基于双目线结构光的大型工件测量

论文摘要

大型工件的三维测量是对整个工件生产质量、装配质量的重要评价标准,获得其相关尺寸可以及时反馈给生产制造过程。在实际生产现场中,这类检测方法一直没有得到较好的解决,普遍存在精度差、效率低等诸多问题,大大制约了产品的质量和生产效率。论文根据现代测量技术的发展,针对大型工件的尺寸测量需求和应用,将线结构光应用到大型工件的测量系统中。本文结合现代船舶建造大尺度三维数字化测量系统的开发实践,对项目所涉及到的线结构光三维视觉检测中的系统建模、参数标定、扫描方式的选择等关键问题进行了研究和相关实验,为大型工件测量的现场实用化奠定了基础。基于线结构光测量基本原理,出现了许多不同的系统模型及建模方法。本文除了根据三角原理建立系统的模型外,还针对以一般结构光传感器扫描中的“盲区”问题,提出了一种双目结构光传感器,建立该系统的模型和结构,并就需要对系统进行了标定,对标定的精度进行了实验验证。提出了利用双目标定来辅助系统结构参数标定以提高精度的方法,以及在采集中涉及到传感器转动轴心的标定方法。针对大型工件尺寸测量的特点,设计给出了系统的硬件结构用以辅助扫描的实现,采用基于移动坐标测量系统的扫描方式,对工件中的特征部分而不是全部外貌信息进行扫描,采用位置信息触发相机进行图像采集,实现系统的高精度,并最大程度地实现了测量的高效率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 工业目标的三维测量方法综述
• 1.2.1 三维测量非视觉方法
• 1.2.2 计算机视觉测量方法
• 1.3 大型工件空间的三维测量问题研究
• 1.3.1 大型工件与普通工件三维测量差别
• 1.3.2 大型工件测量性能指标
• 1.4 论文的研究目的和主要工作
• 第2章 双目线结构光视觉检测
• 2.1 结构光三维测量
• 2.2 线结构光三维视觉测量模型
• 2.2.1 常用坐标系
• 2.2.2 摄像机模型
• 2.2.3 基于三角几何的线结构光模型
• 2.2.4 结构光三维测量模型精度分析
• 2.3 基于线结构光的双目视觉测量系统设计
• 2.3.1 “盲区”的产生
• 2.3.2 双目结构光传感器结构设计
• 2.4 本章小结
• 第3章 线结构光摄像机及结构参数标定
• 3.1 摄像机标定
• 3.1.1 摄像机标定综述
• 3.1.2 基于张正友的改进平面模板标定法
• 3.2 双目线结构光测量系统结构参数标定
• 3.2.1 结构光测量系统标定综述
• 3.2.2 系统结构参数标定实验—基于“消隐点”的参数标定
• 3.3 标定整体配合精度实验
• 3.4 双目视觉在系统标定中的应用
• 3.4.1 两摄像机位置关系
• 3.4.2 双目标定转轴位置
• 3.5 本章小结
• 第4章 大型工件的视觉测量
• 4.1 线结构光视觉检测扫描方式
• 4.2 系统硬件架构
• 4.2.1 机械系统组成
• 4.2.2 主要技术要求
• 4.2.3 实验研究
• 4.2.4 整体构造
• 4.3 设备选型
• 4.3.1 CCD相机的选择
• 4.3.2 镜头的选择
• 4.3.3 图像采集卡的选择
• 4.3.4 运动控制卡的选择
• 4.3.5 选型结果及参数
• 4.3.6 传感器工作距离与分辨率
• 4.4 大型工件扫描的实现
• 4.4.1 基于移动坐标测量系统的扫描
• 4.4.2 针对大型工件的图像采集
• 4.4.3 快速检测的实现
• 4.4.4 位置触发采集的实现
• 4.4.5 双目结构光加快采集速度的实现
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢