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基于数据映射优化的航空机匣变形测量偏差比对

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光学精密工程 2023年第20期31卷 2930-2942页

作者：刘辉梁晋叶美图郭建英李磊刚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710049 新拓三维技术(深圳)有限公司创新实验室广东深圳518060 中国航发四川燃气涡轮研究院强度传动试验研究室四川绵阳621000

为了解决航空发动机机匣性能试验中双目DIC变形测量偏差难以全场、精确量化的问题,提出了一种系统、全面的DIC测量数据与有限元仿真数据之间的映射方法。首先,采用FPFH特征和ICP算法精确配准两类点云数据,完成了数据坐标系的精确对齐;... 详细信息

为了解决航空发动机机匣性能试验中双目DIC变形测量偏差难以全场、精确量化的问题,提出了一种系统、全面的DIC测量数据与有限元仿真数据之间的映射方法。首先,采用FPFH特征和ICP算法精确配准两类点云数据,完成了数据坐标系的精确对齐;然后使用遗传算法优化的拟合神经网络调整有限元节点位置,从而消除两类数据间节点位置不一致的问题,完成仿真网格向DIC网格的高精度映射;最后,使用逐点最小二乘应变估计算法统一了有限元仿真和DIC测量的应变计算模式,得到与DIC属性一致的有限元比对数据,从而实现被测面全场变形的偏差估计。机匣刚度实验中肋板处的变形比对结果显示,网格节点的映射精度优于1×10-6mm,仿真变形和DIC变形的偏差云图与偏差曲线具有良好的一致性,且能够显示DIC测量偏差存在的具体位置,在未来航空发动机机匣及类匣体的研制和测试领域具有良好的应用前景。

关键词：数字图像相关变形偏差有限元仿真点云配准网格映射

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餐厨垃圾模型物质厌氧产酸产氢及碳流平衡

餐厨垃圾模型物质厌氧产酸产氢及碳流平衡

作者：李磊刚华中农业大学

学位级别：硕士

餐厨垃圾排放量越来越大,已经对环境造成了很大的负担,如何使餐厨垃圾减量化、无害化、资源化、能源化,已成为近年科学研究的热点。厌氧发酵产氢产酸工艺可以将餐厨垃圾中的有机物转化为氢气和挥发性脂肪酸(VFAs),有巨大的经济价值。餐... 详细信息

餐厨垃圾排放量越来越大,已经对环境造成了很大的负担,如何使餐厨垃圾减量化、无害化、资源化、能源化,已成为近年科学研究的热点。厌氧发酵产氢产酸工艺可以将餐厨垃圾中的有机物转化为氢气和挥发性脂肪酸(VFAs),有巨大的经济价值。餐厨垃圾中原料复杂多样,对发酵过程影响巨大。本研究选取餐厨垃圾中的两种主要成分——蛋白质和葡萄糖,以不同的方式改变发酵瓶内顶空气体参数,探索其对发酵过程的影响因素拟为日后餐厨垃圾的处理提供一定的指导。课题首先在以蛋白质为发酵原料,探究顶空气压、蛋白质浓度和HRT对发酵过程的影响的试验中,三因素对VFAs影响显著。当蛋白质浓度小于12.50 g/L,HRT小于36h时,VFAs浓度较高,负压条件可以显著提高挥发酸浓度,酸产率有类似的结果。通过响应面分析,得到三因素的影响大小;分别以VFAs浓度和产率为最大响应值时,得到最优参数。然后以葡萄糖和蛋白质为底物,以不同的顶空条件(CO+H、H+N、N鼓吹)进行发酵时,影响发酵进程的主要因素是氢分压、二氧化碳分压和同型产乙酸反应。当以蛋白质为底物时,氢分压只有在极低的情况下才会促进产酸,当氢分压大于0.268 atm时,同型产乙酸反应在发酵过程中开始发挥主要作用。N鼓吹会降低酸产率,CO+H组更有利于产酸。当以葡萄糖为底物时,N的鼓吹有利于产气,在40 L/d时,氢气的产率最大,为0.350 mol/mol葡萄糖。在VFAs方面,影响整个发酵进程的主要因素依然是氢分压、二氧化碳分压和同型产乙酸反应。CO+H组中,VFAs的浓度随着H水平的提高而波动,而H+N组会随H水平的增大有一定程度的增加,N鼓吹组则先降后升,VFAs的产率变化的趋势与浓度相似。总体来说,氢气与二氧化碳混合组更适合产酸。以葡萄糖为底物进行流平衡分析时,乙酸和氢气是重点关注对象,根据模型,同型产乙酸反应在代谢网络中占据不低的地位,其通量R21=0.147,远大于另外其它耗氢途径,对产氢过程有重大影响。

关键词：厌氧发酵蛋白质葡萄糖氢分压顶空气压氮气吹脱流平衡分析

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数字图像相关法测量板料成形应变

机械工程学报 2013年第10期49卷 77-83页

作者：梁晋胡浩唐正宗郭翔李磊刚西安交通大学机械工程学院西安710049

针对板料成形极限试验中传统应变测量方法的不足,提出并实现一种基于数字图像相关法的板料成形极限应变测量方法。对其中涉及的关键技术进行深入研究。针对板料成形中大变形测量的难题,根据系列变形图像相邻状态变形的连续性,提出一种... 详细信息

针对板料成形极限试验中传统应变测量方法的不足,提出并实现一种基于数字图像相关法的板料成形极限应变测量方法。对其中涉及的关键技术进行深入研究。针对板料成形中大变形测量的难题,根据系列变形图像相邻状态变形的连续性,提出一种大变形分步匹配算法,并介绍三维坐标重建和三维应变求解的方法。根据测得的试件表面应变分布,提出一种通过构建应变场截面线来拟合成形极限曲线的方法。基于Visual Studio 2010开发环境,开发用于板料成形极限应变测量的计算软件。为了验证方法的可行性,结合自研的图像采集装置和改进的板料成形试验机搭建成形极限测量试验平台。对SPCC钢板试件的测量结果显示所提出的方法能够快速、有效、直观地测量试件在整个成形过程中的表面应变分布,为建立成形极限图提供一种有效手段,且与传统的坐标网格等方法相比优势明显。

关键词：图像相关法板料成形极限应变

基于DIC的预应变下铜/铝复层板各向异性性能检测与研究

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材料工程 2014年第5期42卷 78-85页

作者：孙涛梁晋郭翔李磊刚任茂栋西安交通大学机械工程学院西安710049 四川工程职业技术学院机电工程系四川德阳618000

基于数字图像相关法(DIC)与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板全场三维应变测量的方法。为了验证该方法的可行性,进行了Q235钢拉伸实验,将DIC法与引伸计变形测量结果进行了对比。应用DIC法对预应变下的复层... 详细信息

基于数字图像相关法(DIC)与双目视觉技术,提出并实现了一种用于爆炸焊接制备的铜/铝复层板全场三维应变测量的方法。为了验证该方法的可行性,进行了Q235钢拉伸实验,将DIC法与引伸计变形测量结果进行了对比。应用DIC法对预应变下的复层板各向异性进行了性能检测与研究。结果表明:数字图像相关法的应变测量精度高于0.5%,与引伸计所测结果基本相当;随着预应变量的增加,复层板料力学参数的各向异性先增强后减弱;塑性应变比、应变硬化率的变化与预应变量和加载方向密切相关;板料轴向应变与宽向应变间的线性关系也受预应变与加载方向的影响。

关键词：数字图像相关法应变测量铜铝复层板各向异性预应变

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用于工业三维点测量的接触式光学探针

光学精密工程 2014年第6期22卷 1477-1485页

作者：李磊刚梁晋唐正宗郭成胡浩西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

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... 详细信息

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0.1mm/m。该精度满足一般大、中型工件的三维点测量精度标准。

关键词：光学探针点阵式探针手持相机式探针点云匹配探针标定

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投影仪全参数平面线性估计的高精度标定方法

西安交通大学学报 2016年第11期50卷 36-42页

作者：龚春园梁晋温广瑞牌文延李磊刚西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 广东顺德西安交通大学研究院广东佛山528300

针对投影仪光路结构复杂、主点偏差大导致高精度标定难以实现的问题,提出一种全参数平面线性估计的方法,为投影仪标定过程提供精确的主点偏差初值,实现了投影仪的全参数高精度标定。首先将投影仪作为虚拟相机,利用多频相移原理得到投影... 详细信息

针对投影仪光路结构复杂、主点偏差大导致高精度标定难以实现的问题,提出一种全参数平面线性估计的方法,为投影仪标定过程提供精确的主点偏差初值,实现了投影仪的全参数高精度标定。首先将投影仪作为虚拟相机,利用多频相移原理得到投影仪和标定板的坐标对应关系,然后采用两步法对非线性方程进行求解计算,通过引入向量参数的方法实现非线性方程的线性化,再利用仿射变换关系选取最优点集,得到稳定的直接参数预估算法,最后利用一种全局捆绑调整算法实现投影仪的高精度标定。采用此方法对投影仪单相机系统完成标定之后,测量了标准球以验证精度,实验表明投影仪单相机系统的平均重投影误差为0.04像素,测得标准球直径平均偏差小于0.1mm,球心距偏差小于0.05mm。结果证明,所提出的投影仪标定方法计算模型简单、稳定性高并具有较高的精度,适用于主点偏差较大和投影仪焦距未知的情况。

关键词：结构光测量投影仪标定平面模型全参数

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材料力学性能参数的动态视觉测量研究

机电工程 2023年第5期40卷 788-796页

作者：安文雅王立忠李磊刚刘家乐祝家浚陈晓帅新疆大学机械工程学院新疆乌鲁木齐830046 西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室陕西西安710049 新拓三维技术(深圳)有限公司创新实验室广东深圳518060

为了对材料在拉伸变形状态下弹性模量、泊松比等力学性能参数进行动态的视觉测量,基于数字图像相关技术和随机采样一致性原理,提出了一种针对材料在拉伸变形状态下的应变、弹性模量和泊松比等多种力学性能参数的动态测量和计算方法。首... 详细信息

为了对材料在拉伸变形状态下弹性模量、泊松比等力学性能参数进行动态的视觉测量,基于数字图像相关技术和随机采样一致性原理,提出了一种针对材料在拉伸变形状态下的应变、弹性模量和泊松比等多种力学性能参数的动态测量和计算方法。首先,利用数字图像相关技术,测量出了材料变形试件点对间的位移、应力及线应变值;其次,基于随机采样一致性原理,自动确定了材料的弹性区间;在变形试件的弹性区间内,运用最小二乘拟合法准确获取了材料的弹性模量和泊松比;最后,常温环境下,对两种金属材料进行拉伸实验,实时计算和显示了试件的变形情况以及试验机拉伸过程中的参数变化量。实验结果表明:采用该方法可以准确地对材料弹性模量和泊松比进行动态视觉测量,且弹性模量测量精度平均可达0.86%,泊松比测量精度平均可达0.97%。研究结果表明:该力学性能参数的动态测量和计算方法基本可以满足工业检测行业材料性能参数的测量精度标准。

关键词：数字图像相关技术随机采样一致性算法弹性区间自动定位自动化、非接触式测量应力及应变弹性模量及泊松比最小二乘拟合

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显微立体视觉小尺度测量系统的标定

光学精密工程 2014年第8期22卷 1985-1994页

作者：胡浩梁晋唐正宗任茂栋李磊刚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,... 详细信息

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。

关键词：显微立体视觉成像畸变非参数化模型光束平差光路标定

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飞机结构件运动数据的动态视觉测量系统

光学精密工程 2012年第9期20卷 1929-1938页

作者：李磊刚梁晋唐正宗郭成崔学龙西安交通大学机械工程学院陕西西安710049

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... 详细信息

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0.03pixel,系统的运动轨迹姿态测量精度可达0.01mm/1m,关键点位移变形测量精度可达0.05mm/1m,基本满足飞机测试行业的精度和可靠性测量标准。

关键词：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