【摘要】：隨著我國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和三維掃描、逆向工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用,數(shù)字化制造與數(shù)字化測量之間的技術(shù)銜接更加密切。目前測量方式包括接觸式測量、非接觸式測量及多傳感器集成復(fù)合式測量。其中,接觸式測量精度高效率低;非接觸式測量效率高精度低;復(fù)合式測量多是以非接觸式測量數(shù)據(jù)重構(gòu)曲面用以輔助定位或規(guī)劃接觸式測量路徑,且存在重復(fù)測量,未能真正實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的相互滲透與融合。針對以上問題,提出以五軸加工中心為載體進(jìn)行線結(jié)構(gòu)視覺測量與接觸式測量相結(jié)合的復(fù)合式在機(jī)測量,充分利用線結(jié)構(gòu)光視覺測量的高效率和測頭接觸式測量的高精度特點,以線結(jié)構(gòu)光視覺測量數(shù)據(jù)為初始曲面數(shù)據(jù),以在機(jī)接觸式測量的高精度點為曲面型值點約束,基于能量優(yōu)化法,通過初始曲面的變形實現(xiàn)自由曲面重構(gòu)。論文主要內(nèi)容包括:(1)提取線結(jié)構(gòu)光光條圖像中心二維坐標(biāo)。分析傳統(tǒng)圖像分割算法的特點,利用遺傳算法與二維最佳直方圖熵法光條圖像分割算法將光條圖像從背景和噪聲中分離出來以便于光條中心提取;基于形態(tài)學(xué)細(xì)化算法,通過不斷腐蝕光條圖像邊緣獲得光條中心;提出基于形態(tài)學(xué)細(xì)化算法及擬合重采樣的光條中心提取算法以解決光條中心提取過程中出現(xiàn)的斷線、分枝等問題,進(jìn)行重采樣以獲得完整的光條中心二維坐標(biāo)數(shù)據(jù)。(2)完成基于線結(jié)構(gòu)光的初始曲面建模。根據(jù)實驗獲得的視覺測量系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型參數(shù)將提取的光條圖像中心二維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到三維世界坐標(biāo)系下;應(yīng)用逆向工程軟件Imageware對轉(zhuǎn)換得到被測物體截面線三維坐標(biāo)點云數(shù)據(jù)進(jìn)行點云預(yù)處理以利于后續(xù)的曲面重構(gòu);采用雙三次B樣條曲面完成初始曲面建模。(3)實現(xiàn)基于能量優(yōu)化法的自由曲面重構(gòu)。以薄板彈性變形的能量模型為目標(biāo)函數(shù),以接觸式在機(jī)測量點為型值點約束條件完成能量函數(shù)數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造,并對B樣條曲面能量函數(shù)及型值點約束進(jìn)行處理;提出基于網(wǎng)格法求解能量模型中的大型積分;基于遺傳算法和非線性規(guī)劃的能量函數(shù)尋優(yōu)算法求解能量模型,進(jìn)而實現(xiàn)自由曲面重構(gòu)。(4)在上述理論研究的基礎(chǔ)上,以五軸加工中心為實驗平臺,將線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器與測頭相結(jié)合搭建復(fù)合式在機(jī)測量系統(tǒng);并以自由曲面為實驗對象,進(jìn)行在機(jī)接觸式測量、線結(jié)構(gòu)光視覺測量、視覺測量系統(tǒng)標(biāo)定實驗;在論文研究算法的基礎(chǔ)上對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,并對自由曲面變形前后的重構(gòu)曲面進(jìn)行擬合誤差分析對比,以驗證論文提出算法的有效性。
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG806
【圖文】：

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論1.1 研究背景隨著先進(jìn)制造技術(shù)與計算機(jī)和信息技術(shù)相結(jié)合，數(shù)字化制造技術(shù)快速產(chǎn)生并飛速發(fā)展[1]。以航空發(fā)動機(jī)葉輪、螺旋槳、高鐵車頭等為代表的大型自由曲面類零部件如圖 1-1 所示，已廣泛應(yīng)用于航空航天、航海、交通軌道運(yùn)輸?shù)雀叨酥圃煅b備領(lǐng)域。隨著我國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展和三維掃描、逆向工程技術(shù)的廣泛應(yīng)用，數(shù)字化制造與數(shù)字化測量之間的技術(shù)銜接更加密切。數(shù)字化測量是應(yīng)用相關(guān)測量儀器，基于某種測量方法獲取被測物體表面幾何形狀或加工質(zhì)量信息的過程。而如何實現(xiàn)高效率、高精度、低成本的數(shù)字化測量一直是曲面測量的研究重點[2-5]。

圖 1-2 數(shù)字化測量分類針對單一測量方法存在測量精度與測量效率難以協(xié)調(diào)的矛盾，論文提出觸式線結(jié)構(gòu)光視覺測量與接觸式在機(jī)測量相結(jié)合的復(fù)合式在機(jī)測量，既可有在機(jī)測量的實時性、避免離線檢測存在的重復(fù)定位和二次裝夾誤差等問題、自由曲面零件數(shù)字化設(shè)計-加工-測量一體化等優(yōu)點；又可綜合不同測量方式的充分利用線結(jié)構(gòu)光視覺測量的高效率和接觸式測頭測量的高精度特點，既解的接觸測量數(shù)據(jù)無法完整表達(dá)曲面特征和測量效率低的問題，又解決高效獲數(shù)據(jù)的線結(jié)構(gòu)光掃描測量精度低的問題，實現(xiàn)自由曲面五軸加工的高效率高機(jī)測量及曲面重構(gòu)。1.2 在機(jī)測量系統(tǒng)組成及分類在機(jī)測量是以機(jī)床硬件為載體，附以相應(yīng)的軟硬件測量工具，在機(jī)床上件表面特征測量。其中，在機(jī)測量系統(tǒng)的硬件部分可分為：數(shù)控加工系統(tǒng)（

在機(jī)接觸式測量系統(tǒng)組成框架圖

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 郭雁蓉;楊劍;宋文愛;郭斯檀;張強(qiáng);;復(fù)雜環(huán)境中的線結(jié)構(gòu)光中心提取方法[J];計算機(jī)工程與設(shè)計;2019年04期

2 邵海燕;張振海;李科杰;王健;許濤;候帥;張亮;;用于遠(yuǎn)距離檢測的線結(jié)構(gòu)光傳感器特性分析[J];激光雜志;2015年02期

3 段發(fā)階,劉鳳梅,葉聲華;線結(jié)構(gòu)光傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定的新方法[J];機(jī)器人;1998年06期

4 許鈾;;閾值去噪法在線結(jié)構(gòu)光參數(shù)標(biāo)定中的應(yīng)用[J];廣東技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報;2016年05期

5 喬麗;蘇真?zhèn)?華才健;;基于激光線結(jié)構(gòu)光的羊毛中白色污雜物檢測[J];毛紡科技;2012年03期

6 劉保華;李兵;崔希君;蔣莊德;;一種多線結(jié)構(gòu)光測頭的誤差補(bǔ)償方法[J];西安交通大學(xué)學(xué)報;2007年01期

7 段發(fā)階,劉鳳梅,葉聲華;一種新型線結(jié)構(gòu)光傳感器結(jié)構(gòu)參數(shù)標(biāo)定方法[J];儀器儀表學(xué)報;2000年01期

8 高恩陽;陳憬誼;劉大順;蘇航;;基于線結(jié)構(gòu)光的金屬3D打印技術(shù)[J];數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用;2018年05期

9 肖華軍;侯力;游云霞;;一種基于圖像融合的多線結(jié)構(gòu)光立體視覺測量方法[J];四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版);2015年03期

10 黃風(fēng)山;陳麗;任有志;黃永建;;連鑄坯線結(jié)構(gòu)光視覺定重方法[J];光電工程;2015年08期

相關(guān)會議論文 前5條

1 沈小華;陶孟侖;張海鷗;王桂蘭;陳定方;;基于一維線結(jié)構(gòu)光測量焊道高度的方法研究[A];湖北省機(jī)械工程學(xué)會機(jī)械設(shè)計與傳動專業(yè)委員會暨武漢機(jī)械設(shè)計與傳動學(xué)會2015年第23屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2015年

2 沈小華;陶孟侖;張海鷗;王桂蘭;陳定方;;基于一維線結(jié)構(gòu)光測量焊道高度的方法研究[A];2015年第五屆全國地方機(jī)械工程學(xué)會學(xué)術(shù)年會暨中國制造2025發(fā)展論壇論文集[C];2015年

3 張應(yīng)紅;;線結(jié)構(gòu)光在SOP芯片管腳檢測中的應(yīng)用[A];2004全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會、2005全國光學(xué)與光電子學(xué)學(xué)術(shù)研討會、廣西光學(xué)學(xué)會成立20周年年會論文集[C];2005年

4 舒強(qiáng);李松;錢之楠;馬躍;;線結(jié)構(gòu)光的車轍測量模型及其標(biāo)定[A];2009年全國測繪儀器綜合學(xué)術(shù)年會論文集[C];2009年

5 范軍旗;倪晉平;安瑩;;基于一字線結(jié)構(gòu)光激光器的光幕靶設(shè)計[A];2010年西部光子學(xué)學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李濤濤;多視覺線結(jié)構(gòu)光高精度三維信息提取技術(shù)研究[D];中國礦業(yè)大學(xué)(北京);2018年

2 王宗義;線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器與水下三維探測[D];哈爾濱工程大學(xué);2005年

3 吳慶陽;線結(jié)構(gòu)光三維傳感中關(guān)鍵技術(shù)研究[D];四川大學(xué);2006年

4 吳慶華;基于線結(jié)構(gòu)光掃描的三維表面缺陷在線檢測的理論與應(yīng)用研究[D];華中科技大學(xué);2013年

5 邵海燕;基于線結(jié)構(gòu)光的水障礙、凹凸障礙物遠(yuǎn)距離感測技術(shù)[D];北京理工大學(xué);2016年

6 陳天飛;線結(jié)構(gòu)光表面三維測量系統(tǒng)的標(biāo)定技術(shù)研究[D];大連海事大學(xué);2013年

7 劉思遠(yuǎn);基于線結(jié)構(gòu)光視覺的軸徑測量算法研究[D];吉林大學(xué);2016年

8 占棟;線結(jié)構(gòu)光視覺測量關(guān)鍵技術(shù)及在軌道交通巡檢中應(yīng)用[D];西南交通大學(xué);2016年

9 劉艷;機(jī)器人結(jié)構(gòu)光視覺系統(tǒng)標(biāo)定研究[D];北京理工大學(xué);2015年

10 張爽;列車輪對幾何參數(shù)在線檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 方國濤;線結(jié)構(gòu)光與測頭相結(jié)合的在機(jī)測量系統(tǒng)自由曲面重構(gòu)[D];燕山大學(xué);2018年

2 冉盛輝;基于三線結(jié)構(gòu)光的凹球直徑測量方法研究[D];浙江大學(xué);2016年

3 劉瑾;基于線結(jié)構(gòu)光視覺的定制鞋楦外形反求裝置研發(fā)[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

4 楊帆;基于點云融合的雙目線結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D];華南理工大學(xué);2018年

5 沈潔;基于線結(jié)構(gòu)光汽車側(cè)位停車環(huán)境感知的研究與實現(xiàn)[D];南京理工大學(xué);2018年

6 王荃;基于線結(jié)構(gòu)光視覺傳感器的孔徑測量研究[D];華北理工大學(xué);2018年

7 姚乃夫;基于雙目結(jié)構(gòu)光掃描的真彩色三維檢測技術(shù)研究[D];長安大學(xué);2018年

8 潘奕創(chuàng);線結(jié)構(gòu)光單目視覺測量兩平面高度差的系統(tǒng)設(shè)計[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

9 王威;基于線結(jié)構(gòu)光的輸送機(jī)料斗搭接姿態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[D];湖南科技大學(xué);2017年

10 朱祿;基于線結(jié)構(gòu)光的三維測量系統(tǒng)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2018年

本文編號：2768219