线结构光传感器系统建模与误差分析

发布时间：2020-06-07 18:40

【摘要】：线结构光测量作为一种重要的形貌测量技术,在科研和工业生产中具有广泛的应用前景。现代工业技术的高速发展对测量技术提出了高速度、高精度、低成本、智能化等一系列要求,尤其在提高测量精度方面是最为关键的环节。目前线结构光测量精度可以满足部分工业需求,但是对有严格公差要求的零件检测仍不能满足其测量需求。影响线结构光测量精度的误差来自多个方面,进一步减小测量误差是目前研究的主要问题。针对上述问题,首先通过空间投影关系,建立空间三维坐标系推导了从像方坐标到空间被测物体的坐标转换模型。并以具体线结构光测量仪器参数仿真研究了测量时的最佳结构参数,给出了测量精度说明。为了保证尽可能大的景深和获得高质量图像,采用Scheimpflug原理来设计光路,以其补充的铰链定律来调整失焦情况,从而修正误差,使得光路总是满足Scheimpflug条件。在线结构光测量中,它的误差可能来自于机械系统误差、光学系统误差、实验标定误差、图像处理误差等各方面。本文着重于几何光学误差,将测量模型与Scheimpflug原理结合起来研究了薄透镜和厚透镜下不满足于恒聚焦条件的各种情况,并给予了不同情况下的误差仿真变化范围和趋势,最后对所有情况进行了归纳和系统说明。最后根据理论分析,设计了一套线结构光测量系统,完成了系统结构参数标定、图像处理和光条中心提取,以实际的圆柱和正六边形柱作为被测物体,以本文给出的方法通过拍摄所得图像计算拟合出圆柱直径与正六边形柱某个角的角度。最后通过多组重复性试验验证了本文理论的正确性与可行性。
【图文】：

更加快速、准确、高效的测量是三维表面形貌测量的关键，领域进行深入的研究，这对提升工业制造技术和便利生活有着构光测量技术作为非接触式三维形貌测量的一种手段，具有结本低廉、易于操作等诸多优势。线结构光传感器采用激光三角法投射到被测物体表面形成光条图样，分析成像面采集获得的图坐标信息。线结构光测量系统中，测量精度是一个核心指标，目可以满足表面缺陷检测、大尺寸三维形貌测量等一些对精度要精度仍然不能与三坐标测量机相当，再加上被测表面光学特性的一步降低。因此，在现有基础上尽可能减少测量过程中的一些误证整个测量系统能够实现高精度测量的重要部分，本论文以此形貌测量研究现状形貌测量方法主要可以分为接触式和非接触式两大类，，其各有同的应用场合来选择。如图 1.1 为三维形貌测量主要方法分类[三接触式三坐标机

图 1.2 双目体视觉原理图Fig 1.2 Binocular stereo vision schematic 与 分别代表空间被测点 P 在左右相机上的像点，位于摄像机成两相机之间的距离，X 轴为两相机光心连线，摄像机的光轴平行于 Z关系可以推导出深度信息为：Z = （1.Y 的坐标表达式也可以求出。因此后续只要再确定摄像机坐标系与世的旋转平移关系就可以确定 P 点的实际三维坐标。但是这种方法要中找出实际物体对应的相同像点，这样的计算量比较大而且也不能，因此这种方法会产生较大的测量误差。）相位测量法是一种基于光栅投影的三维形貌测量技术，它以投影平上各点的对应关系来重建物体的三维轮廓。Halioua M , Liu H C 等人构投影到漫反射三维表面上，光栅条纹因为物体表面高度起伏而发
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212.14

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本文编号：2701839