基于视觉测量的沉头孔垂直度检测新技术研究

发布时间：2017-09-03 16:42

  本文关键词：基于视觉测量的沉头孔垂直度检测新技术研究

  更多相关文章： 沉头孔 垂直度 透视投影模型 视觉测量

【摘要】：机械连接是飞机结构件的主要连接方式,机械强度下降是导致结构件疲劳破坏的重要因素之一。连接孔的垂直度偏差是指孔的轴心线与结构件表面法矢之间的夹角,如果孔的垂直度偏差过大,会使连接部位产生很大的附加弯曲应力,从而降低结构的连接强度。飞机装配过程中绝大部分连接孔都是沉头的,因此沉头孔垂直度偏差检测是检验孔质量的重要环节。大多数沉头孔分布在机身和机翼的蒙皮上,要使用类似三坐标测量仪等高精度仪器去检测沉头孔的垂直度是一件十分困难的事情。目前国内仍然使用人工接触式测量方法完成对沉头孔垂直度的测量,通过铆钉或窝量规加塞方式,凭经验判断锪窝孔的垂直度。这种检测方式的效率和精度都无法保证,且难以直接测量位于飞机某些特殊工位上的孔。机器视觉测量是一种新的检测技术,具有无接触,低成本,高精度等特点,并已成为机器人自动化制孔技术中重要的辅助测量方法。沉头孔的几何外形受刀具轮廓约束,因此在刀具参数已知的情况下可以通过构建射影几何模型的方式间接计算出垂直度。但是由于透视投影的存在,沉头孔图像中内孔轮廓和外孔轮廓的比例会存在一定程度失真,因此必须将透视投影误差包含在计算模型中。为了提高沉头孔垂直度检测精度,实现检测过程自动化,本文提出了一种基于视觉测量的沉头孔垂直度检测方法。该方法通过建立沉头孔平行投影数学计算模型,将三维空间测量问题转换为二维平面测量问题。为减小视觉测量过程中因透视投影产生的计算误差,应用透视几何原理修正计算模型,并通过牛顿法求解该透视投影计算模型。为了验证本文方法的有效性和准确性,利用OpenGL设计了沉头孔视觉测量仿真。仿真结果表明透视投影模型的计算结果与真实的沉头孔垂直度十分接近,且不受测量参数变化的影响。本文最后基于机器人自动化制孔实验平台,设计了沉头孔垂直度视觉测量实验。实验结果表明本文的方法检测精度达到0.03度,证明了本文的方法具有可行性。
【关键词】：沉头孔 垂直度 透视投影模型 视觉测量
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V262.4
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 自动化制孔技术发展现状12-15
• 1.2.1 国外飞机数字化制孔技术发展12-14
• 1.2.2 国内飞机数字化制孔技术发展14-15
• 1.3 沉头孔视觉测量关键技术15-18
• 1.3.1 视觉测量技术15-17
• 1.3.2 沉头孔图像提取17
• 1.3.3 沉头孔垂直度视觉测量原理17-18
• 1.4 课题研究背景和意义18-19
• 1.5 课题研究内容和总体框架19-22
• 第二章 沉头孔图像提取技术22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 普通边缘检测算法22-26
• 2.2.1 常见微分算子22-24
• 2.2.2 几种检测算法效果对比实验24-26
• 2.3 亚像素边缘检测26-30
• 2.3.1 亚像素边缘检测概况26
• 2.3.2 基于Zernike矩的边缘亚像素检测26-30
• 2.4 沉头孔图像轮廓提取30-33
• 2.4.1 沉头孔图像提取分析30
• 2.4.2 基于霍夫变换的圆提取30-31
• 2.4.3 基于Snake模型的椭圆拟合31-33
• 2.4.4 沉头孔图像特征轮廓提取33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 沉头孔垂直度数学建模34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 沉头孔视觉测量原理34-37
• 3.2.1 单目相机照相测量34-35
• 3.2.2 沉头孔单目相机测量35-37
• 3.2.3 透视投影畸变37
• 3.3 沉头孔垂直度计算37-43
• 3.3.1 孔垂直度计算建模37-39
• 3.3.2 孔垂直度计算模型修正39-42
• 3.3.3 孔垂直度偏差计算42
• 3.3.4 孔垂直度计算模型误差分析42-43
• 3.4 沉头孔透视畸变分析43-46
• 3.4.1 分析目的43-44
• 3.4.2 Matlab计算方案44-45
• 3.4.3 计算结果45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 第四章 沉头孔垂直度视觉测量仿真47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 仿真原理47-50
• 4.2.1 OpenGL介绍47-48
• 4.2.2 OpenGL模拟视觉测量原理48-50
• 4.3 仿真流程50-53
• 4.3.1 仿真建模50-52
• 4.3.2 仿真过程52-53
• 4.4 仿真结果分析53-57
• 4.4.1 物距对仿真结果的影响53
• 4.4.2 孔垂直度偏差对仿真结果的影响53-54
• 4.4.3 内孔半径对仿真结果的影响54-55
• 4.4.4 窝深对仿真结果的影响55-56
• 4.4.5 锪窝角度对仿真结果的影响56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 沉头孔垂直度视觉测量实验58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 实验条件58-62
• 5.2.1 机器人自动化制孔系统58-59
• 5.2.2 制孔末端执行器59-60
• 5.2.3 视觉测量系统60-61
• 5.2.4 试验材料、刀具61
• 5.2.5 三坐标测量仪61-62
• 5.3 实验流程62-67
• 5.3.1 制孔系统坐标系及其变化关系62-64
• 5.3.2 相机标定和手眼关系建立64
• 5.3.3 自动化制孔与拍照测量流程64-66
• 5.3.4 精密测量沉头孔的垂直度流程66
• 5.3.5 沉头孔图像特征提取66-67
• 5.4 实验结果分析67-68
• 5.5 本章小结68-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70-71
• 6.2 展望71-72
• 参考文献72-74

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本文编号：786191