基于激光点云的火炮身管内膛表面重建技术研究

发布时间：2020-06-07 21:12

【摘要】：火炮身管是火炮的关键部件,其内膛质量对火炮的弹道学特征和使用寿命有着重要影响。因此在火炮的加工和使用过程中,身管内膛检测是其必检项目之一。与传统检测技术相比,激光扫描测量可以快速、高精度地获取物体表面三维信息,确定物体的空间几何形状。因此该项技术逐渐地被应用于火炮身管内膛检测之中,而相应的激光点云处理技术也成为研究热点。本文以自主设计的火炮身管内膛检测系统为基础,提出基于激光点云的内膛表面重建技术研究,实现了身管内膛真实感三维模型的重建。首先对基于激光轮廓测量仪的内膛检测系统进行介绍,并分析其采集方式,针对原始点云数据中存在的误差,提出位置补正和去噪处理;然后使用三次样条插值方法对点云孔洞进行修补,并运用互相关算法和加权融合算法实现了分段点云数据的拼接;之后对点云精简算法进行研究,提出基于曲率的均匀网格精简算法,在保留点云细节特征的同时,避免出现局部精简过度的现象;针对精简后的点云数据,采用基于凸包的扫描线三角剖分算法,实现火炮身管内膛的表面重建,并运用纹理贴图技术将内膛图像映射到三维模型上,进一步提升模型的真实感;最后使用PCL和QT编程库完成可视化原型系统的开发,实现常用的交互操作命令、三角剖分和纹理映射等功能模块,方便用户对点云数据进行查看和处理。通过对激光点云数据的一系列处理,最终重建出火炮身管内膛表面的三维模型,使得检测人员不但能对火炮身管内膛进行直观的可视化查看,还能通过手工交互的方式确定疵病的具体位置和损伤程度,丰富了火炮内膛检测的技术手段。
【图文】：

本内膛检测系统使用的激光传感器是ＬＪ－Ｖ７０２０，它是基恩士（Ｋｅｙｅｎｃｅ）公逡逑司生产的超高速２Ｄ激光轮廓测量仪，属于直射式激光器，主要用于三维测量和逡逑控制应用，，其外观与内部结构如图２－２所示。逡逑图２－２邋ＬＪ－Ｖ７０２０外观与内部结构示意图逡逑ＬＪ－Ｖ７０２０使用４０５邋ｒａｎ蓝色激光作为激光光源，以扫描振镜的方式实现条状逡逑激光。激光光束经过柱面物镜照射到被测物体表面，之后通过２Ｄ邋Ｅｍｏｓｔａｒ物镜逡逑９逡逑

邋１４邋１２逡逑１３逡逑图２－１基于激光轮廓测量仪的火炮内膛检测系统机械装置逡逑１＿螺纹杆２—激光轮廓测量仪３＿旋转步进电机４一电机安装板逡逑５＿传动光杆６＿滚珠导套７＿连接板８＿齿条９—轴承１０—齿轮１１邋一轴承支架逡逑１２—导轨１３—电机定心板１４一直行步进电机１５—安装台面１６＿磁性基座逡逑２．１．２邋Ｕ－Ｖ７０２０超氋速轮廓测量仪简介逡逑本内膛检测系统使用的激光传感器是ＬＪ－Ｖ７０２０，它是基恩士（Ｋｅｙｅｎｃｅ）公逡逑司生产的超高速２Ｄ激光轮廓测量仪，属于直射式激光器，主要用于三维测量和逡逑控制应用，其外观与内部结构如图２－２所示。逡逑图２－２邋ＬＪ－Ｖ７０２０外观与内部结构示意图逡逑ＬＪ－Ｖ７０２０使用４０５邋ｒａｎ蓝色激光作为激光光源，以扫描振镜的方式实现条状逡逑激光。激光光束经过柱面物镜照射到被测物体表面，之后通过２Ｄ邋Ｅｍｏｓｔａｒ物镜逡逑９逡逑
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TJ303;TP391.41


本文编号：2702008