基于機器視覺的板料成形性能分析關鍵技術及系統(tǒng)實現.pdf

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

2、料成形性能參數測量系統(tǒng)BOSAS(國家軟件著作權2010SR008153)，以及基于數碼相機自由拍攝的復雜板件成形性能分析系統(tǒng)MOSAS(國家軟件著作權2010SR025573)。
　　 本文的主要內容和創(chuàng)新點總結如下：
　　 1、詳細討論了雙目立體視覺中的相機標定和三維重建技術；為了提高圖像立體匹配和時序匹配的效率和穩(wěn)定性，提出了基于區(qū)域生長法的初始匹配(RGIM)；詳細實驗和分析了數字圖像相關(DIC)方法中各種參數

3、選擇對重建精度的影響，并得出相應的結論；針對板料處于臨界破裂狀態(tài)下的大變形/大應變的測量難點，提出了時序圖像匹配的分段位移傳遞法FDT。FDT方法可根據變形程度自動分段，對因分段而需要像素圓整所帶來的像素精度損失，利用連續(xù)介質的變形連續(xù)性概念進行精度補償。實驗證明，在局部變形高達170％的情況下，時序圖像匹配仍然穩(wěn)定可靠，能夠很好地實現板料成形過程中三維大變形的跟蹤。
　　 2、對比分析了實驗力學領域和計算機視覺領域中三種基于迭

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學上的一致性。這一結論不僅加深了對這幾種方法的理解，也為不同學科的研究成果相互借鑒相互轉換提供了有力的理論支持和技術指導。
　　 3、在深入研究了多視圖幾何理論的基礎上，結合編碼元識別技術和光束平差優(yōu)化技術，實現了各次拍攝

5、時相機的相對位置和姿態(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，實驗證明了該方法對提高重建精度的作用；針對自由拍攝的網格圖像中網格節(jié)點準確識別和穩(wěn)健匹配的難點問題，提出了網格節(jié)點的初、精兩次定位法，并通過對網格節(jié)點進行編號同時利用網格拓撲關系和極線幾何約束，實現了圖像間同名網格節(jié)點的自動穩(wěn)健匹配。在全面實現相機位姿確定、同名網格節(jié)點的準確匹配、多視圖約束下的網格節(jié)點三維重建的基礎上，給出了復雜板件網格三維重建的實例并進行了精度

6、驗證。
　　 4、對板料成形性能參數的測量與分析方法進行了研究和實現。在坐標網格技術中常用的方網格-三角形節(jié)點應變計算方法基礎上，提出將其與面內形變梯度張量相結合，消除了初始網格邊長不正交帶來的應變計算誤差。針對基于動態(tài)應變測量技術進行成形極限曲線FLC測定的問題，提出了根據破裂前應變分布的連續(xù)性剔除偽極限應變以及根據應變梯度的變化率選取破裂前臨界狀態(tài)應變分布的數據處理方法；利用動態(tài)應變測量技術的特點和優(yōu)勢，提出了一種新的測量塑

7、性應變比r值的方法。該方法利用動態(tài)應變的計算結果，自動判斷變形試件是否處于均勻塑性變形，并根據處于均勻塑性變形范圍的最大/最小主應變計算r值。
　　 5、在基礎理論和關鍵算法研究的基礎上，分別構建了基于雙目立體視覺的板料成形性能參數測量系統(tǒng)BOSAS和基于數碼相機自由拍攝的復雜板件成形性能分析系統(tǒng)MOSAS?；赩isual C++平臺實現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變比r值的測量，將M