本文關(guān)鍵詞：激光三角同步掃描輪廓測量關(guān)鍵技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著《中國制造2025》的提出和現(xiàn)代化工業(yè)裝備制造生產(chǎn)的飛速發(fā)展,智能制造對先進(jìn)在線測量提出了新的需求。傳統(tǒng)的以線結(jié)構(gòu)光傳感器為代表的激光三角非同步掃描輪廓測量系統(tǒng)有其本身局限性,其表現(xiàn)在傳感器深度方向的測量精度和橫向測量視場受傳感器本身幾何結(jié)構(gòu)限制相互制約;測量易受環(huán)境光和多重反射干擾;測量視場內(nèi)被測物體材質(zhì)、顏色和粗糙度等發(fā)生變化時會引起傳感器測量信噪比下降。為滿足高速率、高精度、強魯棒性的先進(jìn)測量要求,本文對激光三角橫向同步掃描輪廓測量系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,主要研究內(nèi)容如下:1、分析了傳統(tǒng)激光三角非同步掃描測量的優(yōu)缺點,提出一種基于高速掃描轉(zhuǎn)鏡的激光三角橫向同步掃描輪廓測量方法。精密設(shè)計的高穩(wěn)定性十二面轉(zhuǎn)鏡掃描子系統(tǒng)實現(xiàn)了激光三角法出射光束和散射成像光速的精準(zhǔn)同步。針對實際測量需求從光學(xué)仿真、機械設(shè)計、電氣控制和軟件算法四個層面精確設(shè)計了系統(tǒng)原理樣機并進(jìn)行了功能驗證;2、針對系統(tǒng)測量原理的非線性、機械制造、光學(xué)元件安裝等誤差,提出了一種基于精密直線導(dǎo)軌和激光干涉儀的高精度非參數(shù)化系統(tǒng)標(biāo)定模型,結(jié)合實時激光能量追蹤和改進(jìn)的高穩(wěn)定性傅里葉描述子亞像素激光光斑質(zhì)心定位算法,實現(xiàn)了傳感器高速高精度穩(wěn)定測量;3、對傳感器測量信號處理鏈中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)分析,為高精度的先進(jìn)測量奠定了理論基礎(chǔ)。闡明了激光散斑效應(yīng)是影響激光三角掃描測量系統(tǒng)測量性能的首要因素。利用散斑效應(yīng)的一階統(tǒng)計特性詳細(xì)推導(dǎo)了系統(tǒng)成像光斑質(zhì)心定位的極限誤差,并給出了激光轉(zhuǎn)鏡掃描測量減小散斑誤差的理論分析。通過傳感器對標(biāo)準(zhǔn)平面和標(biāo)準(zhǔn)針規(guī)的掃描測量實驗評定了系統(tǒng)的測量不確定度,驗證了同步掃描輪廓測量方法的可行性和系統(tǒng)測量精度。
【關(guān)鍵詞】：激光三角同步掃描 非參數(shù)化模型標(biāo)定 激光散斑 誤差分析
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41;TN249
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 課題研究背景及意義11-18
• 1.2.1 激光三角掃描測量11-15
• 1.2.2 激光三角同步掃描測量15-18
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4 課題來源與內(nèi)容安排21-24
• 第二章 測量系統(tǒng)建模及優(yōu)化24-46
• 2.1 激光三角測量研究現(xiàn)狀與進(jìn)展24-27
• 2.1.1 單點三角法測量原理24-26
• 2.1.2 單點三角法研究現(xiàn)狀與進(jìn)展26-27
• 2.2 系統(tǒng)測量原理27-28
• 2.3 光學(xué)成像系統(tǒng)仿真28-32
• 2.4 激光轉(zhuǎn)鏡掃描子系統(tǒng)32-39
• 2.4.1 轉(zhuǎn)鏡掃描系統(tǒng)參數(shù)32-35
• 2.4.2 掃描轉(zhuǎn)鏡加工制造35-36
• 2.4.3 轉(zhuǎn)鏡掃描驅(qū)動裝置36-37
• 2.4.4 轉(zhuǎn)鏡掃描誤差及校正37-39
• 2.5 電氣控制系統(tǒng)總體架構(gòu)39-45
• 2.5.1 總體設(shè)計方案39-40
• 2.5.2 CCD及激光器驅(qū)動原理40-42
• 2.5.3 模擬信號處理42-44
• 2.5.4 圖像處理控制中心44-45
• 2.6 本章小結(jié)45-46
• 第三章 實時激光能量追蹤及系統(tǒng)標(biāo)定46-60
• 3.1 實時信號處理框架46-47
• 3.1.1 實時激光能量追蹤46-47
• 3.1.2 實時測量位置坐標(biāo)解算47
• 3.2 線陣CCD非均勻性校正47-51
• 3.2.1 暫態(tài)噪聲48-50
• 3.2.2 空間噪聲50
• 3.2.3 兩點平場校正50-51
• 3.3 亞像素光斑質(zhì)心定位51-54
• 3.3.1 傳統(tǒng)質(zhì)心定位算法51-53
• 3.3.2 傅里葉描述子質(zhì)心定位算法53-54
• 3.4 系統(tǒng)非參數(shù)模型標(biāo)定54-56
• 3.4.1 高精度Z軸標(biāo)定54-55
• 3.4.2 確定傳感器掃描光束方程55-56
• 3.5 標(biāo)定實驗56-59
• 3.5.1 實驗平臺簡介56-57
• 3.5.2 質(zhì)心定位穩(wěn)定性實驗57
• 3.5.3 Z軸標(biāo)定實驗57-58
• 3.5.4 掃描光束方程實驗58-59
• 3.6 本章小結(jié)59-60
• 第四章 系統(tǒng)測量性能優(yōu)化方法60-82
• 4.1 傳感器測量信號處理鏈60-62
• 4.2 點激光束光斑大小62-63
• 4.3 光電響應(yīng)模型63-67
• 4.4 激光散斑67-72
• 4.4.1 散斑產(chǎn)生機理67-71
• 4.4.2 轉(zhuǎn)鏡掃描與散斑誤差71-72
• 4.5 目標(biāo)表面微觀結(jié)構(gòu)特性72-78
• 4.5.1 物面傾斜73-77
• 4.5.2 表面粗糙度77-78
• 4.6 系統(tǒng)其它測量性能優(yōu)化方法78-80
• 4.7 本章小結(jié)80-82
• 第五章 系統(tǒng)測量不確定度評定82-92
• 5.1 傳感器性能參數(shù)82-83
• 5.2 誤差源概述83-84
• 5.3 標(biāo)準(zhǔn)平面測量實驗84-88
• 5.3.1 單點測量標(biāo)準(zhǔn)差84-85
• 5.3.2 單點測量均值誤差85-86
• 5.3.3 測量不確定度合成86-88
• 5.4 標(biāo)準(zhǔn)針規(guī)掃描測量實驗88-90
• 5.4.1 擬合針規(guī)半徑誤差89
• 5.4.2 擬合針規(guī)柱面誤差89-90
• 5.5 本章小結(jié)90-92
• 第六章 全文總結(jié)及展望92-96
• 6.1 全文總結(jié)92-93
• 6.2 論文創(chuàng)新點93
• 6.3 工作展望93-96
• 參考文獻(xiàn)96-103
• 發(fā)表論文和科研情況說明103-104
• 致謝104-105

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1 司書春,王蘊珊,徐建強;移相式輪廓測量法相移誤差的計算機模擬校正[J];光電子·激光;2001年08期

2 張吉華，莊葆華，蔣誠志，孟慶宜，張文偉;激光三角法輪廓測量[J];天津大學(xué)學(xué)報;1995年02期

3 張月英;;淺談物理學(xué)中陰影莫爾測試方法的原理[J];中國校外教育;2011年05期

4 屠大維;基于偏振位相調(diào)制的位相輪廓測量[J];光學(xué)技術(shù);1997年06期

5 ;[J];;年期

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1 ;型鋼輪廓測量技術(shù)發(fā)展[N];世界金屬導(dǎo)報;2011年

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9 郭彩萍;基于線陣CCD鏡片輪廓測量系統(tǒng)的研究[D];中北大學(xué);2009年

10 馬淑貞;光學(xué)三維位相輪廓測量技術(shù)研究[D];昆明理工大學(xué);2003年

  本文關(guān)鍵詞：激光三角同步掃描輪廓測量關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：320666