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基于轴线局部搜索的曲轴轴径视觉测量方法

机电工程 2023年第5期40卷 797-802页

作者：张丹李长安逯海滨窦亚萍隋文涛山东理工大学电气与电子工程学院山东淄博255000 山东理工大学机械工程学院山东淄博255000

采用传统的机器视觉测量方法对曲轴的几何特征进行测量时,存在测量精度偏低的问题,为此,提出了一种基于轴线局部搜索的曲轴轴径视觉测量方法(测量系统)。首先,依据待测零件所需的要求,进行了硬件选型和机器视觉测量平台的搭建,校正了镜... 详细信息

采用传统的机器视觉测量方法对曲轴的几何特征进行测量时,存在测量精度偏低的问题,为此,提出了一种基于轴线局部搜索的曲轴轴径视觉测量方法(测量系统)。首先,依据待测零件所需的要求,进行了硬件选型和机器视觉测量平台的搭建,校正了镜头畸变,提高了其精度;对所获取的图像进行了预处理,包括形态学滤波处理、二值化处理等操作;其次,通过定位算法像素级坐标,获取了曲轴旋转轴线位置,使其与相机移动轴线相重合;运用亚像素细分算法提取了亚像素边缘坐标,计算了其像素当量,完成了像素与实际尺寸之间的转换,实现了对轴径进行高精度测量的目的;最后,进行了测量实验的对比,对基于轴线局部搜索的轴径测量方法的准确性和实用性进行了验证。研究结果表明:轴线局部搜索法测量轴径平均误差为0.003 mm,且测量的稳定性较好,证明了该算法及其测量系统的准确性和实用性,可以适用于对曲轴轴径进行有效检测。

关键词：轴径测量高精度测量机器视觉测量亚像素细分算法镜头畸变校正图像预处理像素当量

基于彩色图像奇异值熵指标的磨削表面粗糙度视觉测量方法

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中国机械工程 2021年第13期32卷 1577-1583页

作者：易怀安赵欣佳唐乐陈永伦桂林理工大学机械与控制工程学院桂林541006

机器视觉测量表面粗糙度所采用的评价指标大多是根据灰度图像进行统计分析的,而当前研究的一些基于颜色信息的评价指标并未给出合理的数理结构表达。针对此问题,提出了一种基于彩色图像奇异值熵评价磨削表面粗糙度的检测方法。根据色块... 详细信息

机器视觉测量表面粗糙度所采用的评价指标大多是根据灰度图像进行统计分析的,而当前研究的一些基于颜色信息的评价指标并未给出合理的数理结构表达。针对此问题,提出了一种基于彩色图像奇异值熵评价磨削表面粗糙度的检测方法。根据色块在不同等级粗糙度表面所形成的虚像能量分布差异,通过纯四元数的数据结构来表征一幅彩色图像,并对其进行数据分析,抽取奇异值熵作为评价指标,论证基于奇异值熵指标评价磨削表面粗糙度的可行性。实验结果表明,彩色图像奇异值熵不仅是一种合理可行的表面粗糙度评价指标,而且该指标在数学意义上具有合理的数据结构表达方式。相关指标的对比分析证明了该指标与表面粗糙度的相关性和适用性相对色差指标更优,回归预测结果也相对较为精准,具备向工程应用领域推广的潜力。

关键词：表面粗糙度机器视觉测量四元数奇异值熵颜色信息

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海上悬索桥大风条件下主缆索股架设关键技术

公路交通科技 2023年第9期40卷 91-98页

作者：朱鹏李冕张军政王永威广东省公路建设有限公司广东广州510623 中交第二航务工程局有限公司湖北武汉430014 长大桥梁建设施工技术交通行业重点实验室湖北武汉430014 中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司北京100011

为解决大风条件下基准索股架设及一般索股调整作业窗口期短、人员高空作业时间长、测量效率低的难题,利用分跨锚固的高精度标记索股直接对位安装,通过相对高差测量进行基准索股架设,避免在海中测量平台通过全站仪进行连续观测。设计了... 详细信息

为解决大风条件下基准索股架设及一般索股调整作业窗口期短、人员高空作业时间长、测量效率低的难题,利用分跨锚固的高精度标记索股直接对位安装,通过相对高差测量进行基准索股架设,避免在海中测量平台通过全站仪进行连续观测。设计了抑振装置+V形保持器,在索股架设前期有效地利用猫道的刚度,抑制主缆索股在大风环境下的位移,保证人员通行安全或作业条件,结合有限元分析和现场实际应用情况验证了抑振效果。应用基于机器视觉的索股高差动态量测技术对一般索股进行了线形测量,通过预测一般索股和基准索股的静态高差进行调索,代替了传统人工测量手段,提高测量效率,减少人为误差。现场实测结果表明:标记索股的长度精度达到了1/60000,垂度误差满足规范要求的1/20000,基准索股架设周期缩短至1 d;抑振装置+V形保持器可有效减小主缆索股在大风条件下的晃动幅度,主缆索股相对猫道的横向位移可最大减少4.3 m,保证了有风条件下主缆作业条件;基于机器视觉的一般索股动态测量方法,实现了索股晃动情况下的高精度测量,索股高程测量精度在5 mm以内。上述主缆索股架设技术可减小大风环境对主缆索股架设和线形调整的影响,减少现场操作人员30%,降低施工风险,缩短架设工期1个月以上,可为后续类似工程的设计施工提供借鉴。

关键词：桥梁工程主缆架设有限元分析悬索桥大风条件基准索股抑振装置机器视觉测量

基于线型激光扫描的井下输送带煤流量检测系统研究

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基于线型激光扫描的井下输送带煤流量检测系统研究

作者：王劭文太原理工大学

学位级别：硕士

煤炭作为我国的主要能源物质,在工业领域和促进社会发展进程中占有着举足轻重的地位。在现代化高速发展的今天,随着煤矿产业的不断发展、科学技术的日益进步,煤炭生产企业建立煤矿自感知、自决策、自实施的智能无人化生产系统的需求愈... 详细信息

煤炭作为我国的主要能源物质,在工业领域和促进社会发展进程中占有着举足轻重的地位。在现代化高速发展的今天,随着煤矿产业的不断发展、科学技术的日益进步,煤炭生产企业建立煤矿自感知、自决策、自实施的智能无人化生产系统的需求愈加迫切。其中自感知是自决策和自实施的前提,任何智能化控制系统都需要传感器作为“感觉器官”,实现对控制目标状态的监测。带式输送机是煤炭生产环节中的主力运输工具,有着运输距离长、装载量大等优势。但由于井下皮带的装机容量大,存在输送机空载或无法满载等情况,致使在速度恒定的情况下,输送机会消耗大量能源。因此急需一种绿色高效的输送机智能控制系统。同时考虑到煤矿井下特殊的复杂环境,传统接触式测量方式存在着耐用性、稳定性较差问题。因此,可以通过机器视觉检测方法对输送带上煤流量进行精确监测,实现井下输送带随煤流量的大小实时调节电机速度的功能。既可以减少带式输送机硬件磨损,也能够建立以低碳、安全生产为目的的井下输送机智能化控制系统。目前主流的电子皮带秤测量精度在1%左右。本文基于机器视觉测量的非接触、稳定性高、精确度好等优点,进行了基于一字线型激光扫描的井下输送机煤流量检测系统研究,并探究验证了本系统的可行性及测量准确性。本文基于散装物料检测方法和煤矿井下输送带的运行特点,选择结合单目相机与激光三角测量法作为测量原理搭建系统。先建立点深度测量模型,再进行煤流轮廓面积计算,最后实现输送带上煤流体积模型的建立。搭建了一套基于机器视觉的煤流量检测系统模拟实验平台,并对系统使用到的硬件和软件进行选型,以达到最佳测量效果。系统通过激光器扫描输送带上煤流轮廓信息,再用工业相机采集激光图像,最后使用数字图像处理技术得到煤流轮廓坐标,数据经过排列后重建三维点云图,并输出采集到的煤流体积信息,最终测得系统累计平均误差率为1.294%满足设计需求,测量方差为0.535,证明系统测量稳定性较高。在软件方面,为了降低系统测量偏差,本文利用二维标定板对系统进行标定,建立测量系统的标定矩阵同时实现相机畸变校正。为了剔除图像中的无效信息,对相机采集到的图像进行图像增强和图像修复,在保留原有图像特征的前提下消除图像噪声,突出有效信息。在激光中心定位的方式上,本文基于标准高斯光束的亮度分布曲线,剔除了一种融合高斯光束半径与Steger算法的光斑中心定位方法,利用高斯光束半径选择有效提取区域后,利用图像灰度值梯度特征提取到中心点的亚像素坐标,并根据三角测量法的盲区遮挡特点选择插值法连接光条中心线断点。本文提取方法有较高的精确度和鲁棒性。最终基于平台模型模拟实验,进行了标准试样的静态测量和多种体积的煤堆动态测量试验。在静态测量中系统平均绝对误差为0.246 mm;动态测量结果中单次测量最大绝对误差率为3.468%,最小绝对误差率为1.017%。验证了检测系统对煤流量检测的可行性,验证了通过提高系统采样间隔率从而提高测量精度的可行性。本文系统可以以较高的精度对输送带上的煤流进行实时监控,为实现井下输送带智能控制系统提供了流量数据基础,对减少带式输送机能耗以及降低设备空载磨损具有一定意义,从而能够达到在煤炭资源开采的过程当中既经济又环保的目的。

关键词：煤流量检测机器视觉测量激光三角法数字图像处理光斑中心定位

基于无人机和深度学习的隔离开关非接触测量研究

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基于无人机和深度学习的隔离开关非接触测量研究

作者：刘伟石家庄铁道大学

学位级别：硕士

在电气化铁路系统中,隔离开关作为其中的关键部件,它在接触网中的功能是将接触网各个分段之间的电路进行通断,从而满足检修维护和不同供电类型的需要,增加供电灵活性、安全性。而由于外界因素、恶劣环境等因素可能导致隔离开关引上线与... 详细信息

在电气化铁路系统中,隔离开关作为其中的关键部件,它在接触网中的功能是将接触网各个分段之间的电路进行通断,从而满足检修维护和不同供电类型的需要,增加供电灵活性、安全性。而由于外界因素、恶劣环境等因素可能导致隔离开关引上线与角钢之间距离过近,低于安全规定的要求,可能产生放电现象,从而造成重大事故。而目前对于隔离开关的引上线安全距离测量完全依靠人力,导致效率低下、劳动强度大,甚至人员安全也会受到威胁。因此,本文以接触网隔离开关为研究对象,对无人机巡检获取的隔离开关影像进行识别定位以及引上线安全距离的非接触测量研究。本文首先针对由于无人机巡检数据量巨大,故障检修实时性要求高导致的隔离开关识别定位时的速度不能满足工程需要的问题,提出一种基于Ghost轻量化模块改进的YOLOv5s目标检测网络模型。利用线性变换的方式替代掉部分Conv卷积操作,从而实现参数量以及计算量的降低,使得目标检测的效率大幅度提升。其次,针对由于无人机动态采集以及接触网沿线环境复杂等导致的隔离开关识别精度不足的问题,提出了一种基于联合CA和BiFPN的YOLOv5s改进算法。CA注意力机制能够同时利用通道间关系以及位置信息,从而使改进模型既可以得到不同通道之间的联系,又能对方向与位置做出准确判断,而将BiFPN特征融合算法中增加跳跃连接的思想引入YOLOv5s模型,对不同的特征层之间实现反复多次叠加,使全局的特征不仅仅包含底层信息,也囊括了高层语义信息,增强了模型对不同尺度特征的融合能力,并将BiFPN的快速归一化特征融合方式运用到YOLOv5s网络中,尽可能少的降低模型速度。联合两种优化模块的YOLOv5s改进算法对重要特征的提取性能大幅增强,从而提高检测模型对背景杂乱图片以及清晰度不高的图像的检测平均精度,且不会带来太多的速度下降。之后将以上提到的三种优化模块共同利用到YOLOv5s的改进当中,从而实现了模型在精度和速度方面性能的共同提升。再次,完成了隔离开关的快速精确识别之后,针对隔离开关引上线与角钢之间距离的非接触测量,本文在充分考虑隔离开关结构特点的基础上,利用改进的Canny算子,获得更优异的测量效果。首先将快速自适应双边滤波引入,实现对隔离开关图像的平滑处理操作,再利用Otsu自适应的选取高、低阈值,避免人工确定阈值的灵活性问题,并通过实验证明了改进Canny算法的优秀性能;再利用单目视觉测量方法,将引上线直径作为标准件尺寸,实现隔离开关引上线安全距离的非接触测量;最终将算法的测量结果与人工测量的精确数据进行对比以及误差分析,证明测量精度满足工程实际要求,算法具有较好的实用性。最后,根据非接触测量整体流程,利用Python编程语言开发了接触网隔离开关安全距离非接触测量软件。其主要功能有视频降帧、目标检测、距离测量等。且该软件具有操作方便,实用性高等优点。

关键词：接触网 YOLOv5s模型 Ghost轻量化模块 CA注意力机制 BiFPN特征融合机器视觉测量

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大直径零件回转角度在机测量技术研究

大直径零件回转角度在机测量技术研究

作者：丁鹤华沈阳工业大学

学位级别：硕士

转角测量作为机械产品几何量测量的一个重要分支,其检测精度对改善机械产品的加工精度具有重要意义,是目前国内外自动控制、机械制造及医疗器械等领域的重要研究内容之一。针对大直径零件回转角度的测量特性,提出了一种大直径零件回转... 详细信息

转角测量作为机械产品几何量测量的一个重要分支,其检测精度对改善机械产品的加工精度具有重要意义,是目前国内外自动控制、机械制造及医疗器械等领域的重要研究内容之一。针对大直径零件回转角度的测量特性,提出了一种大直径零件回转角度在机测量方法。采用双远心成像系统、照明系统及转角测量基准板组成大直径零件回转角度在机测量系统。主要完成以下几部分内容:（1）通过查阅国内外对现有的转角测量技术的研究,结合大直径零件回转角度测量的特点,形成了大直径零件回转角度在机测量原理及方法。结合测量系统图像采集需求,对测量系统的成像设备、光源设备及机械结构进行方案制定。针对待测部件直径大,相机视野受限,采用双目相机对特征标志物进行图像采集。提出了以转角测量基准板作为特征标志物,避免了采用单个大尺寸标定板作为特征标志物的不足。通过对其标定方法的研究,实现了双目相机下图像坐标系在测量坐标系的统一。（2）研究了大直径零件回转角度在机测量算法。首先,采用高斯滤波算法对图像边缘进行平滑处理,并采用Sobel算子对标定圆图像的像素级边缘进行拟合。其次,采用基于逻辑回归的边缘拟合算法对图像亚像素边缘进行定位,并采用最小二乘圆拟合定位标定圆圆心像素坐标。最后,通过转角测量基准板标定算法,实现视场中心点坐标由图像坐标系到测量坐标系的转换。通过回转前后双目相机视野中心点在测量坐标系下物理坐标连线的斜率变化,得到大直径零件回转角度。（3）完成了转角测量基准板的标定实验及测角误差的分析。通过对转角测量基准板的标定实验,确定由图像坐标系到测量坐标系的转换参数。以该转换参数为基础,对特征点定位误差对视野中心点经坐标转换后产生的测点误差进行分析,进而对该测点误差对回转角度测量精度的影响进行分析。通过仿真实验,验证了测量方法的可行性。

关键词：机器视觉测量转角测量在机测量边缘检测

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起重机轨道测量方法和技术发展

起重运输机械 2023年第9期 64-71页

作者：许海翔吴峰崎任立新上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062

传统的起重机轨道测量存在精度低、劳动强度高、安全性较差等缺陷,近年来国内外有很多学者及检验机构针对这一问题展开了深入研究,提出了各种方案,并研制了相应的起重机轨道测量装置,有力推动了轨道测量技术的发展。文中选取几种典型的... 详细信息

传统的起重机轨道测量存在精度低、劳动强度高、安全性较差等缺陷,近年来国内外有很多学者及检验机构针对这一问题展开了深入研究,提出了各种方案,并研制了相应的起重机轨道测量装置,有力推动了轨道测量技术的发展。文中选取几种典型的起重机轨道测量装置及相关技术进行了探讨,分别阐述了基于全站仪及激光准直系统的测量装置和原理,对不同类型测量装置的特点进行了对比分析。在轨道测量相关技术中,介绍了基于机器视觉的架构式轨道检测系统及基于Bertrand模型的图像亚像素边缘定位算法。在上述基础上提出了以激光准直测量平台为基础,结合光斑中心定位及轨道轮廓规划的方案,克服测量小车行走姿势影响测量精度的缺点,避免了小车防侧翻等机构的设计及复杂调试,并有效提高了轨道的测量精度。

关键词：起重机轨道测量机器视觉测量全站仪方案

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GNSS天线连接器同轴度误差测量技术

光子学报 2020年第2期49卷 144-154页

作者：苏国营张福民韩勇李文一中国地震局第一监测中心天津300180 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

为测量GNSS天线连接器同轴度误差,构建了连接器分段旋转数学模型,提出了一种水平转台和机器视觉结合的非接触式测量方法,搭建测量装置并进行了测量实验.分析连接器运动方式和同轴度误差测量方法,确定各轴线之间的偏移关系,建立同轴度误... 详细信息

为测量GNSS天线连接器同轴度误差,构建了连接器分段旋转数学模型,提出了一种水平转台和机器视觉结合的非接触式测量方法,搭建测量装置并进行了测量实验.分析连接器运动方式和同轴度误差测量方法,确定各轴线之间的偏移关系,建立同轴度误差数学模型和测量模型.搭建测量装置,相机安装在水平转台上方,光轴平行于水平转台轴线.旋转水平转台,使用相机捕捉转接螺杆端面圆心位置并拟合轨迹,完成测量装置同轴度误差自标定.将连接器安置在水平转台上,旋转水平转台,测量连接器顶部螺纹杆轴线相对水平转台轴线的偏移.旋转连接器的承载器,测量连接器顶部螺纹杆轴线相对承载器轴线的偏移.最终,综合各轴线的偏移关系得到连接器同轴度误差的最大值.实验结果表明,测量装置对GNSS天线连接器同轴度误差的测量标准差为9μm,单次测量结果的扩展不确定度U=30μm(k=2),满足GNSS天线连接器0.1 mm至1 mm量级的同轴度误差的测量需求,使用连接器同轴度误差修正GNSS超短基线测量结果,可以显著提升基线测量精度.

关键词： GNSS 天线连接器误差模型轴线偏移轨迹拟合同轴度误差机器视觉测量

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汽车中央通道总成机器视觉测量方法研究

汽车中央通道总成机器视觉测量方法研究

作者：李叶萌武汉理工大学

学位级别：硕士

传统汽车生产方式已经无法满足快速变化的市场需求,智能化制造已成为汽车行业发展的必然趋势。机器视觉技术通过代替人眼视觉,实现对物体的检测与测量,具有自动化、高精度、高效率的特点。将机器视觉测量技术与汽车制造工艺相结合,有利... 详细信息

传统汽车生产方式已经无法满足快速变化的市场需求,智能化制造已成为汽车行业发展的必然趋势。机器视觉技术通过代替人眼视觉,实现对物体的检测与测量,具有自动化、高精度、高效率的特点。将机器视觉测量技术与汽车制造工艺相结合,有利于汽车智能制造技术的发展与应用。本文以汽车中央通道总成为对象,针对汽车车身检测中的机器人视觉测量技术开展应用研究,主要的研究内容如下。从汽车中央通道总成的结构特点出发,分析了机器视觉测量中的难点。依据测量要求,设计并搭建了机器人线结构光测量系统软硬件平台。针对测量系统中的线结构光测量传感器,进行了结构参数优化设计,保证测量传感器的精度满足汽车中央通道总成的测量精度要求。对搭建好的机器视觉测量系统进行了标定。建立了线结构光测量传感器的线结构光平面标定模型和标定实验平台,完成了光平面标定实验及其结果分析。在光平面标定模型基础上建立运动参数标定和手眼标定模型,通过标定实验得到相应标定数据,获得最佳的标定参数。针对金属表面反光问题,分析了光条截面灰度分布规律,提出了基于双高斯拟合的光条中心提取算法,制定了光条图像处理流程,并将提出的算法与传统算法进行了对比分析和实验,通过基于能量的置信度评价方法和基于直线拟合的精度评价方法,验证了算法的可信性和准确性。利用标定好的测量系统开展了测量实验验证。对已知尺寸的一系列样块进行测量,分析了沿传感器运动方向和垂直运动方向的误差分布规律,得出测量系统在50mm×50mm视野范围内,可以满足±0.5mm的测量需求。对比了基于双高斯拟合的光条提取算法与传统算法获得点云数据的质量,验证了算法的有效性。对汽车中央通道总成进行了测量实验,进行了拼接、特征拟合处理,并分析了测量误差产生的原因。实验证明,机器人线结构光测量系统可以满足汽车中央通道总成的测量需求。汽车中央通道总成测量系统及其相关研究工作对机器视觉测量技术在汽车制造中的应用研究具有一定的理论价值和参考意义。

关键词：汽车车身机器视觉测量线结构光测量传感器视觉标定光条中心提取