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基于机器视觉的工件几何量测量和表面缺陷检测研究

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基于机器视觉的工件几何量测量和表面缺陷检测研究

作者：韩宗旺山东理工大学

学位级别：硕士

工件的几何量测量和表面质量检测是机械制造中重要的环节。传统的检测方法多采用接触式测量,存在效率低和人为误差大等问题,难以满足工件快速检测的要求。本文基于机器视觉检测和人工智能检测技术,研制工件几何量测量和表面缺陷综合检... 详细信息

工件的几何量测量和表面质量检测是机械制造中重要的环节。传统的检测方法多采用接触式测量,存在效率低和人为误差大等问题,难以满足工件快速检测的要求。本文基于机器视觉检测和人工智能检测技术,研制工件几何量测量和表面缺陷综合检测系统,基于关键图像检测算法,提出直线度、圆度、圆柱度评定算法以及螺纹参数检测算法与工件表面缺陷检测算法,实现工件多几何量和表面缺陷的快速检测。主要工作如下:首先,设计机器视觉检测系统的总体方案,对检测系统的图像采集单元、运动控制单元、照明系统等进行分析与设计,建立工件检测流程,编制检测系统控制、几何误差图像处理与缺陷检测图像处理程序和用户界面;进行相机标定,校正镜头畸变,降低测量中图像畸变。其次,研究工件图像处理的关键算法。分析图像清晰度评价函数,提出一种基于自适应阈值的八邻域空心梯度加权的清晰度评价函数,用于检测系统聚焦位置的判定。采用图像滤波方法降低图像噪声,将最大类间方差法与全局阈值处理算法结合对工件图像进行阈值分割,利用形态学去除孤点。提出基于插值—拟合法的亚像素边缘检测算法用于图像目标边缘的精确提取,并与传统边缘检测算子进行对比。再次,研究几何误差评定算法和缺陷检测算法。建立测量工件直线度、圆度、圆柱度的测量模型,提出包容线搜索法和多变异位自适应遗传算法评定工件直线度误差,提出自适应搜索逼近法和基于空间的最小二乘圆心拟合方法评定工件圆度和圆柱度误差。利用图像轮廓坐标点数据拟合方法得到工件的大径和小径,提出阈值分割与LSD算法相结合的牙型角求解算法,建立螺纹图像失真模型,对牙型角测量误差进行补偿。研究螺纹磨损缺陷的检测算法,分析缺陷图像的特征,设计两步分割方法定位缺陷位置,并采用MLP神经网络对螺纹表面缺陷进行分类处理。最后,搭建基于视觉综合检测平台,并进行实验研究。采用标定算法标定相机后,对工件的直线度、圆度、圆柱度误差,螺纹参数和磨损缺陷进行检测,并对检测结果进行分析比较。实验结果表明,所研发的机器视觉综合检测系统可实现工件几何量和表面缺陷的快速检测,为进一步对机器视觉检测系统的深入研究与开发奠定了一定的基础。

关键词：机器视觉几何量测量边缘检测表面缺陷检测误差评定模型

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基于机器视觉零件轴线直线度误差测量的研究

光学精密工程 2021年第9期29卷 2168-2177页

作者：张伟韩宗旺程祥荣伟彬郑宏宇山东理工大学机械工程学院山东淄博255000 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室黑龙江哈尔滨150080

轴类零件的直线度误差是判断其是否合格的一个重要标准。针对接触测量轴零件直线度误差效率低、精度不高等问题,设计一个针对小型轴类零件直线度误差测量的平台;采用一种基于自适应阈值的八邻域空心梯度加权的清晰度评价函数用于相机自... 详细信息

轴类零件的直线度误差是判断其是否合格的一个重要标准。针对接触测量轴零件直线度误差效率低、精度不高等问题,设计一个针对小型轴类零件直线度误差测量的平台;采用一种基于自适应阈值的八邻域空心梯度加权的清晰度评价函数用于相机自动对焦,经图像预处理、形态学操作、亚像素级边缘坐标提取后,通过径向局部区域搜索的方法得到零件中心轴线;提出基于最小区域的大变异双切点交叉遗传算法来评定零件中心轴线的直线度误差;采用图像用户界面集成评定算法。结果表明文中方法评定误差优于最小二乘法、分割逼近法和最小区域法,与文献中算法的评定结果基本一致。最后与三坐标测量仪测量结果进行对比,其中94%以上的测量结果相差10μm以内,因而本检测系统能够用于小型轴类零件轴线的直线度误差的测量中。

关键词：机器视觉直线度误差清晰度函数亚像素边缘检测大变异双切点交叉遗传算法

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轴类零件素线直线度误差评定方法的研究

机械设计与制造 2023年第9期391卷 93-97,102页

作者：韩宗旺张伟程祥郑宏宇山东理工大学机械工程学院山东淄博255000

目前,基于机器视觉检测轴类零件直线度时多采用最小二乘法进行评定。为了得到更精确的素线直线度误差结果,提出基于最小包容条件的约束旋转逼近法、多变异位自适应遗传算法以及包容线搜索算法,并分别对某轴类零件所提取的轮廓数据进行... 详细信息

目前,基于机器视觉检测轴类零件直线度时多采用最小二乘法进行评定。为了得到更精确的素线直线度误差结果,提出基于最小包容条件的约束旋转逼近法、多变异位自适应遗传算法以及包容线搜索算法,并分别对某轴类零件所提取的轮廓数据进行直线度评定实验。结果表明:多变异位自适应遗传算法的评定精度最高,约束旋转逼近法和包容线搜索算法评定结果基本一致,运行速度快,此三种评定方法精度均优于最小二乘法。最后对文献中的数据进行评定与比较,所得结果基本相同,表明三种评定方法可用于视觉检测轴类零件直线度误差时的评定,在实际检测中可以根据检测时间和精度进行选择,具有较高参考价值。

关键词：素线直线度最小包容条件约束旋转逼近法多变异位自适应遗传算法包容线搜索算法

基于改进Attention-RPN的焊缝缺陷检测

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建模与仿真 2023年第1期12卷 582-589页

作者：章福成杨涵韩宗旺上海理工大学上海

针对新能源电池组外壳焊缝缺陷检测时存在的缺陷样本少、缺陷目标尺度不一致而导致检测准确率较低问题,提出了一种改进Attention-RPN的小样本焊缝缺陷检测模型。该模型引入了FPN多尺度检测网络和深度布朗距离协方差模块来改善类间相似... 详细信息

针对新能源电池组外壳焊缝缺陷检测时存在的缺陷样本少、缺陷目标尺度不一致而导致检测准确率较低问题,提出了一种改进Attention-RPN的小样本焊缝缺陷检测模型。该模型引入了FPN多尺度检测网络和深度布朗距离协方差模块来改善类间相似度的划分,以提高检测精度。结果表明,该模型具有良好的鲁棒性,能够提高检测速度,检测精度可以达到94%。基于真实样本测试表明,本模型可用于新能源锂电池焊缝缺陷检测中。

关键词：新能源电池锂电池焊缝缺陷检测检测精度协方差检测准确率小样本

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基于机器视觉的螺纹牙型角检测方法研究

工具技术 2022年第5期56卷 102-106页

作者：韩宗旺张伟程祥李锦超高军李阳山东理工大学机械工程学院山东省淄博市255049

针对螺纹牙型角测量过程中自动化程度和检测效率低等问题,设计了一种基于机器视觉的螺纹牙型角测量系统,开发了螺纹检测平台控制算法和图像处理算法。该系统采用工业相机获取螺纹图像,利用边缘增强的Otsu算法分割螺纹工件图像,基于分割... 详细信息

针对螺纹牙型角测量过程中自动化程度和检测效率低等问题,设计了一种基于机器视觉的螺纹牙型角测量系统,开发了螺纹检测平台控制算法和图像处理算法。该系统采用工业相机获取螺纹图像,利用边缘增强的Otsu算法分割螺纹工件图像,基于分割图像的LSD算法检测牙型角,测得牙型角的侧边缘。分析螺纹图像边界与实际轮廓的关系,基于螺纹牙型与图像阴影区域边界差值方程校正测量结果。采用标定算法标定相机,得到相机径向畸变系数和内参数矩阵。螺纹牙型角检测实验结果表明,系统测得的牙型角与实际工具测量牙型角均值相差0.022°,可知,本系统能较准确地测量出螺纹牙型角,因而可以应用于螺纹牙型角的准确测量。

关键词：机器视觉牙型角测量改进Otsu算法 LSD算法

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基于机器视觉的短轴零件圆度检测

组合机床与自动化加工技术 2021年第10期 93-96页

作者：韩宗旺张伟程祥邹萌萌李锦超山东理工大学机械工程学院山东淄博255000

针对目前人工测量轴类零件圆度存在的效率低、综合误差大等问题,搭建了一个基于机器视觉的轴类零件圆度检测平台,基于单目相机对工件轮廓进行三维重构,并提出一种基于最小包容区域原则的自适应搜索逼近法对得到轮廓关键坐标点进行了圆... 详细信息

针对目前人工测量轴类零件圆度存在的效率低、综合误差大等问题,搭建了一个基于机器视觉的轴类零件圆度检测平台,基于单目相机对工件轮廓进行三维重构,并提出一种基于最小包容区域原则的自适应搜索逼近法对得到轮廓关键坐标点进行了圆度评定,实现了轴类零件圆度误差的非接触在线测量。其测量结果与文献中极点法所测结果对比精度更高,且与三坐标测量仪测量结果值平均有7.6μm的误差,较准确地测出了轴的圆度误差,证明该检测平台以及测量评定方法可以成功的对轴类零件进行圆度检测。

关键词：机器视觉轴类零件圆度误差自适应搜索逼近法

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附加电场辅助纳秒激光微孔加工试验研究

现代制造工程 2021年第11期 104-108页

作者：邹萌萌张伟李锦超韩宗旺郑宏宇山东理工大学机械工程学院淄博255000

针对激光微孔加工过程中出现的熔融物质再沉积、微孔锥度大以及存在热影响区等问题,采用波长为355 nm的UV纳秒激光对紫铜表面进行附加电场微孔加工研究。经过试验分析,样品表面的沉积物主要是回落的飞溅颗粒,故而设计附加电极装置,通过... 详细信息

针对激光微孔加工过程中出现的熔融物质再沉积、微孔锥度大以及存在热影响区等问题,采用波长为355 nm的UV纳秒激光对紫铜表面进行附加电场微孔加工研究。经过试验分析,样品表面的沉积物主要是回落的飞溅颗粒,故而设计附加电极装置,通过附加电场辅助纳秒激光微孔加工来减少表面沉积物,以提高材料表面的微孔质量。试验结果表明,附加电场下微孔入口直径和出口直径均增大,锥度减小,并且随着附加电场强度的增加,微孔锥度减小,样品表面的沉积物减少。当电场强度为150 kV/m时,样品表面的沉积物明显减少,沉积区域直径减小率可达38.2%。

关键词： UV激光微孔加工附加电场

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数字时代权力技术化及其法律风险应对

河南大学学报(社会科学版) 2024年第5期064卷 17-24+152页

作者：姚建宗龚志旺海南大学法学院

数字时代权力技术化是指这样的社会现象：数字技术嵌入权力的运行机制后，实现技术逻辑与权力逻辑的深度耦合，从而推动权力分配和运行更为全面地技术化转向，使得权力进入“幕后”且其规训能力空前增强。数字时代权力技术化的外在特征... 详细信息

数字时代权力技术化是指这样的社会现象：数字技术嵌入权力的运行机制后，实现技术逻辑与权力逻辑的深度耦合，从而推动权力分配和运行更为全面地技术化转向，使得权力进入“幕后”且其规训能力空前增强。数字时代权力技术化的外在特征表现为高度技术性、极强隐蔽性、深度侵入性。权力技术化的内在逻辑展现为人的数字化生存的社会逻辑、弥散性分布的权力逻辑、黑箱运行的技术逻辑以及代码控制的规训逻辑。数字控制对公民基本权利的消解以及技术理性掩盖权力主体的非理性、数字技术对自由裁量的异化、监管不能与责任排斥风险，彰显了对权力技术化进行规范的必要性。为此，需要通过明确公私并重的数字权利体系，构建以数字技术的可控性以及公众参与程度为核心的权力技术化运行的正当性检验机制，对权力技术化的合理运行做出法律应对。

关键词：数字技术数字化生存权力技术化权力逻辑技术规训

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圆端形钢管混凝土桥墩抗车辆力学性能研究

工程力学 2024年

作者：杨旭王蕊颉宗旺赵晖太原理工大学土木工程学院

圆端形钢管混凝土(RE-CFST)构件具有流阻系数低、承载力高与延性好等优势，已在桥梁结构中应用。为研究其抗车撞性能，首先进行了6根RE-CFST柱落锤撞击试验，获得了不同撞击速度与轴压比下试件变形模式、撞击力与跨中挠度时程曲线。其... 详细信息

圆端形钢管混凝土(RE-CFST)构件具有流阻系数低、承载力高与延性好等优势，已在桥梁结构中应用。为研究其抗车撞性能，首先进行了6根RE-CFST柱落锤撞击试验，获得了不同撞击速度与轴压比下试件变形模式、撞击力与跨中挠度时程曲线。其次，基于LS-DYNA平台对有限元模型进行验证，建立了36个车撞RE-CFST整桥分析模型并开展机理与参数分析，重点研究截面长宽比、含钢率、车辆质量与车辆速度的影响。最后，基于1/2墩高处残余挠度给出性能指标计算公式，用于指导RE-CFST桥墩抗车撞性能设计。研究结果表明：落锤冲击下，RE-CFST柱变形以弯曲变形为主，外钢管与核心混凝土呈现出良好的组合作用。当轴压比大于0.2时，轴力对RE-CFST柱抗撞性能起削弱作用。根据撞击力发展，车辆撞击RE-CFST桥墩过程可分为车头碰撞、发动机撞击、驾驶舱压溃与货物撞击四个阶段，其中发动机撞击与货物撞击对桥墩动力响应影响显著；车辆撞击不同时刻，RE-CFST桥墩内力分布具有显著差异，最大正弯矩与最大负剪力分别出现在撞击位置与墩底，墩顶存在弯矩与剪力；性能指标Δr， mid/H可较好评估车辆撞击后RE-CFST桥墩损伤水平，建议的性能指标计算公式可较好预测车撞RE-CFST桥墩性能水平。

关键词：圆端形钢管混凝土冲击试验车辆撞击机理分析性能设计方法