动态三维面形测量

本文简述三维测量的必要性和要求，提出用光栅莫尔三维测量，激光全息干涉计算和计算机全息干涉计量的工作原理。     

一种新的三维测量机器人手眼标定方法

为了提高三维测量机器人的手眼标定精度以更好地满足工业需求,提出了一种采用动态改变变异率的自适应差异进化算法进行手眼标定的新方法。首先构建了由线结构光测头和机器人组成的视觉测量系统,利用齐次坐标变换的方法建立了测量系统的数学模型;然后针对数学模型中的手眼关系,使用半径已知的球体,采用定点变位姿的方法,进行粗略的估计,并对手眼关系求解的精度进行分析;最后采用动态改变变异率的自适应差异进化算法对手眼关系做进一步寻优。实验结果表明,算法具有较高的求解精度。该方法用于手眼标定是可行的、有效的,整个标定过程简单,便于实际应用。     

基于分层光学扫描的三维数字化测量技术

采用切削分层光扫描测量与计算机数据信息合成相结合的方法，有效地解决了具有复杂内外腔结构零件的三维数字化测量。该方法比传统三维测量速度快、自动化程度高，能同时准确测量零件内外腔表面，零件边缘测量误差可控制在CCD两个像素内。利用获取的铝合金精密小箱体三维数据，在计算机上重构了零件的三维模型，并用RP技术制造出了零件物理原形。     

应用时域相位解包方法的三维形貌测量系统

设计一套基于时域相位解包方法的三维形貌测量系统 ,克服了传统解包方法中的误差传播效应 ,可以应用于复杂物体表面及复杂环境下的三维形貌测量。由计算机生成光栅并通过液晶投影仪投射到待测物体表面 ,用CCD摄像机采集图像并通过图像采集卡存贮到计算机中进行处理 ,实现了测量的自动化 ,完成一次高精度的测量仅需几秒钟时间。用两个特殊的人头像完成的实验证明了系统的优越性     

直升机旋翼三维动态变形测量与可视化分析

针对直升机旋翼动载荷飞行试验测试需求,提出一种直升机旋翼三维动态变形测量与可视化分析方法。首先,根据直升机旋翼的结构特点和高速旋转特性,设计了以一组双目高清摄像头为核心的旋翼动态变形影像测量与监控及分析系统;其次,基于双目立体视觉测量理论,论述了测量系统标定、实时单点变形测量、散斑影像匹配、旋翼表面三维重建与三维动态变形可视化分析原理/方法;最后,在地面进行了模拟实测环境的仿真试验,实现了试验系统搭建、试验数据采集、处理与分析。试验结果证明,该方法可获得最大误差优于4 mm的定位测量精度,能很好地实现直升机旋翼三维动态变形测量,为飞行试验旋翼载荷测试数据分析等提供直观、可靠的数据与技术支撑。     

利用空间坐标变换的三维测量系统

提出了一种新的三维面形测量合成方法，它可以用于大物体及具有复杂而形物体的多次测量，本文将空间坐标变换理论引入到三维面形测量中，并阐述了基于此物相转换方法及图像合成方法。测量结果表明，本方法可以基本消除传统方法中存在的问题，解决了三维测量中的一个瓶颈问题。     

三维人脸测量与分割系统研究

三维人脸的测量与分割有着广泛的应用需求,是目前重要的研究方向,但三维人脸数据的庞大、无序等问题制约了其快速发展。首先开发了基于结构光方法的三维人脸测量系统,获得以点云形式存储的高精度三维人脸数据。其次,采用保角变换对三维人脸数据进行了预处理,并采用二维卷积神经网络分割结合三维反映射的思路,实现了三维人脸的分割,解决了三维数据的无序性以及旋转性,降低了三维数据分割的时间消耗。实验结果表明,本文提出的三维人脸测量系统精度可达0.5 mm,三维分割的平均交并比可达0.78,二维分割结合三维反映射的整体效率明显高于直接进行三维分割的效率。     

虚拟校园三维场景构建与漫游导航的实现

为集中展示校园风貌和文化氛围,基于Creator和Vega平台实现了自动导航寻径的虚拟校园漫游系统;结合校园建筑特点,引入面向对象思想并应用有向无环树状图组织场景数据,实现了对虚拟场景的层次化管理;在建模阶段,利用不同精度的纹理贴图生成不同精度的模型,给出了支持LOD的快速建模方法;在漫游导航中,通过鼠标拾取实时显示虚拟物体的属性信息,运用方向优先的Dijkstra算法查找最短路径并实现漫游导航功能;在普通PC上测试,无论是单个模型的渲染效率还是系统的整体性能,场景的逼真度和浏览的顺畅性都较为理想,体现出人机工程顺畅和自然的特征。     

基于虚拟仪器的比例溢流阀调压测量系统的设计与实现

针对工业设备中比例溢流阀调压特性不易测量的难点问题,提出"实验测量与分析模块化"和"数据三维可视化"的测控思路,设计了新的比例溢流阀调压特性实验方案和基于虚拟仪器LabVIEW与MATLAB相结合的测量系统,实现了对多点压力信号的实时采集和对数据信号的线性度、组合时频、三维可视化等多样分析;实验表明:所测比例溢流阀的线性度与测试精度分别达到2.47%和0.01%;并准确捕捉到100ms(毫秒级)内调压信息;实测证明该测量系统设计合理,突显了其自动化测量与智能化分析的优点,为今后比例阀的开发与工程实测拓宽研究思路、提供参考依据。     

三维形貌柔性测量系统标定方法及验证

为了避免机器人模型误差对三维形貌柔性测量系统手眼标定的影响,对手眼关系的标定方法进行了研究。提出了一种融合特征点拟合的手眼标定方法。将三维形貌扫描仪安装在工业机器人末端搭建三维形貌柔性测量系统。标定时,首先利用激光跟踪仪对工业机器人末端法兰盘坐标系进行测量,得到两者转换关系;然后,利用三维形貌扫描仪和激光跟踪仪对空间固定的特征点组进行测量,利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法求解两者转换关系即可间接地求解出手眼关系。基于ATOS三维扫描仪、安川HP20D机器人和API公司生产的激光跟踪仪进行了手眼标定实验,并进行了精度验证。结果表明:标定后的三维形貌柔性测量系统,其重复性测量精度(3σ)不超过0.1 mm,长度测量精度的均方根误差在0.2 mm以内,点云拼接精度优于±0.7 mm。该方法有效避免了传统手眼标定过程中会引入机器人模型误差的问题,在求解手眼关系解时采用了线性的解法,并且适用于三维形貌柔性测量系统。     

基于数据驱动的航天器三维可视化系统设计

航天器数据庞大繁杂,为了给设计人员提供快速检验设计思想的便捷工具,对基于数据驱动的航天器三维可视化系统进行了研究。在分析航天器可视化系统特点的基础上,提出系统功能要求,继而提出了基于数据驱动的三维可视化系统构建方案,介绍了可视化系统组成、核心模块关系。在基于MFC框架及Vega Prime为主的开发的前提下,对系统模块划分进行了研究,给出模块功能和实现方案。为了提升系统展示效果,对消息缓冲与插值延迟、特效集成与驱动机制、相机管理和场景切换等关键技术提出了优化设计方案,使之更加适应航天器可视化展示需求。设计系统较传统可视化系统展示更为流畅,场景视角切换更为智能。系统已应用于多个航天器研发工作中,应用效果证明系统具有良好的通用性和实用性,具有一定的推广价值。     

Visualization of 3D variable in time object based on data gathered by active measurement system

The recent needs of analysis and visualization of variable in time real 3D objects in many applications require development of new approach towards combining rapid 3D shape acquisition and the methodology of data processing in order to perform visualization and analysis of real 3D dynamic objects. In this paper, the general concept of visualization system of data gathered by means of optical 4D (x,y,z,t) shape measurement system is presented. The concept of a virtual camera, as the mean for interactive object visualization is introduced. The experimental results for processing of simulated and real variable in time 3D object are presented and discussed. The directions of future works focused on full implementation of the concept are introduced.     

High Speed Visualization and Dynamic Measurement of Heat Driven Pumps

We provide the high speed flow visualization and dynamic measurement results for the U-shaped and the inverted U-shaped heat driven pumps. The U-shaped heat driven pumps at the high heating powers consist of a succession of tiny bubble nucleation, growth and coalescence process. Once the “larger” spherical bubble or the bubble slug forms, it expands quickly in both upstream and downstream directions. The increased pressure leads to the liquid discharge through the outlet check valve. When the advancing vapor/liquid interface reaches a higher position in the vertical discharge branch, the condensation heat transfer in the discharge branch shrinks the bubble slug, leading to the decreased pressure and initiating the open of the inlet check valve. Thus the fresh liquid can be sucked into the system. Heat driven pumps operating at the low heating powers display the similar process. However, two major differences are identified: (1) A full cycle includes a set of positive pressure pulses corresponding to a set of tiny bubble nucleation, growth and coalescence process in each substage. Only at the end of the cycle, an apparent negative pressure pulse is created. (2) For each substage in each cycle, when the newly formed bubble slug is chasing the ahead “old” bubble slug, the deformed liquid bridge is formed due to the gravity force effect. When the two bubble slugs are merging together, a wave vapor/liquid interface occurs along the bottom of the capillary tube. For the inverted U-shaped heat driven pumps, there are fewer positive pressure pulses included, corresponding to lesser number of new bubble nucleation, growth, and coalescence process. The bubble slug in the capillary tube is very standard with the smooth vapor/liquid interface. The cycle periods and the pumping flow rates are given versus the heating powers.     

基于单幅图像的工业内窥镜相位法三维测量研究

用于工业内窥镜的相位法三维测量受探头尺寸限制,要求装置简单。求取相位的常用方法有相移法和傅里叶变换法。将傅里叶变换法用于内窥镜的相位法三维测量克服了相移法的移相装置复杂,需要多幅图像,计算量大的缺点。该方法只需一幅图像就能完成测量,测量精度比相移法略低。     

影响条纹图形拼接法测量精度的主要误差因素

通过对计算机模拟和实验结果的分析表明，影响条纹图形拼接法测量精度的主要因素是子孔径面形测量精度，重叠区的大小，面形拟合阶次和拼接模式等。     

Method for estimating the impact of atmospheric turbulence on 3D angular deformations measurement

The optical method is one of the most accurate methods for the 3D angular deformations measurement. However, the measured results fluctuate around a mean value as a result of the impact of the atmospheric turbulence, and the relationship between the fluctuation and the atmospheric turbulence is unclear. In this paper, we propose an optical 3D angular deformations measurement method to analyze the optical wave propagation, and study the impact of the atmospheric turbulence. The fluctuations of the three deformation angles are calculated in different atmospheric turbulences. It is found that this optical method is not suitable for high accuracy measurement with the refractive-index structure parameter larger than 10⁻¹⁴ m^−2/3. When the widths of the crosshairs fringes are different, the impacts of the atmospheric turbulence are nearly the same. It is also found that the impact of the atmospheric turbulence can be reduced by increasing the gray value of the image.     

离焦条纹投影三维测量中正弦光栅的二值化方法研究

采用离焦二值条纹投影技术进行三维面形测量可以克服数字投影仪的非线性响应,同时有利于提高投影速度,实现高速测量.通过理论分析和实验研究了采用数字投影仪时二值条纹的基频、高次谐波能量分布与条纹周期的关系.结合相移算法,以相位测量误差为指标,衡量各种二值条纹的性能.研究结果表明:在周期小时,罗奇光栅和二维误差扩散算法生成的二值条纹离焦后能产生正弦性较好的条纹;在采用满周期等间隔奇数次相移时,罗奇光栅离焦能获得更高的测量准确度;在周期大时,采用优化脉宽调制方法得到的二值光栅离焦测量准确度最高.研究结果为离焦条纹投影三维测量中二值光栅的选择提供了依据.     

Penalty Virtual Element Method for the 3D Incompressible Flow on Polyhedron Mesh

In this paper, a penalty virtual element method (VEM) on polyhedral mesh for solving the 3D incompressible flow is proposed and analyzed. The remarkable feature of VEM is that it does not require an explicit computation of the trial and test space, thereby bypassing the obstacle of standard finite element discretizations on arbitrary mesh. The velocity and pressure are approximated by the practical significative lowest equal-order virtual element space pair (Xh,Qh) which does not satisfy the discrete inf-sup condition. Combined with the penalty method, the error estimation is proved rigorously. Numerical results on the 3D polygonal mesh illustrate the theoretical results and effectiveness of the proposed method.     

计算机云纹技术用于三维物体360°面形轮廓测量

本文讨论了计算机云纹用于三维物体３６０°面形轮廓测量的原理，并对一样品进行了测试，实验表明，此种方法优于其它测量方法，可快速获得样品３６０°面形展开图．