大型锻件在线尺寸测量系统研究

发布时间：2017-10-04 12:04

  本文关键词：大型锻件在线尺寸测量系统研究

  更多相关文章： 大锻件 尺寸测量 结构光视觉测量 标定 椭圆拟合 最小二乘法

【摘要】：大型锻件制造技术是重大装备制造的关键技术之一，主要用于电力、冶金、石化、造船、重型机械、航空航天等领域。随着科学技术的快速发展，重型装备行业对大型锻件的需求日益增加，质量要求越来越高。但是，当前的大型锻件制造技术，特别是尺寸测量技术，存在精度比较差，效率低的问题。其尺寸测量仍然需要工人在高温环境下手持大型机械量具完成，并且测量误差较大。为了降低废品率，不得不加大冷加工余量，而造成了资源浪费。因此，大型锻件尺寸测量技术亟需得到改善与提高。 本课题针对大型锻件尺寸测量技术展开研究，以研究测量精度高、适用性强、操作简单、速度快的在线测量系统为目的。本文主要完成的工作如下： （1）设计了一种基于线结构光与线阵CCD摄像机扫描的大型锻件尺寸测量系统。基本思想是将垂直投射的线结构光条与视野为水平的线阵CCD摄像机形成的交点作为特征点，通过高精度云台带动结构光投射器与摄像机实现快速扫描测量。基于结构光视觉解析几何模型，通过图像信息、位置与角度信息等获取三维坐标数据点云。 （2）针对测量系统对实时性的要求，设计了基于FPGA开发图像采集与处理系统。在该系统中，对云台发射的脉冲信号进行检测，实现云台扫描与相机采集的同步；利用FPGA并行处理特点，，实现图像采集与图像处理的同步实时操作，极大地提高了测量系统效率。 （3）完成了数据点云的获取与处理。基于向量法与三点共线的摄像机标定方法，得到相机参数；然后根据解析几何原理将像素和角度信息换算成三维坐标，从而获得所需的数据点云。通过椭圆拟合得到椭圆中心，将多个中心进行直线拟合获得锻件轴线，最终得到锻件直径。为了验证拟合效果，设计了仿真数据生成算法。 （4）进行了测量系统软件设计。完成相机参数设置，图像显示，测量数据信息接收等功能。PC与云台控制器通过以太网通信，利用云台控制器提供的API函数，编程实现云台的运动控制。 （5）进行了实验验证。单点各个坐标的测量精度均小于8mm；对245mm轴的直径拟合精度小于10mm。
【关键词】：大锻件 尺寸测量 结构光视觉测量 标定 椭圆拟合 最小二乘法
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG316;TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 本论文研究的背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-22
• 1.2.1 激光测距法12-16
• 1.2.2 视觉测量法16-22
• 1.3 论文内容及章节安排22-24
• 第2章 基于线结构光的视觉测量系统24-41
• 2.1 测量系统的总体设计24-29
• 2.2 子系统选型与设计29-38
• 2.2.1 相机和镜头的选型29-30
• 2.2.2 线结构投射器与滤光片的选取30-32
• 2.2.3 云台选型32-33
• 2.2.4 高速图像采集与处理系统设计33-37
• 2.2.5 测量系统软件设计方案37-38
• 2.3 测量系统的工作原理38-40
• 2.4 小结40-41
• 第3章 点云数据获取与处理41-62
• 3.1 测量系统的标定与数据点云的获取41-49
• 3.1.1 基于向量法与三点共线的测量系统标定方法41-45
• 3.1.2 数据点云的获取45-49
• 3.2 椭圆拟合方法研究49-53
• 3.2.1 建立结构光平面坐标系50-51
• 3.2.2 椭圆拟合51-53
• 3.2.3 直线拟合53
• 3.3 轴类锻件的直径获取53-54
• 3.4 边界点提取算法54-55
• 3.5 数据拟合算法仿真试验55-61
• 3.5.1 立式扫描55-57
• 3.5.2 横式扫描57-58
• 3.5.3 锥类零件的扫描58-59
• 3.5.4 仿真数据软件59-61
• 3.6 小结61-62
• 第4章 测量系统软件设计62-68
• 4.1 相机参数设置模块62-63
• 4.2 辅助相机标定模块63-66
• 4.3 云台控制与数据处理66-67
• 4.4 小结67-68
• 第5章 实验68-76
• 5.1 单点测量精度实验68-73
• 5.1.1 实验结果68-70
• 5.1.2 结构光初始角度测量方法校正70-73
• 5.2 轴类锻件数据点云拟合73-75
• 5.3 小结75-76
• 结论76
• 工作展望76-78
• 参考文献78-81
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单81-82
• 致谢82

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 魏玉业;黄健柏;朱建军;;平面不规则曲线特征点的提取[J];测绘科学;2009年03期

2 刘海澜;张玉存;付献斌;;基于绿激光器的大型锻件外形尺寸在线测量[J];大型铸锻件;2012年01期

3 张丽红;凌朝东;;基于FPGA的Sobel边缘检测应用[J];电子技术应用;2011年08期

4 姜广文;晁志超;伏思华;于起峰;;基于可控旋转的像机高精度标定技术[J];光学学报;2010年05期

5 李宁,汪骏发;基于Camera Link的高速数据采集系统[J];红外;2005年07期

6 徐要刚;赵现朝;田志松;;激光测距法测量大锻件尺寸[J];机械设计与研究;2008年06期

7 聂绍珉;李树奎;;大锻件热态在线尺寸测量研究综述[J];金属加工(热加工);2008年11期

8 魏振忠,张广军,徐园;一种线结构光视觉传感器标定方法[J];机械工程学报;2005年02期

9 高峰;郭为忠;宋清玉;杜凤山;;重型制造装备国内外研究与发展[J];机械工程学报;2010年19期

10 张玉存;付献斌;马睿;;基于红外测温的筒形锻件内外径在线测量[J];机械工程学报;2012年06期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 王邦国;大型锻件热态几何参数视觉测量技术研究[D];大连理工大学;2011年

2 田志松;大锻件在线检测系统的关键技术研究[D];上海交通大学;2010年

本文编号：970537