基于機(jī)器視覺的板料成形性能分析關(guān)鍵技術(shù)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著制造業(yè)的高速發(fā)展，采用工程應(yīng)變比例軟尺或者工具顯微鏡的手工應(yīng)變測(cè)量方法在板料成形性能分析中逐漸暴露出測(cè)量效率低、精度差等弊端。為了克服手工應(yīng)變測(cè)量方法的各種局限，滿足板料沖壓成形領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展要求，本論文系統(tǒng)而深入地開展了基于機(jī)器視覺的板料成形性能分析關(guān)鍵技術(shù)的研究，包括圖像處理技術(shù)、相機(jī)標(biāo)定技術(shù)、大變形下的位移跟蹤技術(shù)、圖像匹配技術(shù)、三維重建技術(shù)、板料成形性能參數(shù)的計(jì)算方法以及系統(tǒng)軟、硬件實(shí)現(xiàn)技術(shù)等，自主研發(fā)了基于雙目立體視覺的板

2、料成形性能參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)BOSAS(國(guó)家軟件著作權(quán)2010SR008153)，以及基于數(shù)碼相機(jī)自由拍攝的復(fù)雜板件成形性能分析系統(tǒng)MOSAS(國(guó)家軟件著作權(quán)2010SR025573)。
　　 本文的主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：
　　 1、詳細(xì)討論了雙目立體視覺中的相機(jī)標(biāo)定和三維重建技術(shù)；為了提高圖像立體匹配和時(shí)序匹配的效率和穩(wěn)定性，提出了基于區(qū)域生長(zhǎng)法的初始匹配(RGIM)；詳細(xì)實(shí)驗(yàn)和分析了數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)方法中各種參數(shù)

3、選擇對(duì)重建精度的影響，并得出相應(yīng)的結(jié)論；針對(duì)板料處于臨界破裂狀態(tài)下的大變形/大應(yīng)變的測(cè)量難點(diǎn)，提出了時(shí)序圖像匹配的分段位移傳遞法FDT。FDT方法可根據(jù)變形程度自動(dòng)分段，對(duì)因分段而需要像素圓整所帶來(lái)的像素精度損失，利用連續(xù)介質(zhì)的變形連續(xù)性概念進(jìn)行精度補(bǔ)償。實(shí)驗(yàn)證明，在局部變形高達(dá)170％的情況下，時(shí)序圖像匹配仍然穩(wěn)定可靠，能夠很好地實(shí)現(xiàn)板料成形過(guò)程中三維大變形的跟蹤。
　　 2、對(duì)比分析了實(shí)驗(yàn)力學(xué)領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域中三種基于迭

4、代優(yōu)化的亞像素匹配算法--DIC，IGGA(Iterative Gray-Gradient Algorithm)和LSM(Least Square image Matching)，并從理論上證明了這幾種方法在數(shù)學(xué)上的一致性。這一結(jié)論不僅加深了對(duì)這幾種方法的理解，也為不同學(xué)科的研究成果相互借鑒相互轉(zhuǎn)換提供了有力的理論支持和技術(shù)指導(dǎo)。
　　 3、在深入研究了多視圖幾何理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合編碼元識(shí)別技術(shù)和光束平差優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各次拍攝

5、時(shí)相機(jī)的相對(duì)位置和姿態(tài)的精確定位，并提出了多視圖幾何約束下的三維重建方法，實(shí)驗(yàn)證明了該方法對(duì)提高重建精度的作用；針對(duì)自由拍攝的網(wǎng)格圖像中網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確識(shí)別和穩(wěn)健匹配的難點(diǎn)問(wèn)題，提出了網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的初、精兩次定位法，并通過(guò)對(duì)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)同時(shí)利用網(wǎng)格拓?fù)潢P(guān)系和極線幾何約束，實(shí)現(xiàn)了圖像間同名網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)穩(wěn)健匹配。在全面實(shí)現(xiàn)相機(jī)位姿確定、同名網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確匹配、多視圖約束下的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)三維重建的基礎(chǔ)上，給出了復(fù)雜板件網(wǎng)格三維重建的實(shí)例并進(jìn)行了精度

6、驗(yàn)證。
　　 4、對(duì)板料成形性能參數(shù)的測(cè)量與分析方法進(jìn)行了研究和實(shí)現(xiàn)。在坐標(biāo)網(wǎng)格技術(shù)中常用的方網(wǎng)格-三角形節(jié)點(diǎn)應(yīng)變計(jì)算方法基礎(chǔ)上，提出將其與面內(nèi)形變梯度張量相結(jié)合，消除了初始網(wǎng)格邊長(zhǎng)不正交帶來(lái)的應(yīng)變計(jì)算誤差。針對(duì)基于動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量技術(shù)進(jìn)行成形極限曲線FLC測(cè)定的問(wèn)題，提出了根據(jù)破裂前應(yīng)變分布的連續(xù)性剔除偽極限應(yīng)變以及根據(jù)應(yīng)變梯度的變化率選取破裂前臨界狀態(tài)應(yīng)變分布的數(shù)據(jù)處理方法；利用動(dòng)態(tài)應(yīng)變測(cè)量技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，提出了一種新的測(cè)量塑

7、性應(yīng)變比r值的方法。該方法利用動(dòng)態(tài)應(yīng)變的計(jì)算結(jié)果，自動(dòng)判斷變形試件是否處于均勻塑性變形，并根據(jù)處于均勻塑性變形范圍的最大/最小主應(yīng)變計(jì)算r值。
　　 5、在基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵算法研究的基礎(chǔ)上，分別構(gòu)建了基于雙目立體視覺的板料成形性能參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)BOSAS和基于數(shù)碼相機(jī)自由拍攝的復(fù)雜板件成形性能分析系統(tǒng)MOSAS。基于Visual C++平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了文中提出的所有算法。將BOSAS系統(tǒng)用于多種板料極限成形曲線和塑性應(yīng)變比r值的測(cè)量，將M