收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于视觉定位跟踪的大型机械部件数字化对接关键技术研究

谭启蒙  
【摘要】:近年来,伴随着航空航天、汽车、造船等领域在大型机械部件设计与制造方面的自动化水平日益提高,数字化装配和对接已经成为大型机械部件制造中不可或缺的重要环节之一。在工业现场,通常利用光学测量技术及设备辅助完成大型机械部件自动、快速、准确的装配和对接。然而,我国在该领域的研究相对薄弱,与发达国家的先进水平仍存在较大差距。 本论文面向国内制造业中的大型机械部件数字化对接的实际需求,以国家自然科学基金和北京市自然科学基金等项目为依托,着重研究了基于视觉定位跟踪的大型机械部件数字化对接过程中若干关键技术与问题,并取得了以下成果: (1)构建视觉定位跟踪系统。针对大型机械部件数字化对接装配体系的工作流程,构建视觉定位跟踪系统以获取待对接部件的完整3D轮廓信息。视觉定位跟踪系统主要可以分为前端测量子系统和后端跟踪子系统:前者主要采用彩色编码结构光测量,以获取局部密集型测量点云;而后者则基于双目立体视觉原理,通过实时定位跟踪前端测量摄像机的瞬时空间位姿,实现多视局部测量点云的自动、准确拼接。 (2)研究基于De Bruijn伪随机序列的彩色编码结构光技术。基于光学面-线三角法测量原理,利用5值3阶De Bruijn序列编码生成水平彩色条纹图案,针对于传统RGB解码算法的不足之处,提出了 一种HSI空间解码算法,通过将颜色分量与亮度分量的有效分离,实现条纹边界的亚像素定位。最后,利用两组对比实验得出下列结论:a)HSI空间解码算法明显优于传统RGB解码方法,能够完全分离颜色分量与亮度分量,避免了二者之间的相互干扰对测量精度的影响;b)与水平彩色光条图案相比,水平彩色条纹图案具有较高的分辨率,且二者的测量精度基本一致。 (3)建立坐标转换误差评价体系。针对机械部件数字化对接过程中广泛涉及的坐标转换问题,定义两种误差评价模型:转换点集-转换点集误差模型和转换点集-测试点集误差模型;详细分析了坐标值误差法、均方根误差法和相对欧氏距离误差法等3种误差评价方法,并利用理论推导证明相对欧氏距离误差法对于转换点集-测试点集误差模型的无效情况:即一旦测试点集位置固定,无论转换点集发生怎样的变化,相对欧氏距离误差参数值始终为一固定常数。 (4)提出一种特征标志点规划布局方法,确保在规定的测量空间范围内,合理布局尽可能少的转换点即可满足预先给定的精度要求。该方法主要涉及以下几个方面:根据特征标志点的分类,定义标志点布局参数可以分为点集内布局参数和点集间布局参数,前者主要包括点个数、基准点坐标和坐标差值,后者则提出了转换点集和测试点集之间的包络融合度概念;理论推导了标志点布局对坐标转换精度的影响;归纳、总结出一系列标志点规划布局指导原则;提出了一种基于曲率特征加权质心点约束的自适应标志点规划布局算法。利用计算机仿真实验和实际实验两种方式分别证明了标志点个数、分布形式、包络融合度等布局参数对坐标转换精度的影响以及相对欧氏距离误差法的无效情况。此外,分别采用测量控制场和3D点云精简两组实验对前面提出的自适应标志点规划布局算法进行了止确性和有效性验证。该方法可广泛适用十地理测绘、视觉测量、生物医学、机器人导航、多传感器融合等众多涉及坐标转换的实际工程领域,具有十分重要的研究意义和应用价值。 (5)研究测量点云数据与CAD设计模型之间的配准方法。将利用NURBS曲面表示的CAD模型均匀离散化,生成与测量点云具有相同数量级的离散模型点云。测量点云与离散模型点云之间的数据配准主要包括粗配准和精配准两个阶段。在粗配准阶段中,提出一种基于距离约束一致性的曲率特征粗配准算法,它主要根据曲率的刚体变换不变性,选取满足距离约束一致性原则的曲率特征点集作为基准,从而可以解算出两组点云之间的旋转矩阵和平移矢量;精配准阶段则设计一种基于网格四分搜索法的改进ICP精配准算法在每个点的对应邻域范围内,利用网格四分搜索法确定对应点到对应切平面之间的最小距离,即可实现两组点云之间的精配准。模拟实验和实际实验结果表明,这里提出的基于距离约束一致性的曲率特征粗配准算法能够达到较高的配准精度,可以为后续精配准工作提供可靠而有效的转换参数初值。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 郭德逊;;刷镀—机械部件的“起死回生术”[J];河南科技;1984年01期
2 罗永顺;;数控机床机械故障分类新方法及其振动模型的研究[J];广东技术师范学院学报;2006年04期
3 胡波;;几种机械部件的堆焊方法及其研究[J];太原科技;2007年05期
4 王月明;孔令富;赵立强;;对并联机器人的位姿进行视觉定位研究[J];内蒙古科技大学学报;2008年02期
5 王印力;周新民;叶选林;;普通车床机械部分的数控改造[J];林业机械与木工设备;2008年11期
6 严利吉;;车床机械部件数控改进的探讨[J];河南科技;2010年08期
7 李秋娟;张兵;;浅析优化车床机械制造部件的有效途径[J];科技风;2010年07期
8 项学智;汲清波;冯驰;;铁路油罐车罐口视觉定位系统设计[J];应用科技;2006年02期
9 李玉良;;井下车场机车视觉定位技术研究[J];煤炭科学技术;2009年04期
10 ;用计算机建模方法研制超硬钢[J];军民两用技术与产品;2008年12期
11 本吉健也 ,屈翠芬;烧结钛合金(机械部件)[J];稀有金属材料与工程;1977年03期
12 邹有武;;制造工程机械部件的氮化钢[J];鞍钢技术;1993年04期
13 ;多功能火焰喷涂技术通过鉴定[J];有色冶金节能;2002年03期
14 王海霞;林青;许琳;;结构光在集装箱顶角加强板焊缝定位中的应用[J];计算机工程与应用;2011年23期
15 吴菲;;非浸入式电镀法[J];汽车工艺与材料;1992年03期
16 张仲和,王爱华,李念辛;我国铁基粉末冶金机械零部件的开发[J];武钢技术;1998年03期
17 钟培全;新型铜合金──电气、电子和机械部件应用[J];稀有金属快报;2001年09期
18 苏世华;钢铁企业重要机械部件的无损检测[J];包钢科技;1985年01期
19 姚治才;;陶瓷成形方法的革新[J];陶瓷研究与职业教育;1987年01期
20 林基晃;关于电机改装设计的简化计算[J];煤矿机械;1981年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李同归;王甦;;不同框架下的视觉定位[A];全国第七届心理学学术会议文摘选集[C];1993年
2 胡海东;赵清杰;;机器人的惯性/视觉组合定位方法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年
3 秦丽娟;胡玉兰;魏英姿;王红;周越;;基于模型的单目视觉定位方法研究概述[A];第三届全国虚拟仪器大会论文集[C];2008年
4 李明;;全方位视觉定位系统标识方位角研究[A];中国农业工程学会2011年学术年会论文集[C];2011年
5 吕科阳;孟偲;;基于直线的室内移动机器人视觉定位方法[A];第十九届测控、计量、仪器仪表学术年会(MCMI'2009)论文集[C];2009年
6 庞兆夫;黄磊;;浅谈机械零部件失效分析[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
7 任铁玲;胡前胜;傅洪军;董胜璋;;宫内低水平铅暴露对大鼠神经行为发育的影响研究[A];中国毒理学会——第一届全国中青年学者科技论坛论文(摘要)集[C];2004年
8 王新刚;张义民;张飞;;基于机加工艺对机械部件可靠性影响的研究[A];2009年全国机械可靠性技术学术交流会暨第四届可靠性工程分会成立大会论文集[C];2009年
9 于建群;付宏;;基于离散元法的数字化设计软件及其应用[A];第三届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2007年
10 王晓晖;魏洪兴;;机器人无线网络及视觉信息混合定位研究[A];2007年足球机器人大会论文集[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 谭启蒙;基于视觉定位跟踪的大型机械部件数字化对接关键技术研究[D];北京邮电大学;2012年
2 杨杰;非结构化环境下自主导航系统视觉技术研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
3 李君兰;面向芯片封装的机器视觉精密定位系统的研究[D];天津大学;2010年
4 许海霞;机器视觉标定与目标检测跟踪方法及其应用研究[D];湖南大学;2011年
5 邵泽明;视觉移动机器人自主导航关键技术研究[D];南京航空航天大学;2009年
6 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
7 孙霁宇;臭蜣螂表皮纳米力学测试方法和纳米力学行为[D];吉林大学;2005年
8 宋玉苏;高分子防穴蚀涂料及其机理研究[D];四川大学;1999年
9 梁新武;机械手无标定动态视觉伺服研究[D];华中科技大学;2011年
10 刘念聪;基于γ射线的管道焊缝检测机器人关键技术研究[D];成都理工大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黎春宇;视觉定位技术在惯性元件测量中的应用研究[D];天津大学;2012年
2 刘榴;激光加工中视觉定位系统的研究[D];华中科技大学;2012年
3 黄博才;基于机器视觉定位的高速丝印机控制系统的研究与开发[D];华南理工大学;2012年
4 伍星;微冲裁系统模态分析及视觉定位与冲裁控制研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 唐新庄;基于车载沿主光轴方向序列影像的视觉定位方法研究[D];中国地质大学(北京);2012年
6 王立成;面阵列芯片封装设备中的视觉定位技术[D];华中科技大学;2004年
7 刘畅;冷凝器清洗移动机器人的视觉定位算法研究[D];湖南大学;2012年
8 王冰;凝汽器铜管的视觉定位方法研究[D];长沙理工大学;2009年
9 张志飞;小型无人直升机视觉定位与跟踪系统的设计与研究[D];浙江大学;2013年
10 尹志生;基于视觉定位的换向器刻槽关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者王华楠;新视觉定位系统实现全方位导航[N];中国技术市场报;2010年
2 易美济;在国际橡塑展会上展出高性能乳品机械部件[N];中国包装报;2008年
3 武洪明;影响水泥机械部件磨损的因素[N];中国建材报;2009年
4 本报记者 晓惑 收集整理;改装件推介[N];当代汽车报;2006年
5 汤白露;卡特彼勒战略转向:无锡基地“升级”[N];21世纪经济报道;2007年
6 刘晓燕;机器人乐队:真比英国“酷玩”摇滚乐队更酷?[N];新华每日电讯;2008年
7 刘颖;电脑硬件最忌什么?[N];中国消费者报;2008年
8 记者 李建华;倡导绿色环保生产 发展低碳经济[N];盘锦日报;2010年
9 本报记者 殷俊;光驱的日常保养[N];江苏科技报;2008年
10 任逍遥;扫描仪的清洁和维护[N];中国电脑教育报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978