本文關(guān)鍵詞：基于視覺測量的沉頭孔垂直度檢測新技術(shù)研究

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【摘要】：機(jī)械連接是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的主要連接方式,機(jī)械強(qiáng)度下降是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件疲勞破壞的重要因素之一。連接孔的垂直度偏差是指孔的軸心線與結(jié)構(gòu)件表面法矢之間的夾角,如果孔的垂直度偏差過大,會(huì)使連接部位產(chǎn)生很大的附加彎曲應(yīng)力,從而降低結(jié)構(gòu)的連接強(qiáng)度。飛機(jī)裝配過程中絕大部分連接孔都是沉頭的,因此沉頭孔垂直度偏差檢測是檢驗(yàn)孔質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。大多數(shù)沉頭孔分布在機(jī)身和機(jī)翼的蒙皮上,要使用類似三坐標(biāo)測量儀等高精度儀器去檢測沉頭孔的垂直度是一件十分困難的事情。目前國內(nèi)仍然使用人工接觸式測量方法完成對(duì)沉頭孔垂直度的測量,通過鉚釘或窩量規(guī)加塞方式,憑經(jīng)驗(yàn)判斷锪窩孔的垂直度。這種檢測方式的效率和精度都無法保證,且難以直接測量位于飛機(jī)某些特殊工位上的孔。機(jī)器視覺測量是一種新的檢測技術(shù),具有無接觸,低成本,高精度等特點(diǎn),并已成為機(jī)器人自動(dòng)化制孔技術(shù)中重要的輔助測量方法。沉頭孔的幾何外形受刀具輪廓約束,因此在刀具參數(shù)已知的情況下可以通過構(gòu)建射影幾何模型的方式間接計(jì)算出垂直度。但是由于透視投影的存在,沉頭孔圖像中內(nèi)孔輪廓和外孔輪廓的比例會(huì)存在一定程度失真,因此必須將透視投影誤差包含在計(jì)算模型中。為了提高沉頭孔垂直度檢測精度,實(shí)現(xiàn)檢測過程自動(dòng)化,本文提出了一種基于視覺測量的沉頭孔垂直度檢測方法。該方法通過建立沉頭孔平行投影數(shù)學(xué)計(jì)算模型,將三維空間測量問題轉(zhuǎn)換為二維平面測量問題。為減小視覺測量過程中因透視投影產(chǎn)生的計(jì)算誤差,應(yīng)用透視幾何原理修正計(jì)算模型,并通過牛頓法求解該透視投影計(jì)算模型。為了驗(yàn)證本文方法的有效性和準(zhǔn)確性,利用OpenGL設(shè)計(jì)了沉頭孔視覺測量仿真。仿真結(jié)果表明透視投影模型的計(jì)算結(jié)果與真實(shí)的沉頭孔垂直度十分接近,且不受測量參數(shù)變化的影響。本文最后基于機(jī)器人自動(dòng)化制孔實(shí)驗(yàn)平臺(tái),設(shè)計(jì)了沉頭孔垂直度視覺測量實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文的方法檢測精度達(dá)到0.03度,證明了本文的方法具有可行性。
【關(guān)鍵詞】：沉頭孔 垂直度 透視投影模型 視覺測量
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V262.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 自動(dòng)化制孔技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外飛機(jī)數(shù)字化制孔技術(shù)發(fā)展12-14
• 1.2.2 國內(nèi)飛機(jī)數(shù)字化制孔技術(shù)發(fā)展14-15
• 1.3 沉頭孔視覺測量關(guān)鍵技術(shù)15-18
• 1.3.1 視覺測量技術(shù)15-17
• 1.3.2 沉頭孔圖像提取17
• 1.3.3 沉頭孔垂直度視覺測量原理17-18
• 1.4 課題研究背景和意義18-19
• 1.5 課題研究內(nèi)容和總體框架19-22
• 第二章 沉頭孔圖像提取技術(shù)22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 普通邊緣檢測算法22-26
• 2.2.1 常見微分算子22-24
• 2.2.2 幾種檢測算法效果對(duì)比實(shí)驗(yàn)24-26
• 2.3 亞像素邊緣檢測26-30
• 2.3.1 亞像素邊緣檢測概況26
• 2.3.2 基于Zernike矩的邊緣亞像素檢測26-30
• 2.4 沉頭孔圖像輪廓提取30-33
• 2.4.1 沉頭孔圖像提取分析30
• 2.4.2 基于霍夫變換的圓提取30-31
• 2.4.3 基于Snake模型的橢圓擬合31-33
• 2.4.4 沉頭孔圖像特征輪廓提取33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 沉頭孔垂直度數(shù)學(xué)建模34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 沉頭孔視覺測量原理34-37
• 3.2.1 單目相機(jī)照相測量34-35
• 3.2.2 沉頭孔單目相機(jī)測量35-37
• 3.2.3 透視投影畸變37
• 3.3 沉頭孔垂直度計(jì)算37-43
• 3.3.1 孔垂直度計(jì)算建模37-39
• 3.3.2 孔垂直度計(jì)算模型修正39-42
• 3.3.3 孔垂直度偏差計(jì)算42
• 3.3.4 孔垂直度計(jì)算模型誤差分析42-43
• 3.4 沉頭孔透視畸變分析43-46
• 3.4.1 分析目的43-44
• 3.4.2 Matlab計(jì)算方案44-45
• 3.4.3 計(jì)算結(jié)果45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 沉頭孔垂直度視覺測量仿真47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 仿真原理47-50
• 4.2.1 OpenGL介紹47-48
• 4.2.2 OpenGL模擬視覺測量原理48-50
• 4.3 仿真流程50-53
• 4.3.1 仿真建模50-52
• 4.3.2 仿真過程52-53
• 4.4 仿真結(jié)果分析53-57
• 4.4.1 物距對(duì)仿真結(jié)果的影響53
• 4.4.2 孔垂直度偏差對(duì)仿真結(jié)果的影響53-54
• 4.4.3 內(nèi)孔半徑對(duì)仿真結(jié)果的影響54-55
• 4.4.4 窩深對(duì)仿真結(jié)果的影響55-56
• 4.4.5 锪窩角度對(duì)仿真結(jié)果的影響56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第五章 沉頭孔垂直度視覺測量實(shí)驗(yàn)58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 實(shí)驗(yàn)條件58-62
• 5.2.1 機(jī)器人自動(dòng)化制孔系統(tǒng)58-59
• 5.2.2 制孔末端執(zhí)行器59-60
• 5.2.3 視覺測量系統(tǒng)60-61
• 5.2.4 試驗(yàn)材料、刀具61
• 5.2.5 三坐標(biāo)測量儀61-62
• 5.3 實(shí)驗(yàn)流程62-67
• 5.3.1 制孔系統(tǒng)坐標(biāo)系及其變化關(guān)系62-64
• 5.3.2 相機(jī)標(biāo)定和手眼關(guān)系建立64
• 5.3.3 自動(dòng)化制孔與拍照測量流程64-66
• 5.3.4 精密測量沉頭孔的垂直度流程66
• 5.3.5 沉頭孔圖像特征提取66-67
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析67-68
• 5.5 本章小結(jié)68-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 總結(jié)70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-74

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