基于一种立体靶标的三维尺寸测量方法研究

发布时间：2017-05-15 19:07

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【摘要】：在机械制造、电子、汽车和航天航空等工业领域中,通常采用高精度的三维测量设备对工件表面轮廓、几何尺寸进行检测。但是,在工业现场的在线测量过程中,现有三维测量系统存在着测量功能不足、效率不高及难以实现自动化测量等问题。因此,本文结合各类测量系统的特点,研究了一种基于立体靶标的三维尺寸测量方法,用于解决机械零件复杂曲面的三维尺寸测量及配合机械手进行自动测量的问题,具有重要的理论研究意义和工程应用价值。本文的研究内容如下:(1)研究了一种基于立体靶标的视觉测量原理和方法,设计了相应的双目视觉测量系统,并建立了系统的数学模型。阐述了系统中各个坐标系及其数学转换关系,为空间被测点的三维坐标测量提供了数学基础。(2)分析了现有平面式光笔的优缺点,设计了一种具有四个测量面的立体靶标,每个测量面上粘贴有四个标志贴,每个标志贴上有一个标志点。针对标志点提出了一种编码规则,根据这种规则设计了一种编码标志点。测量探针设计在立体靶标下底面端口,制作了立体靶标样品。(3)利用双目视觉测量系统完成了相关实验,设计了测头三维坐标的求解算法。用双目相机获取立体靶标图像,从图像中分割出立体靶标测量面,提取出编码标志点中心的图像坐标和编码标志点的编码值,完成双目图像中同一标志点的匹配,解算出各编码标志点中心的三维坐标,获取对应姿态下测头的三维坐标。(4)采用位移法对测量系统的测量精度进行了验证,实验结果表明在测量距离1150mm范围内,基于立体靶标的双目视觉测量系统测量精度达到±0.21mm,这种基于立体靶标的视觉测量系统为工业现场的在线式测量提供了一种新方法。
【关键词】：立体靶标 双目视觉 图像处理 编码标志点 三维测量
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究目的及意义9-10
• 1.3 三坐标测量的国内外发展现状10-16
• 1.4 本文主要研究内容16-18
• 第2章 立体靶标视觉测量系统设计18-26
• 2.1 立体靶标视觉测量系统组成及原理18-19
• 2.2 立体靶标结构设计19-21
• 2.3 立体靶标标志点设计21-24
• 2.3.1 标志点类型的确定21-22
• 2.3.2 标志点的结构设计22-24
• 2.4 基于立体靶标的测量流程24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 立体靶标视觉测量系统数学模型26-32
• 3.1 测量系统数学模型26-28
• 3.2 双目立体视觉测量模型28-30
• 3.3 本章小结30-32
• 第4章 基于图像的立体靶标测量信息提取32-47
• 4.1 立体靶标图像中确定计算测量面方法32-36
• 4.2 编码标志点中心坐标的提取算法36-40
• 4.3 编码标志点的解码方法40-43
• 4.4 双目图像中编码标志点的匹配方法43
• 4.5 编码标志点的定位实验分析43-45
• 4.6 本章小结45-47
• 第5章 立体靶标视觉测量系统的实验及分析47-59
• 5.1 立体靶标视觉测量系统实验原理47-49
• 5.2 立体靶标视觉测量系统中双目相机的标定49-51
• 5.3 测量探针测头定位方法51-54
• 5.4 立体靶标视觉测量系统测量结果及分析54-58
• 5.5 本章小结58-59
• 第6章 总结和展望59-61
• 6.1 总结59-60
• 6.2 展望60-61
• 参考文献61-64
• 致谢64-65
• 附录65

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