can be measured. Five parameters of the scraping workpiece, namely peak points per square inch, percentage of points, distribution of heights of points or depth of surroundings, edge shape of the grooves, and flatness, can be evaluated. The scanning rate and sampling rate of the laser-based measurement system are 100 mm/s and 10 KHz, respectively. In the future, an appliance machine based on the proposed system will be designed for the on-line detection of scraping workpieces.     

具有位移和绝对距离测量能力的回馈干涉系统

提出一种基于半导体激光器泵浦Nd∶YAG微片激光器的回馈干涉系统，适合于非配合目标的位移和绝对距离测量。该测量系统包括移频回馈干涉光学系统，基于泵浦调制的微片激光器调频系统和相敏检波信号处理系统3部分。介绍了移频回馈干涉的原理，给出了位移测量和绝对距离测量应用的原理和测量方法，分析了测量的分辨率。实际测量了发黑工件表面的位移和绝对距离。实验结果表明，该回馈干涉系统灵敏度高，对被测表面反射率的要求很低，兼有对非配合目标的高分辨率位移测量和绝对距离测量的能力。     

Study of high precise measurement of large diameters by a dual frequency laser interferometer

Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｈｉｇｈ ｐｒｅｃｉｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｄｉａｍｅｔｅｒｓ ｂｙ ａ ｄｕａｌ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｌａｓｅｒ ｉｎｔｅｒｆｅｒｏｍｅｔｅｒ￥ＦＥＮＧＱｉｂｏ（Ｄｅｐ．ｏｆＰｈｙｓｉｃｓ，Ｎｏｒｔｈｅｒｎ...     

Non-contact scanning measurement utilizing a space mapping method

In this study, a novel approach to a measuring methodology and calibration method for an optical non-contact scanning probe system is proposed and verified by experiments. The optical probe consists of a line laser diode and two charge-coupled device (CCD) cameras and is placed on a computer numerical control (CNC) machine to measure the workpiece profiles. A space mapping method using the least-squares algorithm is presented for the probe calibration and profile measurement. This method provides a simple and accurate calculation of the relationship between the real space plane and its related image space plane in a CCD camera. A transparent grid with regularly spaced nodal points is used to construct the space mapping function. The space coordinate of an object can be obtained from its image in the CCD camera via the mapping function. The measured profile data are smoothed by the B-spline blending function and can be transferred to a CAD/CAM package for industrial applications. Experimental results show that this technique can determine the 3-D profile of an object with an accuracy of 60 μm.     

Deflectometer with synthetically generated reference circle for aspheric surface testing

A deflectometer with a synthetically generated reference circle is proposed for aspheric surface testing. Rotation and translation movements are combined to realize laser scanning and make the measurement of the aspheric surface in polar coordinates. It effectively improves the measurement precision for aspheric surfaces with large relative aperture. The measuring equipment is calibrated using a defocused standard spherical surface, and it achieves a precision of λ/5–λ/10 (λ=0.6328 μm), which is close to the precision of the interferometric method (λ/20). This testing technique based on laser deflectometry is capable of measuring most kinds of aspheric surfaces, especially those with large asphericity and those of concave shapes. The feasibility of the technique is shown and experimental results are presented.