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一种基于线激光扫描的V型焊接坡口尺寸检测方法

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船舶工程 2024年第2期46卷 99-105,114页

作者：王雪妮彭飞王中孟庆旭韩玉超邓为耀海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

针对V型焊接坡口尺寸检测的自动化问题,搭建线激光测量系统,并提出一种基于点云处理的坡口尺寸检测方法。由线激光传感器获取坡口轮廓点云数据,分析V型坡口的截面轮廓特征,对坡口点云依次进行统计滤波、K-means聚类分割和MSAC直线检测;... 详细信息

针对V型焊接坡口尺寸检测的自动化问题,搭建线激光测量系统,并提出一种基于点云处理的坡口尺寸检测方法。由线激光传感器获取坡口轮廓点云数据,分析V型坡口的截面轮廓特征,对坡口点云依次进行统计滤波、K-means聚类分割和MSAC直线检测;利用拟合直线求交点和逐列搜索方法获取坡口截面轮廓的4个特征点,实现尺寸测量,最后通过试验加以验证。结果表明:所提方法能够稳定地实现V型焊接坡口尺寸检测,2个模型测量结果中,坡口间隙中误差最大为0.11mm,坡口宽度中误差最大为0.17 mm,坡口角度中误差最大为0.42°。该方法可满足工业应用的高精度和自动化要求。

关键词：焊接坡口点云线激光 K-means聚类

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矿用通风机叶片线激光测量数据优化方法研究

计量学报 2024年第3期45卷 440-446页

作者：李学哲申瑶曹艾王彦昕花忠旭田文宇华北科技学院应急装备学院河北省矿山设备安全监测重点实验室河北三河065201

测量模型的提取是矿用通风机叶片几何变形检测的关键,为了提高叶片测量模型的精度,提出一种基于最小二乘准则的线激光测量数据优化方法。首先,利用卡尔曼滤波算法实时处理线激光传感器原始测量数据,提高坐标测量精度,为后续模型构建提... 详细信息

测量模型的提取是矿用通风机叶片几何变形检测的关键,为了提高叶片测量模型的精度,提出一种基于最小二乘准则的线激光测量数据优化方法。首先,利用卡尔曼滤波算法实时处理线激光传感器原始测量数据,提高坐标测量精度,为后续模型构建提供精准数据;然后,采用三次多项式法、三次B样条法、高阶贝塞尔法分别拟合求解三个测量模型,并基于最小二乘准则评价各模型的显著性水平,从而优选出适合通风机叶片几何特征的测量模型;最后,进行了实验研究。结果表明,采用三次B样条函数构建叶片测量模型可以获得最佳的拟合效果,其显著性评价因子最小(小于0.05),本方法通过数据优化有效提高了叶片测量模型的精度,为后续通风机叶片几何评价提供一种有效的技术解决方案。

关键词：几何量计量矿用通风机叶片测量线激光数据优化最小二乘法

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在机测量线激光传感器安装位姿的全局标定

仪器仪表学报 2022年第9期43卷 158-165页

作者：李津容葛广言冯晓冰杜正春上海交通大学机械与动力工程学院上海200240

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器安装位姿标定方法。建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测量,基于... 详细信息

针对三轴数控机床激光测头安装位姿误差造成测量误差且不易调整和校准的问题,提出了一种在机测量线激光传感器安装位姿标定方法。建立了线激光在机测量系统的数学模型,通过机床运动带动线激光测头对标定基准点的空间位置进行测量,基于手眼标定原理给出了关于测头安装位姿参数的线性求解算法,完成了对测头安装误差的全局标定。考虑了机床定位误差对于标定结果精度的影响,采用蒙特卡洛模拟进行了误差分析。采用半径为35 mm的圆孔进行测量验证,实验结果表明,标定后圆孔测量误差为0.0516 mm,测量精度提高了约96%,实验结果验证了该标定方法的有效性和可行性。

关键词：在机测量线激光测头标定手眼标定

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线激光清除架空线路树障时温度和效率分析

中国电力 2022年第5期55卷 94-101页

作者：徐鑫方春华智李丁璨董晓虎程绳孙维陶玉宁三峡大学电气与新能源学院湖北宜昌443002 国网湖北省电力公司检修公司湖北武汉430000

架空线路树障会引起线路跳闸故障,是线路运行的重大隐患。采用高能激光清除架空输电线路下方树障是一种安全有效的清障方式。以6种典型树木类型为研究对象,建立有限元模型,分析点、线激光作用下6种树木的温度分布规律及灼烧效率并进行... 详细信息

架空线路树障会引起线路跳闸故障,是线路运行的重大隐患。采用高能激光清除架空输电线路下方树障是一种安全有效的清障方式。以6种典型树木类型为研究对象,建立有限元模型,分析点、线激光作用下6种树木的温度分布规律及灼烧效率并进行了点、线激光灼烧实验。结果表明,线激光照射时,树木表面温度从光斑中心向光斑边缘急剧降低,仅在灼烧中心区域热效应明显,光斑中心温度上升速率随加热时间逐渐减缓。同样时间内,泡桐相较于其他5种树木的温度最大,15 s时最高温度达到1259.20℃。激光器输出功率相同时,点激光平均灼烧速度为0.37 mm/s,线激光为5.45 mm/s,实验对比发现线激光效率为点激光效率的6.53~8.45倍,线激光平均灼烧速度明显大于点激光,此研究成果为线激光器应用于清障工作提供了重要依据。

关键词：点激光线激光树障灼烧效率输电线路

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基于线激光位移传感器的孔毛刺测量与评价

哈尔滨工业大学学报 2022年第1期54卷 156-162页

作者：梁杰张康宁邱益郑州大学机械与动力工程学院郑州450001

针对现有仪器不能实现对孔全域的毛刺高度、根厚度及形貌的综合快速测量和无法自动利用测量数据实现毛刺期望评价指标的计算,设计了一套基于线激光位移传感器的孔毛刺测量系统。首先阐述多重反射引起的杂散光及激光成像面和待测孔表面... 详细信息

针对现有仪器不能实现对孔全域的毛刺高度、根厚度及形貌的综合快速测量和无法自动利用测量数据实现毛刺期望评价指标的计算,设计了一套基于线激光位移传感器的孔毛刺测量系统。首先阐述多重反射引起的杂散光及激光成像面和待测孔表面的倾斜对测量精度的影响,并提出了消除杂散光和校准倾斜的方法;接着利用传感器的测量数据开发了一种计算毛刺高度和根厚度的算法,实现了毛刺高度和根厚度沿孔圆周展开的可视化;最后提出以最小二乘中线、算术平均波动和均方根波动为评价指标的描述孔全域毛刺高度和根厚度的量化评价方法。实验结果表明:该系统不仅可以可视化孔全域的毛刺3D形貌和2D波动,还可给出毛刺及其评价指标的量化值,其测量重复度<0.8μm,毛刺高度测量精度为5μm,满足孔毛刺的精确测量需求。

关键词：孔毛刺测量线激光毛刺评价

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线激光扫描的碳纤维复合材料表面损伤研究

激光与红外 2022年第3期52卷 458-464页

作者：汪权张志杰陈昊泽尹武良中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原038507 曼彻斯特大学电气与电子工程学院英国曼彻斯特M139PL

近几年红外热成像技术常被用于材料的无损检测中。针对航空碳纤维增强复合材料(CFRP)表面损伤检测问题,本文提出了基于连续脉冲激光线移动扫描承力结构CFRP的损伤检测思想,搭载了线激光扫描的红外热实验装置。结果显示了线激光热成像对... 详细信息

近几年红外热成像技术常被用于材料的无损检测中。针对航空碳纤维增强复合材料(CFRP)表面损伤检测问题,本文提出了基于连续脉冲激光线移动扫描承力结构CFRP的损伤检测思想,搭载了线激光扫描的红外热实验装置。结果显示了线激光热成像对各种尺寸、深度和不同方向的拉伸断裂损伤的敏感性,并采用红外热谱图与温度曲线相结合来判断损伤的分析办法。图像序列分析与温度响应能够提供互补结果,此方法能够检测到近表面零点几毫米的损伤。此外,使用线扫描方式极大的缩短了检测时间。

关键词：无损检测(NDT) 红外热成像(IRT) 碳纤维增强复合材料(CFRP) 线激光

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线激光显微拉曼光谱成像系统设计

线激光显微拉曼光谱成像系统设计

作者：刘博士山东大学

学位级别：硕士

将拉曼光谱技术与显微成像技术结合可以采集目标光谱及图像信息,从而获取物质成分及分布情况。共聚焦显微拉曼光谱成像系统结构复杂,对工作环境要求苛刻,很难应用于现场;而便携式拉曼光谱采集设备则一般不具备光谱成像功能。研究便携式... 详细信息

将拉曼光谱技术与显微成像技术结合可以采集目标光谱及图像信息,从而获取物质成分及分布情况。共聚焦显微拉曼光谱成像系统结构复杂,对工作环境要求苛刻,很难应用于现场;而便携式拉曼光谱采集设备则一般不具备光谱成像功能。研究便携式显微拉曼光谱成像系统技术对满足原位分析需求有重要意义。论文首先分析了光谱成像系统的典型结构,从拉曼信号特点和探测要求出发,对线激光显微拉曼光谱成像系统进行了总体设计,并通过光路仿真验证了总体设计的可行性。论文从微区探测的高分辨率需求和拉曼光谱信号的特点出发,选择了分辨率高、像素尺寸大、动态范围高、可致冷的KAF16803作为光谱成像探测器。针对KAF16803的特点,完成了包含电源模块、电压偏置模块、电平转换模块、温控模块等的成像电子学系统的电路设计。基于Xilinx XCZ7020器件进行了 CCD时序逻辑、温控逻辑、数据缓存逻辑、SD卡读写逻辑、SPI总线接口逻辑等固件程序设计,实现了 CCD数据输出、数据采集、数据缓存及存储功能。采用焦距12-120mm,光圈F1.8-F16连续可调的C 口工业相机镜头作为KAF16803的成像镜进行了初步测试,证明KAF16803驱动、AD9826采集转换等核心电路功能正常,整个成像电子学系统可以实现图像采集。为了方便调节成像聚焦镜与KAF16803距离并保证其与CCD靶面垂直,设计了初步的成像电子学系统外壳结构;该结构同时实现了 CCD的密封,为CCD制冷提供了必要条件。进行了温控性能测试,评估了温度对CCD噪声的影响,结果表明控温对抑制CCD噪声效果明显。搭建了由532nm激光器、可调倍率扩束镜、DOE均化器、532nm二向色镜、532nm陷波滤光片、40mm焦距柱面镜、1200线/mm闪耀光栅及200mm焦距成像聚焦镜组成的线激光显微拉曼光谱成像系统实验光路,使用实验室压片机及方解石粉末制作了实验样品,实验系统在积分时间50s、4MHz读出速率的情况下获得了方解石样品的荧光图像,初步证明了线激光显微拉曼光谱成像系统原理光路的合理性。但从成像质量方面看,系统在光栅、线激光聚焦镜片(柱面镜)等核心光学元件性能,光路结构和温控性能等方面存在较大优化空间。

关键词：拉曼光谱成像线激光 KAF-16803 温度控制

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线激光3D相机软件关键技术研究与实现

线激光3D相机软件关键技术研究与实现

作者：陈隆南京邮电大学

学位级别：硕士

目前,机器视觉技术广泛应用于智能制造、逆向工程、工业自动化等领域,而基于三维重建的测量技术已经成为机器视觉的重要研究方向。三维重建的技术手段较多,其中,基于线激光扫描的三维重建系统具有测量效率高、结构简单、易于维护且应用... 详细信息

目前,机器视觉技术广泛应用于智能制造、逆向工程、工业自动化等领域,而基于三维重建的测量技术已经成为机器视觉的重要研究方向。三维重建的技术手段较多,其中,基于线激光扫描的三维重建系统具有测量效率高、结构简单、易于维护且应用场景多等显著优点。3D相机是线激光三维重建系统的核心部件,本文对其关键技术开展研究,对完善3D相机功能、提升3D相机性能具有重要意义。本文在课题组现有3D相机原型基础上,研究了3D相机软件关键技术,主要内容如下:(1)介绍了3D相机系统组成并分析其软件关键技术。首先介绍激光三角法原理、系统组成及三维成像过程;接着分析硬件结构,对主处理器Zynq-7000和CMOS传感器PYTHON2000的结构、性能和特点进行简要描述,对底层硬件架构进行分析;然后分析软件架构,详细描述驱动框架和Gig E Vision协议;最后,深入分析软件关键技术,这些技术包括激光条纹中心线提取算法和基于ARM的软件关键技术。(2)研究了激光条纹中心线提取算法。首先分析激光条纹的特点以及中心线提取的影响因素,采用图像滤波和图像分割等预处理方法;接着分析常用中心线提取算法,包括极值法、灰度重心法、骨架细化法和Steger算法;最后,在相关学者提出的改进灰度重心法基础上结合图像噪声通常符合高斯分布的特点进一步优化算法,以经典灰度重心法获得中心点初始估计值为圆心选取圆形区域,而圆的半径与中心线曲率半径相关,根据灰度加权计算法线方向上加权距离,利用该加权距离修正中心点,使得新中心点的横坐标不再是整数(列数),而是亚像素精度。该改进算法针对法线方向与条纹图像列方向偏差较大的应用场景,例如曲面轮廓等。(3)实现了与ARM相关的软件关键技术。移植了PYTHON 2000 CMOS图像传感器的设备驱动程序,使3D相机能够获得激光条纹图像;优化了相机嵌入式应用软件,加入了中心线提取模块,并为多种算法的嵌入预留了接口,同时优化了通信模块;结合霍夫曼编码和Gig E Vision协议设计并实现了相机的远程固件升级;实现了QSPI FLASH+e MMC的相机启动模式,解决了TF卡启动方式易受振动影响等问题。最后搭建了3D相机测试系统,依次从启动模式、固件升级、驱动移植、中心线提取等方面对相机的功能进行系统地测试。利用不同算法提取中心点坐标,由上位机软件重建出三维轮廓并测量,结果表明改进的灰度重心法在曲面轮廓重建中优于经典的灰度重心法。

关键词：线激光 3D相机中心线提取驱动移植固件升级

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基于线激光扫描的叶片三维型面重构方法

四川大学学报（自然科学版） 2023年第3期60卷 104-111页

作者：董洁王宗平欧登荧陈龙庆谢罗峰殷国富成都航空职业技术学院成都610100 四川大学机械工程学院成都610065 四川大学空天科学与工程学院成都610065 四川大学原子核科学技术研究所辐射物理及技术教育部重点实验室成都610065

叶片作为航空发动机的核心部件,对整机的安全性和可靠性起着关键性作用.一直以来叶片型面的尺寸、形状精度在加工和检测过程中均有着严格要求.为此,本文提出一种基于线激光扫描的叶片三维型面重构方法.首先,基于研制的叶片四轴检测装置... 详细信息

叶片作为航空发动机的核心部件,对整机的安全性和可靠性起着关键性作用.一直以来叶片型面的尺寸、形状精度在加工和检测过程中均有着严格要求.为此,本文提出一种基于线激光扫描的叶片三维型面重构方法.首先,基于研制的叶片四轴检测装置,结合线性编码器与线激光传感器实现了叶片型面的快速扫描与数据采集.然后,提出基于叶片基准面几何特征的多视场扫描数据拼接方法,完成了叶片型面的高精度重构.最后,以典型叶片为实验对象进行型面重构实验,并将重构数据与三坐标测量结果进行对比.结果表明叶片截面轮廓的平均偏差在0.040 mm以内,标准差小于0.028 mm.验证了提出的叶片型面重构方法的精确性与可行性.

关键词：线激光叶片型面三维重构多视场数据拼接