发光可控光笔测量系统关键技术的研究

发布时间：2020-11-13 01:40

　　 光笔式三坐标测量系统是一种便携式在线测量设备,基于机器视觉技术实现空间点坐标测量。除了具备精度高、测量范围大等特征外,便携、操作灵活以及出色的隐藏点测量能力使其成为坐标测量领域一种重要的技术分支。经过多年潜心研究,课题组已研制出两代单目式光笔测量系统,但测量精度较低,不及国际先进水平。本文主要针对第二代光笔测量系统,深入研究误差影响因素,探索相关技术改进方案,提出了第三代发光可控光笔式坐标测量系统,进行了全面的系统设计和关键技术研究,通过实验验证了新型光笔测量系统在精度上取得的显著提升。论文主要工作如下:1.结合光笔测量原理深入分析光笔误差影响因素。设计仿真实验模拟了系统两大误差源:(1)光靶标中心投影点定位误差(2)光靶标位置标定误差对系统测量精度的影响;并对两大误差源进行了深入研究。2.提出发光可控光笔系统的解决方案,对新型光笔系统进行了整体设计。研制了发光可控光笔的硬件控制系统;设计了新型光笔的物像匹配算法;提出了光笔和相机的同步发光曝光以及双曝光采样两项关键技术。3.研究新型光笔红外LED点光源靶标中心投影点定位问题。提出了光靶标自适应发光技术,使光靶标的成像效果自动达到较为理想的状态;提出了带阈值的高斯曲面拟合法,实现了光靶标中心投影点的高精度定位。4.研究光靶标位置标定技术。结合三坐标测量机,提出了基于移动光笔的光靶标中心位置标定技术,设计对比实验验证了新标定方法较传统方法取得了较高的精度。5.通过实验验证了新型光笔系统精度优于第二代光笔,已达到较高的精度水准。光靶标中心投影点定位重复性优于0.05pixel,在1.5m-9m内63.521mm的空间圆直径测量残差优于0.085mm,500mm量块测量残差优于0.12mm。
【学位单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH721;TP391.41
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 传统三坐标测量机
    1.2 便携式三坐标测量机
    1.3 光笔式三坐标测量机国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 课题研究意义及论文主要内容
        1.4.1 课题研究的意义
        1.4.2 论文主要内容
第2章 光笔测量原理及精度分析
    2.1 光笔测量原理
        2.1.1 光笔测量数学模型建立及求解
        2.1.2 光笔探针测球中心标定
    2.2 光笔系统主要误差因素
        2.2.1 光靶标中心投影点定位误差对系统精度影响的仿真
        2.2.2 光靶标位置标定误差对系统精度影响的仿真
    2.3 第二代光笔光靶标中心投影点定位精度的分析
        2.3.1 圆形光靶标中心投影点的定位
        2.3.2 椭圆中心畸变误差大小仿真
    2.4 第二代光笔光靶标位置标定精度的分析
    2.5 本章小结
第3章 发光可控光笔系统设计
    3.1 新型光笔系统总体设计
    3.2 光笔发光控制电路设计
    3.3 新型光笔的物像匹配
    3.4 同步发光曝光技术
    3.5 双曝光采样技术
    3.6 本章小结
第4章 新型光笔光靶标中心投影点的高精度定位
    4.1 光靶标自适应发光
        4.1.1 理想的光靶标图像
        4.1.2 光靶标自适应发光调节机理
        4.1.3 自适应发光调节算法
    4.2 基于高斯曲面拟合法的光靶标光斑中心定位
        4.2.1 经典高斯曲面拟合法
        4.2.2 带阈值的高斯曲面拟合法
    4.3 本章小结
第5章 基于移动光笔的光靶标位置标定
    5.1 基于移动光笔的光靶标位置标定
    5.2 光靶标位置标定精度验证实验
        5.2.1 光笔姿态参数稳定性实验
        5.2.2 光靶标重投影误差实验
    5.3 本章小结
第6章 发光可控光笔系统实验
    6.1 新型光笔与第二代光笔的精度对比实验
        6.1.1 光靶标投影点定位重复性实验
        6.1.2 单点测量重复性实验
    6.2 系统测量实验
        6.2.1 直径测量实验
        6.2.2 长度测量实验
    6.3 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 全文总结
    7.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢

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本文编号：2881544