大型复杂结构件几何参量在线精密测量系统搭建及工程应用

针对大型复杂结构件几何参量在线精密测量的技术难题，本文开展了基于多轴联动激光扫描和结构光三目视觉摄影的尺寸测量技术研究；通过结构方案设计、算法研究、软件开发及系统搭建，研制了针对不同测量对象的多套非接触式几何尺寸测量系统.测试校准结果表明，激光扫描测量系统在15 m距离的测量不确定度为2.656 mm,结构光三目视觉测量系统在7 m距离的测量结果不确定度为1.552 mm,均满足大型结构件的测量范围及精度要求.在此基础上，本文采用两种类型的测量系统同时对生产现场大型热态锻件外圆直径参数进行在线测量，重复测量误差均小于±4 mm,测量结果表现出良好的一致性.研究结果为大型结构件表面和内部几何尺寸的高精度在线测量提供了有效的技术方法和装备.     

圆结构光传感器标定方法

研究用于管件内表面三维测量的圆结构光传感器标定方法. 圆结构光传感器由激光发生器、反射锥镜和CCD相机组成,激光器发射的光经锥镜反射后与被测表面相交,通过分析传感器的成像几何关系,提出了一种快速的、采用多个圆环的标定方法,通过标定确定光曲面的关键参数. 采用标定后的圆结构光传感器对已知直径的圆环进行测量,直径测量误差为±0.2mm. 该标定方法实现简单,满足现场标定的要求,同时能够保证一定的精度.     

基于环形光切法的复杂深孔图像检测

针对膛线炮身管提出了一种基于环形光切的图像检测方法。该方法利用环形激光束照射到深孔内膛表面上形成的环形光斑图像进行检测。通过对环形光斑亮度极值线的亚像素提取、缺陷点剔除、数据分离、参数回归和系统标定,实现了截面形廓和尺寸的检测;通过多个截面形廓数据,实现了深孔内膛形貌的检测。在对直径为130mm的膛线炮身管的检测中,该方法的单点轮廓测量精度达到了0.1mm,满足了身管质量控制和使用维护所需要的测量精度要求。     

钢管直线度测量视觉传感器的优化设计与标定

介绍了变直径钢管直线度在线测量视觉传感器的优化设计，设计了增加圆或椭圆有效检测轮廓的双光条结构光传感器，提高了圆或椭圆圆心的定位精度；提出了基于悬丝法进行光条传感器的标定方法，与齿形靶标定法相比，该方法简单、高效、实用性强而且精度较高．     

线结构光扫描测头误差分析与补偿方法

针对线结构光扫描测头多项式拟合测量模型的系统误差问题,提出了一套用于该测头系统误差提取与补偿的方法.该方法通过在不同高度测量固定直线来提取不同景深位置的测量误差,并从中分离出测头在不同测量高度存在的系统误差,同时进行高度方向上的误差补偿.然后,利用标定结果以及高度方向的误差补偿点阵,将由标定成像网格点阵计算得到的空间点阵与实际标定空间网格点阵进行对比,进一步提取高度误差补偿后的测量结果存在的误差值,从而进行二次补偿与修正.实验表明,该方法可以有效扩大测量景深(达到150 mm),并且在采用步进电机开环驱动的普通机械精度工作台(单轴定位精度为15 μm)上测量时,能够保证在较大景深范围内具有较好的测量精度(±50 μm).     

基于光电技术的圆度测量及最小二乘评定

提出了一种基于光电技术测量圆度误差的新方法.该方法将圆度误差转化为轴上物点的移动,利用理想光组轴向放大率理论来实现微位移的放大,并通过采用位置敏感探测器将光斑像点的位移转化为电信号的输出,从而实现位移与电信号的转化;在测量圆度的同时,采用圆光栅来测量工件转角,实现整周的圆轮廓实时记录;对于圆度误差的评定采用最小二乘法,并经过对比实验,证实该方法的测量原理可行,实现了圆度误差的整周连续测量,其测量精度可以达到1 μm.     

等间距平行线辅助机器视觉实现工件尺寸测量

针对工业柔性密封圈形变造成内外圆尺寸发生改变和传统成像系统畸变造成图像边缘轮廓失真,从而直接影响轮廓测量精度的问题,提出一种基于等间距平行线工件尺寸测量算法.首先对工件区域进行轮廓跟踪,求出区域的边界像素点序列;其次,绘制一组水平或垂直方向等间距平行线,对工件轮廓进行拟合;最后,根据圆的计算公式求解出曲面轮廓的尺寸参数值,从而减少畸变造成的测量误差.通过对密封圈内外轮廓尺寸精度和断面精度对工件测量影响的分析,结果表明:基于等间距平行线工件尺寸测量算法对柔性圈内外径最小误差分别为0.5％和0.9％,横断面最小误差为1.6％.     

基于主动视觉的结构光手眼系统自标定方法

为实现结构光手眼系统的标定,提出一种基于主动视觉的结构光手眼系统自标定技术。该标定技术无需使用特制靶标,只需场景中三个特征点,通过控制机器人进行四次线性无关的平移运动和两次带旋转运动,即可实现结构光手眼系统的标定。四次非线性相关的平移运动标定摄像机内参数和手眼矩阵旋转部分,两次带旋转标定手眼矩阵的平移部分,两次带旋转运动中提取的两激光条,结合特征点所在平面信息,标定光平面方程。实验结果表明,三维数据测量精度可达到±1.32mm,平面特征点间的长度测量误差为±0.73 mm;该标定方法简单,特征选取容易,对结构光手眼系统的实际工业现场使用有重要意义。     

高精度激光点扫描三维测量系统及应用

针对复杂型面刀具的设计要求和结构特点,研究开发了一种基于点采集的高精度非接触式激光扫描测量系统.系统采用高精密点式激光头,通过数据采集与扫描过程的协调控制,数据采集点间距可达5μm,可有效捕捉刀具型面的微细特征.标准试样试验结果表明,该系统的测量精度达到±10μm,整体误差小于0.375%.对直径为2 mm的精密刀具进行测量的结果表明,刀具的复杂突变表面可以得到精确再现.该系统实现了小尺寸复杂型面的高精度测量,在精密刀具等小尺寸复杂型面零件的逆向工程中具有极大的应用价值.     

基于鱼眼镜头的树高测量方法

为解决当前测量树高方法中存在测量误差大、测量不便等问题,提出一种基于鱼眼镜头的树高测量方法.该方法首先利用鱼眼镜头成像模型确立世界坐标系到图像像素坐标系的变换关系;然后以畸变系数的等距投影模型为基础,利用Scar-amuzza鱼眼相机标定方法求解参数并建立测量系统模型;最后利用图像处理技术对实验图像进行轮廓提取、分割及极值点提取,实现对树高的测量.通过所提出的测量方法对树高进行测量,实验结果表明:测量方法的测量误差在-0.196～0.195m,树高测量最高相对误差为2.75％,平均相对误差为1.505％,说明该方法有效减小了测量误差,具有很高的精确性,同时测量方法简便,可操作性强.     

大口径椭球型单管X射线聚焦镜设计与仿真

针对同步辐射光源点到样品距离长的特点,设计了镀膜与非镀膜这2种大口径椭球型单管X射线聚焦镜,并利用带有面型误差模型的仿真程序模拟了这2种大口径椭球型单管X射线聚焦镜的聚焦性能．结果表明:镀Ir膜的大口径椭球型单管X射线聚焦镜的入口直径、焦斑尺寸、焦深分别为19.0 mm、7.1 μm和0.2 mm,接收立体角约为未镀膜聚焦镜的3倍;未镀膜聚焦镜的入口直径和焦斑尺寸分别为15.0 mm和6.4 μm,焦深为镀Ir膜聚焦镜的4倍．分析了大口径椭球型单管X射线聚焦镜的面型误差对其焦斑尺寸的影响,讨论了大口径椭球型单管X射线聚焦镜的应用前景．      

基于线阵CCD的烟卷直径实时监测系统

设计与实现了一个基于线阵CCD的烟卷直径实时监测系统,该系统的硬件由光源、准直系统、线阵CCD和处理电路等部分组成.光源产生的发散光经过被测烟卷后投射到线阵CCD上,获取线阵CCD上的电平信号,使用微分二值化算法对电平信号进行处理,可以得到被测烟卷的直径数据.使用工程样机测试表明,该系统对烟卷直径的测量精度可以达±15μm.     

现场大尺寸测量量值溯源

为了评价大尺寸测量量值的准确性,需要建立大尺寸测量的量值溯源体系．针对研究的大尺寸配对视觉测量网的溯源难题,以激光跟踪仪作为高精度标准仪器,利用四元数空间配准算法将所有视觉传感器测量值统一到激光跟踪仪坐标系下,对其测量值现场原位溯源,并通过空间性能评价实验对激光跟踪仪溯源．实验表明,激光跟踪仪的不确定度为10μm＋0.8μm／m,配对式视觉测量网的不确定度优于0．2mm．应用本文的方法可现场快速对多数大尺寸测量仪器溯源。研制的配对式视觉测量网络满足多数大尺寸测量任务．     

东北虎幼体血象测定与分析

对13只东北虎幼体的血细胞数、血红蛋白含量、白细胞分类计数和血细胞直径进行了测定,用SPSS软件对实验数据进行统计处理.结果显示:东北虎幼体红细胞数(6.82±0.60)×1012/L,血小板数(415.38±71.51)×109/L,白细胞总数(16.95±2.74)×109/L,血红蛋白含量(118.92±17.24)g/L,嗜中性粒细胞(62.52±9.32)%,嗜酸性细胞(2.88±2.32)%,嗜碱性细胞(0.44±0.58)%,淋巴细胞(28.96±7.50)%,单核细胞(5.32±3.73)%;血细胞平均直径分别为:红细胞6.7μm、嗜中性粒细胞11.0μm、嗜酸性粒细胞11.7μm、嗜碱性粒细胞12.5μm、淋巴细胞8.6μm、单核细胞12.9μm.结论:所测的血液指标在东北虎幼体雌雄性别间均无显著差异(P>0.05).     

熔融电纺直写微纳米纤维直径影响因素分析

以沉积直径均匀的纤维为目标,设计并开展3因素3水平的正交实验,研究直写过程中加载电压、喷头温度、喷头与收集板之间的距离3个因素对纤维直径的影响。实验结果表明,喷头温度对沉积纤维直径的影响最大,随着喷头温度的升高,纤维直径先减小后增大,温度在100 ℃时直径最小;随着喷头加载电压的增大,纤维直径逐渐减小;喷头与收集板的距离对沉积纤维直径影响不显著;当加载电压为23 kV,喷头温度为100 ℃,喷头与收集板的距离为2 mm,收集板的运动速度为36 mm·s-1时,可以制备直径为（23±05）μm且形态规则的三维网格图案。     

多孔钛植入体表层孔隙内TGF-β1缓释明胶微球涂层的工艺优化

采用正交试验法优化载转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)缓释明胶微球多孔钛植入体制备工艺,探讨多孔钛植入体孔隙内微球涂层的载药、释药特性.采用粉末注射成形(Metal Injection Molding, MIM)技术制备多孔钛植入体,选用明胶为TGF-β1缓释载体材料,乳化冷凝聚合交联法制备明胶微球,检测微球粒径与形貌以及载TGF-β1微球的包封率、载药率,采用渗涂法制备多孔钛表层孔隙内载TGF-β1明胶微球涂层,释放试验检测涂层的释药特性.实验结果表明,MIM技术制备的多孔钛植入体的孔隙度为(62.02±1.82)%,孔径为50～300 μm,抗压缩强度为(63.23±12.81) MPa,弹性模量为(0.95±0.61) GPa.明胶微球粒径随明胶浓度的减小、搅拌速度和交联时间的增加而减小,交联剂用量对微球粒径影响无显著性差异.制备的TGF-β1明胶微球为球形,平均粒径为(21.42±3.67) μm,载药量为(0.91±0.02) μg/g,包封率为(91.41±1.82)%.TGF-β1微球涂层体外14 d,时的TGF-β1释放率为(94.2±3.4)%;粒径为(21.42±3.67) μm的明胶微球的最佳工艺参数如下:明胶浓度为10%,搅拌速度为800 r/min,交联剂用量为0.1 mL,交联时间为2 h.多孔钛植入经5%(质量分数)明胶溶液预处理后用20 g/L微球渗涂可在表层孔隙内形成均匀微球涂层,且不阻塞表层孔隙,微球涂层TGF-β1释放时间为14 d.     

基于高阶模干涉的双参量同时测量传感器的实验研究

提出一种单模-多模-单模(SMS)与光纤布拉格光栅(FBG)级联的传感结构,利用了多模光纤内的高阶模干涉原理实现传感测量.本文采用了同长度芯径分别为50μm和60μm的多模光纤.实验结果显示,在SMS结构中,芯径50 μm和60μm的温度灵敏度分别为0.095nm/℃和0.127nm/℃,采用大芯径多模光纤略有提高SMS结构的温度灵敏度;折射率灵敏度分别为61.96nm/RIU和128.11nm/RIU,采用大芯径多模光纤大大提高了SMS结构的折射率灵敏度,该传感器能够用于温度和折射率的同时测量.     

光唇鱼的形态特征和血液生化指标

运用传统的形态测量方法结合分类特征研究了采自浙江省新昌县的光唇鱼样本。结果显示:背鳍为3,8;胸鳍为1,14-16;腹鳍为1,8;臀鳍为3,5;体长/体高、体长/头长、体长/吻长、体长/眼径、头长/吻长、眼径/头长数值分别为3.18±0.47、4.22±0.42、13.02±4.55、20.56±3.00、3.08±1.03、0.21±0.03。其体侧有纵条;唇后沟的间隔距离较宽,大于口宽的1/3;并对其血液生理生化等指标进行了测定,结果表明光唇鱼血液中红细胞、白细胞和中性粒细胞的平均数目分别为1.20×107个/mm3、1.74×104个/mm3、4.50×102个/mm3;检测的13项血清生化指标中除尿素氮、磷、肌酐和谷草转氨酶等几项指标外其余指标均不存在显著差异;总蛋白为44.00 g/L,葡萄糖为15.87 mmol/L,总胆固醇为7.32 mmol/L,甘油三酯为6.61mmol/L,钙为2.37mmol/L,镁为1.12mmol/L,铁为6.00mmol/L,尿酸为15.00μmol/L,谷丙转氨酶为180.00 U/L;其中血清铁的含量要明显高于钙、磷、镁,谷草转氨酶的活性要高于谷丙转氨酶;与一些不同食性淡水鱼类相比,光唇鱼血液中甘油三酯、总蛋白、血糖和钙、镁离子含量较高;结果可作为光唇鱼的正常生理常数参考值。     

斜纹夜蛾前胸腺的生长发育研究

 通过解剖观察4龄至蛹期斜纹夜蛾前胸腺,对其形态特点和生长发育规律进行了研究,主要结果如下：发现斜纹夜蛾前胸腺由53个左右的圆形或椭圆型细胞成串组成,Y型,成对,外围包裹一层透明鞘膜,位于胸部第一气门的气管丛内;在斜纹夜蛾4龄到蛹期的发育过程中,前胸腺不发生有丝分裂,细胞数量基本恒定;前胸腺细胞直径在幼虫发育期间不断增大,斜纹夜蛾幼虫在4龄第1天的前胸腺直径为(28.80±0.47) μm,而到了6龄末期,则增加到(92.22±2.43) μm;幼虫期的斜纹夜蛾前胸腺细胞直径和虫体体质量呈显著相关,r=0.826,P=0.000,拟合曲线方程为Y=82.1X ^0.263;此外,幼虫期的斜纹夜蛾前胸腺细胞直径和虫体体长也呈现出显著相关,r=0.886,P=0.000,拟合曲线方程： Y=e^{(4.781-1.863/Z)}。