图像辅助汽车制动主缸补偿孔法线测量

随着道路上汽车的增多,汽车制动系统的可靠性受到越来越多的关注,基于机器视觉的汽车制动主缸补偿孔参数检测精度,是决定汽车安全性和停车可靠性的关键技术,补偿孔作为汽车制动主缸的重要组成部分,可以起到调节汽车制动主缸储液罐与压力室中制动液的重要作用,其尺寸精度和加工质量受到严格的控制,因此如何准确的获取补偿孔的图像是补偿孔参数检测的首要问题。通过将飞机钻铆孔法线找正的方法引入到图像获取中,将四点微平面法线检测方法与图像处理相结合,实现高效高精度的法线找正。实验表明,本文算法法线找正精度高于0.05°,优于传统检测精度的0.5°,检测时间小于1 s。本文提出的算法在满足精度要求的情况下,算法简单,实时性高,同时具有较好的鲁棒性,满足制动主缸生产工业现场对于检测速度和精度的要求。     

轨道式爬行机器人制孔基准的视觉高精度定位

航空航天产品结构尺寸大、面形复杂、装配精度要求高,移动式机器人作为一种自动化装配装备,可实现飞行器表面爬行移动装配位姿的精准定位,补偿制孔机器人刀具中心点与工件之间的相对定位误差。针对穿心夹遮挡干扰下的装配基准三维识别与测量定位需求,提出了一种轨道式爬行机器人制孔基准的高精度定位方法。首先,基于灰度聚类的自适应轮廓提取算法实现基准孔轮廓的分割、识别和坐标计算;然后,基于靶标式高精度手眼标定方法实现基准孔坐标的三维转换;最后,在制孔装备上集成视觉测量系统并进行了现场测试和精度验证。实验结果表明,本方法对基准孔的定位误差小于0.05 mm,满足轨道式爬行制孔机器人的装配定位需求。     

子孔径拼接检测光学系统波前机械定位误差补偿算法

为了实现大口径光学系统波前子孔径拼接干涉测量,保证子孔径采样数据准确定位,提出了子孔径拼接定位补偿算法。介绍了该算法原理,分析了该算法子孔径定位误差补偿能力。首先根据被检光学系统和子孔径口径大小规划出采样子孔径布局,在子孔径采样装置机械精度误差范围内对子孔径进行拼接,根据所求子孔径定位误差补偿系数和调整误差系数,得到被检全孔径波前,完成大口径光学系统波前的拼接检测。通过仿真验证了该算法的可行性,在机械平移定位精度为1 mm和转动角定位精度为0.5°时,用该算法实验检测口径为200 mm的光学系统平面波前。检测结果表明该算法稳定可靠,能有效补偿机械精度引起的子孔径定位误差,从而可放宽对机械定位精度的要求。     

冗余自由度工业机器人模糊自适应PID控制研究

为提高汽车生产中涂胶工序的工作效率和空间利用率,改善机器人避障性能,设计了一款具有7自由度的冗余度工业涂胶机器人,并对其控制方法开展研究。针对现有PID控制方法应用于非线性时变的多自由度多刚体串联式开链系统时,控制效果有限、难以达到系统精度要求等问题,基于传统PID控制和模糊自适应控制算法,提出了一种带有重力补偿的模糊自适应PID混合控制方法。该方法在对冗余度工业机器人进行动力学分析的基础上,基于牛顿-欧拉分析法建立了冗余度机器人动力学模型,基于动力学分析设计了带有重力补偿的模糊自适应参数整定PID控制策略,建立了控制器模型,通过Matlab仿真实验表明,具有模糊自适应参数整定PID控制较有重力补偿的传统PID控制具有更好的控制效果。     

Z箍缩动态黑腔中泡沫柱的装配精度和误差源分析北大核心CSCD

为了提高Z箍缩动态黑腔中低密度泡沫柱的装配精度,基于辅助移动平台和视觉识别工艺的基础上,对低密度泡沫柱装配的误差源进行了分析与建模。建立设计、加工和装配误差源传递模型和低密度泡沫柱装配同轴度及轴向夹角精度预测模型,获得各误差源对低密度泡沫柱装配精度的影响大小和规律。最后采用某负载进行了模型的有效性验证,当泡沫柱粘接随机位置误差较小时,同轴误差预测值与实测值偏差为0.01-0.03mm,轴向夹角预测值与实测值偏差为0.05°-0.34°。实践表明,该方法可为低密度泡沫柱装配精度的预测和误差源控制提供一定的理论支撑。     

精密检测平台定位误差自适应补偿技术

为了实现光学元件精密检测平台定位误差的自适应补偿,以保证在不同的检测环境中平台能够自行保持高精度,提出了基于检测环境监测和支持向量回归机的定位误差自适应补偿方法。首先,以多组检测环境中温度、湿度和气压的具体测量值作为训练数据,利用支持向量回归机建立定位误差最大值的预测模型,进行最大值预测。然后,将最大值同温度、湿度、气压等环境因素和位置信息一起作为训练数据,迭代使用支持向量回归机,建立任意位置定位误差预测模型。最后,将预测到的定位误差值传入检测平台控制器中进行补偿。应用雷尼绍激光干涉仪,温度、湿度和气压传感器等仪器设备,在光学元件精密检测平台上进行了具体实验。实验结果表明该技术切实可行,预测数据与实测数据差值绝对值的平均值为0.88μm,Pearson相关系数的平方为0.99,自适应补偿后平均定位误差由43μm降为1.4μm。     

提高多频条纹投影相位提取精度的反向误差补偿法

为了减小光栅投影三维测量系统中数字投影仪的非线性响应引起的相位误差,提出了一种提高物体相位测量精度和速度的多频条纹反向相位误差补偿方法。该方法通过投影与最高频率相同且具有特定相移量的补偿相移条纹图,获取相位误差大小相等,符号相反的两幅主值相位图,二者运算后误差得以抵消,与多频法相结合从而得到精确的绝对相位值。采用标准平面对提出的方法进行实验验证,并与最近提出的希尔伯特变换补偿方法以及典型相位补偿方法进行比较。实验结果表明,所提方法能有效提高相位测量的精度和速度。通过对自由曲面以及表面不连续物体进行相位误差补偿,进一步验证了该方法的可行性和有效性。     

多光通道条纹投影系统误差测量与补偿

基于相位计算的多通道三维测量技术由于同时使用多个光通道,通道间串扰和色差、镜头畸变以及器件非线性响应等多种误差耦合在一起,影响测量效果和检测精度.针对该问题,从采集图像的误差类型出发,将误差分为图像像素亮度与实际亮度之间的光强误差和图像像素空间分布的位置偏差,以此分别构建了光强误差关系和位置偏差关系并对检测系统进行定量测量.最后提出一种系统误差补偿方法,利用建立的误差关系修正了采集图像光强亮度和像素位置偏差,同时补偿了上述误差对测量结果的影响.实验结果表明,利用本文提出的误差补偿方法对标准台阶进行多通道三维形貌测量,测量误差从0.678 mm减小到0.031 mm,该方法对此类系统的高精度三维测量具有实用价值.     

基于线激光视觉的机器人焊缝跟踪鲁棒控制方法

为了解决机器人在高速状态下进行焊缝跟踪时在拐角处产生的失真变形问题,提出了一种基于线激光视觉的机器人焊缝跟踪鲁棒控制方法。该方法通过视觉系统的预测量获得焊缝轮廓信息,对焊缝拐点进行识别并辨认拐角区域,对不同的轮廓部分采用不同的控制策略,同时引入自动校正过程,校正实际生产过程中的装配误差。实验结果表明该方法可以实现可靠的检测与跟踪,解决了高速状态下的运动轨迹失真问题,有效地提高了机器人焊缝跟踪的速度与精度,并确保系统在外界干扰的情况下仍能保持准确和稳定的运动,增强了系统的鲁棒性。     

基于奇偶函数法的绝对检测实验研究

针对平面干涉检测技术的检测精度受限于参考面面形精度的问题,提出使用基于奇偶函数的高精度绝对检测方法消除干涉系统中参考面面形误差的影响。对旋转角度误差与旋转偏心误差对绝对检测方法测量精度的影响进行了仿真分析。利用商用菲索干涉仪,设计和分析了绝对检测精度实验及重复性实验。仿真结果显示:旋转角度误差在达到0.13°时,测量误差PV值为0.000 1λ;旋转偏心误差达到3 pixel时,测量误差PV值为0.005λ。实验结果显示:测得实际样品的绝对检测精度PV₁₀值为0.041 5 λ,RMS值为0.008 7 λ,小于常规干涉检测所得结果;对同一平面两次独立的绝对检测结果进行点对点作差处理,从而获得残差图,其残差图PV₁₀值为0.004 λRMS值为0.000 5 λ。实验结果表明了该方法的高重复性和有效性。     

大口径标准镜绝对面形精度传递方法

提出了一种大口径干涉仪标准镜绝对面形精度的传递方法,在已知一台干涉仪参考镜绝对面形的前提下,可向待测标准镜进行精度传递。由于检测温度与使用温度的不同,待测标准镜在另一台干涉仪作参考镜时,绝对面形会发生变化,变化集中在离焦量上;在待测标准镜使用状态下,通过对经典三板互检法得到的竖直方向直线绝对面形的分析,得到标准镜使用状态离焦量的估计,以此修正直接精度传递结果,最终得到待测标准镜使用状态下的绝对面形。比较同一块光学元件在两台干涉仪上标定前和标定后的测量结果,标定后的面形差值更小且分布一致性更好,证明了本方法的有效性和可行性。     

头部旋转运动下自适应非接触鲁棒性心率检测方法

基于人脸视频的生理信号检测面临的主要挑战是运动伪影噪声.针对受试者头部刚性旋转运动引起的伪影噪声,本文提出利用头部运动信息构建自适应滤波器的非接触式心率检测方法.该方法利用人脸二维和三维的特征点计算受试者运动中头部的偏航和俯仰欧拉角度,并将其作为调控过程噪声协方差的信号质量指数,进而构建了自适应Kalman滤波器,实现了稳健的心率估计.实验结果表明:本文提出的方法可有效抑制头部刚性旋转运动引起的噪声,平均绝对误差为2.22 beat/min,均方根误差为2.76 beat/min,与现有方法相比准确度分别提升9%与24.6%,具有统计显著性.本文提出的头部旋转角度自适应非接触鲁棒性心率检测方法在自发运动的真实场景下能有效提升检测的准确性,扩大了成像式光电容积描记技术在视频健康监测领域的使用场景.     

基于合成波长法的飞秒激光外差干涉测距方法

本文提出了一种基于合成波长法的飞秒激光外差干涉测距方法.系统采用两个带通滤波器产生两个具有一定波长差的单波长,用于产生合成波长.本方法结构简单,能量利用率高.与双频激光干涉仪在40 mm范围内的比对结果表明,该方法比对残差的标准差为91 nm.     

高功率激光驱动器光束自动准直目标定位算法

为满足高功率激光驱动器光束自动准直的高精度和实时性要求,提出了一种快速高精度的自动准直目标定位算法。首先利用变结构元广义数学形态学边缘检测算法在充分提取图像边缘细节信息的同时抑制图像噪声的影响,然后采用拉格朗日多项式插值算法对圆目标轮廓进行快速亚像素定位,最后利用最小二乘拟合以及几何形心拟合的方法实现图像中光斑目标中心的精确定位。该算法在神光Ⅱ升级装置的光路自动准直中得以验证,实验结果表明八路预放光路准直时间小于3 min,主放光路准直时间小于7 min,主放输出光束近场准直准确度优于0.2%,远场指向准确度优于0.2(RMS)。     

Method of making mosaic gratings by using a two-color heterodyne interferometer containing a reference grating

We propose and demonstrate a two-color heterodyne interferometric method for making a perfect mosaic of two planar gratings that can substitute for a single and larger grating without introducing wavefront aberration at any wavelength. The lateral and longitudinal phase errors are separated and eliminated by use of two wavelengths in the interferometry. The accuracy of the phase difference measurement is improved by this heterodyne scheme. The method ensures that the lateral gap between the two subaperture gratings is an integer multiple of the grating period. For a pair of 0.72 microm period gratings we experimentally achieved a lateral alignment error of less than 1% of the grating period.     

基于运动控制技术的编码器自动检测系统

为了改进编码器误差检测方法,提高检测效率,基于对光电轴角编码器误差检测现状的分析,设计了一种编码器误差自动检测系统。介绍了自动检测系统的工作原理,系统的硬件设计和软件设计。利用运动和全闭环控制技术,以24位高精度增量式光电轴角编码器为反馈元件,该自动检测系统可自动完成对编码器测试点的定位、数据获取和误差数据分析,定位精度为2″,可以检测18位以下各类光电轴角编码器的误差,检测效率是标准检测装置的6倍。该实验结果验证了方案的可行性。     

基于45°反射导光镜的圆孔内壁图像检测方法研究

圆孔工件广泛应用于航空航天等精密制造领域,快速准确地对圆孔内壁图像进行检测是保证工件质量的重要手段。介绍了一种基于45°反射导光镜的圆孔工件内壁图像检测方法,该方法通过将反射镜伸入工件内部获取内壁局部图像,采用连续旋转工件与图像拼接方式获得内壁的完整图像。针对4.5 mm内径的工件设计并制作了一种45°反射镜,理论分析了有效成像区域以及平移和倾斜误差造成的影响。搭建了圆孔工件内壁检测装置,设计并制作了一种专用标定工件,实现了检测装置像素当量的标定。实验结果表明,检测装置的系统像素当量约为5 μm,测量相对误差小于3.5%。单幅图像的有效成像区域得到明显提高,通过拼接方法获得了工件内壁的完整图像。     

基于多谱线内标法的不规则铜合金样品中 Pb元素成分检测研究

原位分析和在线检测是激光诱导击穿光谱(LIBS)技术的一大优势,但是,在野外环境中,人们无法对样品进行统一预处理,面对各种形态的待测样品如何保证LIBS的检测精度是函待解决的一大难题。提出一种多谱线内定标的方法来解决上述问题,即通过求解多条分析谱线的强度和与内标元素谱线的强度比值来建立定标曲线,进而降低光谱信号波动带来的误差,提高线性相关性和检测精度。实验中以铅黄铜合金样品为例,采用LIBS对厚度不一（最大变化值为±2 mm）的铅黄铜样品中的Pb元素进行了定量检测研究,并分别采用传统定标法和多谱线内定标法对这种不规则样品进行校正和建立定标曲线。实验发现,对于不规则样品,传统定标法的检测精度大大降低,定标曲线没有明显的线性关系。当采用单条谱线的内定标方法时,定标曲线线性相关度大大提高,校正决定系数达到0.724 89。而采用多条谱线内标方法（考虑多条分析谱线的相对强度总和）计算发现,当选取5条Pb谱线（Pb 261.42 nm,Pb 280.20 nm,Pb 368.35 nm,Pb 405.78 nm和Pb 520.14 nm）进行计算时,定标曲线线性拟合度达到0.984 6,由此可见该方法消除了样品不规则所带来的光谱强度波动误差,显著提高了测量精度。虽然继续增加分析谱线数目可以进一步提升线性相关度,但是也会增加计算的复杂度,所以选择合适的分析谱线是十分重要的。此外,通过多谱线内标法也能一定程度上消除基体效应和光谱干扰等影响,是一种简单有效且具备普适性的数据处理方法。当然,该方法也存在一定的局限性（如样品成分分布极不均匀、样品表面极不规则致使激光能量低于击穿阈值等）,不过通过调整和优化检测装置方案（例如增大激光能量、增大聚焦光斑、采用长焦距聚焦透镜等）可以更好的发挥该方法的优势。该研究内容可以为LIBS原位检测和在线检测的应用提供一种新思路。     

Recovery-Based Error Estimator for Natural Convection Equations Based on Defect-Correction Methods

In this paper, we propose an adaptive defect-correction method for natural convection (NC) equations. A defect-correction method (DCM) is proposed for solving NC equations to overcome the convection dominance problem caused by a high Rayleigh number. To solve the large amount of computation and the discontinuity of the gradient of the numerical solution, we combine a new recovery-type posteriori estimator in view of the gradient recovery and superconvergent theory. The presented reliability and efficiency analysis shows that the true error can be effectively bounded by the recovery-based error estimator. Finally, the stability, accuracy and efficiency of the proposed method are confirmed by several numerical investigations.     

胡杨叶片水分含量的近红外光谱检测

胡杨叶片水分含量是评价胡杨健康状况的重要指标。光谱检测法是一种常用的手段,但在近红外光谱的测量过程中,在一定程度上必然受到仪器噪声、摆放形态差异和环境的干扰,为避免噪声、散射对近红外光谱的影响,减少数据维数,采用多元散射校正(MSC)算法对原始光谱数据进行预处理,去除散射和基线漂移的影响,增加了光谱数据的信噪比,使有效光谱信息较为明显,谱带特征得到加强,有利于特征波长的选择。为降低模型的复杂度,防止过拟合现象,减小共线性影响,利用连续投影算法(SPA)进行特征变量选择,并通过多元线性回归模型,分析各个波长模拟的残差平方,评价各个波长的贡献,剔除贡献较小的波长,最终获得用于建模的特征波长,改善建模条件。最后使用偏最小二乘回归算法建立胡杨叶片水分含量检测模型。实验表明,直接使用原始光谱,利用SPA算法筛选变量个数为6个,模型预测精度为90.144%,相关系数r=0.674 24,RMSE=0.021 434,MSC处理后,利用SPA算法选定最终变量数为5个,预测精度为97.734%,相关系数r=0.781 63,RMSE=0.016 776。MSC和SPA算法有效的消除了散射噪声、减小了共线性干扰,模型的预测精度和相关性增加,误差减小,可用于胡杨叶片水分的快速无损检测,而且对其他作物叶片水分检测也具有一定的借鉴意义。