1 西安交通大学 机械工程学院 机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安70049
2 新拓三维技术(深圳)有限公司 创新实验室, 广东深圳518060
船舶、飞机等发动机为减小体积,采用斜口管路焊接代替弯头连接,管路系统中端头位姿是焊接对齐的前提。针对斜口管路端头位姿的高效高精度测量难题,提出了一种通过重建管路轴线以及管路端面进行端头位姿精确测量的方法。通过获取种子圆柱并设计非线性寻优算法提高圆柱拟合精度,通过高精度种子圆柱扩散重建得到管路轴线。通过双曲率阈值搜索方法对管路边缘进行搜索,得到管路端面边缘点整像素坐标。通过对端面提取得到的整像素坐标进行椭圆拟合结合射线求交方法求解端面边缘亚像素坐标,从而避免插值方法计算亚像素坐标受环境光源影响大的问题。最后,使用逐点最小二乘法重建空间投影平面并在平面上得到残差最小空间椭圆,空间椭圆中心即为管路端点,该投影平面即为端面所在平面,实现了对端头位姿的精确测量。实验结果表明,该方法的测量精度达到0.05 mm,角度测量误差小于0.1°,基本满足斜口管路端头的位姿测量精度要求,对管路的装配具有良好的指导意义。
空间投影平面 管路 端头位姿测量 端面重建 spatial projection plane pipeline endpoint pose measurement end face reconstruction
光学 精密工程
2023, 31(20): 2930
西安交通大学 机械工程学院,陕西 西安 710049
结合透视投影模型、非参数化的光学畸变模型以及光束平差算法,提出并实现了一种标定显微立体视觉系统光路的方法。首先,通过光刻方法制作了用于显微立体视觉系统标定的标定参考物,并利用待标定系统采集标定参考物不同方位的图像。然后,基于非参数化的光学畸变模型,采用样条曲面计算得到显微立体视觉系统的畸变校正场,并结合透视投影模型建立显微立体视觉系统的完整成像模型。最后,利用光束平差算法对所建立的成像模型进行标定计算和优化调整。搭建了显微立体视觉小尺度测量装置,验证了提出的标定方法的可行性。通过标定获得了测量装置两个光路的焦距和相对方位等参数,并借助于高精度四轴位移台对标定结果进行了精度验证。结果表明,采用本文方法标定后位移测量的精度优于1%,能够满足微胀形实验中三维变形测量的要求。该标定方法也可用于其他显微视觉检测领域。
显微立体视觉 成像畸变 非参数化模型 光束平差 光路标定 stereo microscope imaging distortion non-parametric model bundle adjustment optical path calibration
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为了快速、准确地获得大尺寸工业产品或带有深槽孔工件的关键点三维坐标, 本文基于工业近景摄影测量理论、立体视觉技术等, 研究并实现了两种工业便携式、接触式光学探针测量系统。研究了测量系统涉及的探针设计、探针标定以及三维点解算等关键技术, 设计了点阵式和手持相机式两种适用于不同工业场合的工业探针。针对点阵式探针的测量, 提出了一种用于解算探针坐标系与世界坐标系相对关系的点云匹配方法。此外, 采用拟合虚拟球的方法准确标定了两种探针的内部参数。最后, 通过对比标准球与三坐标测量机的测量结果, 得到系统的测量精度可达0.1 mm/m。该精度满足一般大、中型工件的三维点测量精度标准。
光学探针 点阵式探针 手持相机式探针 点云匹配 探针标定 optical probe dot-matrix type probe hand-camera type probe point cloud registration probe calibration
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基于体式显微镜和数字图像相关法,提出并实现了一种用于对微小尺度材料进行全场三维变形测量的显微数字图像相关系统。针对体式显微镜标定,提出一种高精度的基于B样条曲面重构的成像系统畸变模型,该模型通过采集自主设计的高精度平面标定板图像,来构建无畸变图像平面和标定板平面之间关系,并以此确定空间B样条曲面形式。利用一种高效的对称亚像素细分法来实现数字图像的高精度匹配,并介绍了所提系统进行三维测量和分析的过程。实验结果表明,标定结果的平均重投影误差为0.03 pixel,位移测量精度优于0.2 μm,应变测量误差的标准差不超过100 με。同时,实验结果也证实了该系统可以准确、全面地实现对微小尺寸材料表面的全场三维变形测量。
测量 体式显微镜标定 B样条曲面 对称亚像素细分 数字图像相关
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基于近景摄影测量理论和立体视觉技术, 提出并实现了一种针对机身结构件在飞行状态下的轨迹、姿态、位移、变形等多种运动数据的动态视觉测量方法。研究了基于工业近景摄影测量的多相机快速自标定方法; 飞行状态下相机动态定位及抖动消除技术; 刚性结构件的运动轨迹及姿态的快速求取和通过多相机(≥3)协作实现非编码标志点阵列的精确匹配等多项关键技术。在模拟飞行环境下的实验结果表明, 相机标定的重投影误差小于0.03 pixel, 系统的运动轨迹姿态测量精度可达0.01 mm/1 m, 关键点位移变形测量精度可达0.05 mm/1 m, 基本满足飞机测试行业的精度和可靠性测量标准。
相机自标定 相机动态定位 轨迹姿态求取 多相机匹配 立体视觉 camera self-calibration camera dynamic positioning trajectory and attitude acquisition multi-camera matching stereo vision