基于点云融合的管路精确测量方法

为了提高航空发动机管路测量的精度,提出一种基于点云融合的管路模型精确测量方法。利用机器视觉原理从多张图片中得到全局点坐标,作为三维结构光测量过程中的定位点,获得点分布密度基本均匀的点云数据,最后利用点云融合技术得到管路三维数字化模型。测量试验表明,该方法的测量值与标准值最大绝对偏差为0.16mm,可以有效提高管路测量的精度。     

一种面向工业机器人的高精度三维无序抓取系统

在航空航天、汽车等领域中,各类复杂工件结构复杂、纹理弱且混叠堆放,在智能制造过程中存在快速、高精度测量和识别难题。针对上述问题,建立了一种面向工业机器人的高精度三维无序抓取系统。基于面结构光三维测量技术,构建大场景固定基座的三维视觉测量装备,获取大型复杂零件的三维点云数据。建立零件点云模板,设置抓取点位置,利用点云配准技术识别零件并估计当前位姿。提出了一种手眼标定优化策略,实现了对工业机器人的精确引导,完成任意位姿零件的抓取,按要求装配于指定位置。实验结果表明,所设计的无序抓取系统平移误差为0.413mm,角度误差为0.123°,可以快速有效地对散乱堆叠零件进行高精度识别与定位,引导工业机器人准确抓取与放置,该系统可以在航空航天、汽车等领域的工业生产线上进行示范应用。     

基于三坐标测量机的线结构光快速高精度点云采集方法

利用集成在三坐标测量机上的线结构光测头，提出一种针对单个工件的点云采集方法，建立了线结构光和三坐标测量机的几何坐标系转化模型，将激光测头的二维测量数据统一到三坐标测量机机器的三轴坐标上，转换为三维数据，实现点云采集。通过解决运动状态下的三轴坐标位置锁存与数据传输间的迟滞关系，实现高效采集激光-光栅数据对，得以在连续触发模式下进行快速点云采集。     

基于三频外差法的异构铸件三维测量系统

惯性平台中的台体和本体均为复杂异构铸件,目前多采用人工划线法建立多个基准来进行测量,效率和精度低,易漏检误检。基于多频外差法的三维光学测量系统已广泛应用于航空、航天等制造领域,根据被测铸件异构的特点,结合双目视觉和相位光栅法较高的检测效率和精度,搭建了一套三维测量系统。首先通过平板标定法得到系统的固定参数和可变参数,然后利用数字光栅投影仪向被测零件表面投射三套不同频率的相移条纹图,相机同步采集变形条纹图,再利用四步相移和三频外差法得到周期为1的相位分布,以此为基准展开得到连续分布的绝对相位,结合极线约束和相位匹配重建出被测零件的三维点云数据,最后在三维软件中完成点云处理、曲面重构和三维测量。实验结果表明,系统的绝对测量精度小于0.1mm,能够实现异构铸件的三维尺寸测量,具有较高的检测效率。     

AutoScan系列复杂零件自动化三维测量装备开发与应用

自动化三维测量可实现复杂零件的精度检测,为后续工艺优化提供基础数据,是保证航空航天领域复杂零件成形精度的关键技术,但应用时尚存在以下问题：其一,自动化三维测量视点规划仍以人工示教为主,规划效率低、效果差;其二,锻造成形等工业现场工况恶劣,易使系统预先标定的参数发生漂移,测量精度难以保证;其三,多视测量数据拼接仍主要采用标志点拼接的方式,过程繁琐,应用局限大;其四,在线自动化测量时受工装夹具等影响,测量点云中存在大量背景噪声,影响数据自动处理的精度与稳定性。针对上述难题,介绍了基于双目测头的自动化测量视点规划、基于耦合焦距比例约束的系统参数自标定、基于全局优化的多视测量数据拼接、基于自适应阈值迭代最近点（ICP）点云背景噪声自动去除等关键技术;在此基础上,研制了系列自动化三维测量装备,包括PowerVirtualPlan视点规划软件、PowerScan三维测量软件、iPoint3D数据处理软件的开发;最后,介绍自动化三维测量装备在航天航空等领域的工程应用情况。     

基于光栅投影测量的蒙皮对缝检测技术研究

针对飞机蒙皮对缝阶差与间隙的数字化检测问题,以光栅投影测量技术为基础,对阶差与间隙的测量技术进行了研究,提出了一种新的阶差与间隙的测量方法。首先采用光栅投影测量技术,获取待测面的稠密点云数据;然后从图像中对接缝区域进行定位,根据点云与图像之间的对应性,获得对缝区域的点云数据;对对缝区域点云数据进行分析,确定对缝两侧直线段的终点和对缝的边缘点,从而计算出对缝的阶差与间隙。相对于线结构光扫描,所提方法获得的数据更加密集,并且一次测量即可完成视场内所有对缝的分析,效率较高。试验分析表明,所提方法检测结果均值误差小于0.03mm,最大误差小于0.05mm,可以满足飞机蒙皮对缝检测的要求。     

基于双目视觉的钣金件边缘检测技术研究与系统开发

针对钣金类零件边缘的快速精确检测需求,设计并开发了一套基于双目视觉的钣金件边缘检测原型系统(SMEIS)。手持式测量装置围绕表面贴有圆形标记点的被测钣金件边缘连续移动,同时测量装置中的线激光发射器向钣金件边缘投射激光条纹,双目相机实时获取同步图像并传输至计算机;系统软件通过并行处理模式实时对输入图像中的激光条纹中心点进行增量式三维重建,实现对钣金类零件边缘的高效检测。阐述了系统的工作流程和软、硬件结构,并对其中的硬件结构布局、激光条纹中心点实时提取以及三维测点实时拼接等关键技术作了详细讨论。对实际钣金零件边缘的现场检测试验结果表明,SMEIS系统的检测速度大于30fps,且获得的点云数据质量良好。对1mm厚度的平面侧壁检测试验表明,SMEIS系统的平均检测误差约为0.04mm,标准差约为0.03mm。     

基于三维激光成像系统的相机标定方法

三维激光成像系统中点云数据与影像数据的融合可以对被扫描物体赋予真彩色.为了获得点云数据与影像数据良好的融合效果,就需要精确的确定载体坐标系与相机坐标系之间的关系.本文针对三维激光成像系统点云模型真彩色处理方法进行研究,提出了一种基于三维激光成像系统的相机标定方法.通过对相机坐标系的标定,建立点云数据与影像数据之间的数学模型.实验结果显示,采用所提出的方法,能够使得三维立体点云数据与影像数据精确融合.最终得到被扫描目标的真彩色3D模型.     

相位测量轮廓术应用于叶片测量

为解决叶片高精度三维轮廓测量成本高、效率低的问题,搭建了基于相位测量的三维轮廓测量系统.在完成了系统标定后,为了检验系统的测量精度,测量了一个滚珠轴承,测量精度为(0.084±10.01)mm.利用该系统从不同方向对某叶片进行了6次数据采集,采集到的数据通过数据融合得到了整个叶片的三维点云,利用整个叶片三维点云数据得到了叶片的不同截面图,为叶片型面轮廓和几何尺寸的检测提供了依据.相位测量轮廓术用于叶片三维轮廓测量,在保证测量精度的同时大大降低了测量成本,因此将相位测量轮廓术用于叶片三维轮廓测量是非常有意义的.      

基于光场成像的快照式气膜孔三维测量技术

叶片气膜孔的几何参数对其冷却效率具有十分重要的影响,需采取有效手段对加工的气膜孔几何参数进行检测。基于光场成像原理,初步探索了单光场相机快照式三维测量技术在气膜孔检测上的应用。与其他光学测量技术相比,该技术仅通过一次拍摄,即可快速从捕获的单张原始光场图像中计算得到气膜孔的三维点云数据,其数据采集效率很高。实验中对一组标准量块进行了测量,展示了单光场相机应用于工业级精密测量的潜力。对实际叶片上气膜孔几何参数的检测结果初步表明了该技术应用于气膜孔三维测量的可能性。由于单光场相机成像系统的结构简单,易于操作且便于与其他传感器设备集成,可为气膜孔三维测量问题提供一种新的解决方案。     

基于点云配准算法的叶片进排气边测量技术研究

针对航空发动机叶片型面自动检测的难题,建立了以激光测头为核心的五轴非接触测量系统。通过合理的测量规划对叶片进行多角度、多截面自动扫描测量,得到其表面测量点及冗余点。进而将点邻域曲率特征引入到点云配准算法中,自动优化初始冗余点点集,应用ICP点云配准算法对多角度测量点进行拼接处理,最终得到叶片型面点云。     

一种基于先验知识的3D位姿参数识别方法

计算机视觉中用单幅照片来识别三维物体的六个自由度是非常困难的，但是，在知道一些先验知识的情况下，可以对物体的六个自由度进行识别。本文提出一种基于先验知识的三维位举参数识别的方法，使用物体上不共线的三个特征点及目标点来确定物体的位置和姿态，给出了六个参数的解析表达式，在实时处理中可以得到好的效果。     

三维激光成像系统的点云模型真彩色处理方法

三维激光成像系统获得的点云数据精度高并且保有高精度的高程信息,然而特征信息不明显,没有保留全部的点和点的拓扑关系,无法直接判读地面物体;影像数据空间分辨率和精度低,并且缺少高程信息,然而其影像的特征连续,光谱信息丰富.因此,进行点云数据与影像数据融合方法的研究是目前三维激光成像系统研制的前沿性课题.针对点云数据与影像数据融合方法的研究,提出了一种三维激光成像系统点云模型真彩色处理的方法.实验结果显示,采用所提出的方法,不仅能够获得被扫描物体的位置信息和大小信息,而且能够得到被扫描物体的表面纹理细节信息.     

改良点云过滤技术在汽车冲压件逆向中的应用

点云数据一般是由非接触式三坐标测量系统获取,得到的结果需要进行点云过滤.由于一般扫描的点云数据量比较大,单是过滤点云就要化费大量的时间.为此利用点云数据过滤原理,并结合逆向工程设计软件Image ware与设计软件CATIA,改进了原来的过滤技术,缩短了逆向设计的时间,提高了工作的效率.     

叶片三维轮廓测量点云数据高精度多角度融合

针对高精度多角度点云数据融合叶片测量难题,设计了一种基于相位测量轮廓方法的多角度点云数据融合的机械装置.通过设计对参考平面数据旋转的算法,实现叶片三维轮廓的高精度数据合成,精度达到(0.06±0.01)mm.这种装置的方法、结构简单实用,测量效率和精度高,可以多个叶片同时测量,是一种可以取代三坐标测量的实用方法.      

基于SLDV技术的薄壁机匣三维全场模态测试方法

提出了基于扫描式激光多普勒测振(SLDV)技术的薄壁机匣模态测试方法,实现了薄壁机匣的三维全场振动测试。基于LDV(laser Doppler vibrometry)测试原理,建立了机匣结构分片三维激光测量方法和拼接技术,实现了三维激光测试数据的处理,准确识别出了机匣的各阶模态参数,并与传统加速度传感器获取的测试结果进行了相关性分析。分析结果显示:两种测试结果的模态振型NCO（normalized cross orthogonality）值均在0.9左右,频差较小,验证了薄壁机匣扫描式激光多普勒三维全场测试的可行性和优越性。      

光学坐标测量机在叶片型线测量中的应用

为了高效精确地完成叶片不同截面上型线的测量,应用激光三角法测头、测头座以及三坐标测量机框架等搭建了非接触式的光学坐标测量机,可以实现叶片型线的快速扫描测量。在测量过程中,将激光测头通过PH10M测头座安装在三坐标测量机的Z轴上,并通过测头外参数标定技术与坐标系转化技术等将激光测头的一维距离值转化为被测点的三维坐标值,进而实现被测叶片型线三维点云的创建。最后,应用所搭建的光学坐标测量机对金属球的直径和叶片的截面型线进行扫描测量实验,能够满足使用需求。     

结构光光条中心的提取算法

在线结构光测量系统中,光条中心的准确提取是影响整个测量系统精度的关键因素之一。由于被测物体表面的性质等系统噪声的影响,使得精确提取光条中心存在一定的难度。采用了抛物线拟合法和基于光条骨架的方向模板法对采集的光条图像进行光条中心提取,实验结果表明当光条图像的曲率较大时,基于光条骨架的方向模板法能够有效、准确的提取光条中心。     

基于光切法测量的曲面重构技术

从实际应用出发,论述了光切法应用于曲面数据采样的原理及方法;对采样数据的预处理技术进行了简要总结,详细讨论了点云数据的精简,提出采用简化多边形来精简点云数据的方法;并说明在Geomagic环境下进行数据精简以及曲面重构技术的应用,证明了该方法的有效性.     

基于三坐标测量机的视觉测量系统

将三坐标测量机和视觉测量系统相结合,提出针对大型物体的快速非接触测量方法,得到逆向工程所需的点云数据,最终实现快速成型。