复杂曲面三维形貌机器人柔性测量技术研究
发布时间：2021-10-25 16:52
复杂曲面三维形貌测量往往要求测量系统具有较高的柔性、测量精度及自动化程度。工业机器人作为柔性运动平台的典范,集成了较高的运动灵活性;光学非接触式形貌传感器作为应用广泛的形貌测量器件,具有较高的测量精度。将二者相结合搭建的三维形貌柔性测量系统可以兼具两者的优点,然而该系统的点云拼接精度较低,为解决此问题,本文在传统的三维形貌柔性测量系统的基础上提出并研究了一种新的大型复杂曲面三维形貌柔性测量技术。本文对大型曲面测量设备及柔性测量技术进行了研究,并提出了引入iGPS（室内全局定位系统）定位跟踪系统提高点云拼接精度的方法,该方法以iGPS世界坐标系作为点云拼接的坐标系,机器人仅作为移动载体而不再作为精度链中的一环,避免了由于机器人较低的定位精度对系统精度的影响,因此提高了测量系统的点云拼接精度。同时,提出了一种融合特征点拟合的标定方法,该方法使用激光跟踪仪建立系统的转换关系,并利用特征点约束和基于罗德里格矩阵的算法对转换关系进行了求解。使用ATOS三维形貌扫描仪、安川HP20D机器人和Nikon公司生产的iGPS定位跟踪系统搭建了机器人形貌测量系统,并通过多组实验进行了精度验证。各项实验结果...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合式光学三坐标测量机
图 1.1 复合式光学三坐标测量机 图 1.2 C-Track780 立体视觉测量仪（3）激光跟踪仪测量系统（Laser Tracker）由于激光跟踪仪可以进行坐标系的建立和转换、外形拟合、转站测量，在飞机制造领域应用广泛。激光跟踪仪是球坐标测量系统，具有水平轴、垂直轴和光轴三根轴线，当三根轴线相交于一点时，才与理想的球坐标相吻合[10]。其主要工作原理为通过内部的激光干涉仪进行斜距测量，通过圆光栅或者角编码器进行俯仰角和水平角的测量，由斜距、水平角、俯仰角和靶球的半径补偿来解算空间点的三维坐标。除此之外，先进的激光跟踪仪系统还可以与其他辅助测量工具相结合进行测量。例如图 1.3 所示的 API 便携式激光跟踪仪，除了可以与传统的靶球相组合测量外，还可以与 I-360 智能测量头相结合对狭小空间的表面和孔进行激光扫描；与 vProbe 探针测头结合使用可以对狭小空间的特征进行坐标采集；与活动靶标相结合使用，可以实现 360 度自动接光，在机器人测量和机床标定等领域应用广泛。激光跟踪仪作为典型的大尺寸测量装置，具有测量范围大、测量精度高、测量速度较快，操作方便等特点，但是在大尺寸测量时需要频繁转站，转站测量的
（a）激光跟踪仪主机 （b）I-360 （c）vProbe （d）活动靶标图 1.3 激光跟踪仪及其附件（4）激光雷达测量系统（Laser Radar）激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统[11]，其工作原理与激光跟踪仪很类似，但是激光雷达采用特殊的激光反射技术，允许它可以直接在被测物表面进行测量，同时对黑暗弥漫性和高度反光材料也具有较好的测量效果除此之外，激光雷达可通过数据编程进行完全自动化的无人值守测量，配合可移动式升降台可对机身上表面进行全局测量。激光雷达在对飞机、火箭等较高的被测物进行测量时尤为方便，因为它不需要使用其他测量系统配置的摄影测量点球装入反光境或手持探测器进行搭配测量，但是它的测量方式是逐点式测量，测量速率较慢。图 1.4 为 Metris 激光雷达。（5）经纬仪测量系统（Theodolite）经纬仪测量系统是由两台及以上的经纬仪进行组网构成的前方交会测量系统[12]。常见的经纬仪主要分为光学经纬仪和电子经纬仪，其中以高准确度的电子经纬仪作为角度测量装置的空间姿态测量系统，是解决大型工件装配及校准的有
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机数字化装配中IGPS导航的AGV路径规划方法[J]. 蒋倩,张云志,张少擎,潘青. 航空制造技术. 2016(22)
[2]柔性测量方法及其发展趋势[J]. 杨树明,张国锋. 航空制造技术. 2016(08)
[3]激光跟踪仪三维坐标转换综合优化方法[J]. 黄鹏,王青,李江雄,俞慈君,柯映林. 计算机集成制造系统. 2015(11)
[4]基于机器人与激光传感器的点云快速拼接[J]. 刘亮,戴曙光. 信息技术. 2015(10)
[5]机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进[J]. 杨守瑞,尹仕斌,任永杰,邾继贵,叶声华. 光学精密工程. 2014(12)
[6]工业4.0和智能制造[J]. 张曙. 机械设计与制造工程. 2014(08)
[7]多品种小批量制造企业的生产管理问题探讨——以M公司为例[J]. 张印超,高义,王国英. 科技创业家. 2013(18)
[8]面向测量的工业机器人定位误差补偿[J]. 邾继贵,邹剑,林嘉睿,郭磊,郭寅. 光电子.激光. 2013(04)
[9]基于激光雷达、iGPS的飞机水平测量技术研究[J]. 李丽娟,林雪竹,周娜,刘琦. 航空制造技术. 2012(22)
[10]工业机器人的绝对定位误差模型及其补偿算法[J]. 龚星如,沈建新,田威,廖文和,万世明,刘勇. 南京航空航天大学学报. 2012(S1)
博士论文
[1]脉冲激光雷达回波处理方法与系统研究[D]. 陈向成.中国科学技术大学 2015
[2]点云数据几何处理方法研究[D]. 张帆.西北大学 2013
[3]基于计算机视觉的大型复杂曲面三维光学测量关键技术研究[D]. 刘桂华.西南交通大学 2012
硕士论文
[1]大尺寸空间坐标测量系统精度标定技术研究[D]. 赵延辉.长春理工大学 2015
[2]航空发动机叶片三维测量的点云增强迭代最近点拼接及处理研究[D]. 向振.河北工业大学 2014
[3]工业机器人重复定位精度与不确定度研究[D]. 邓永刚.天津大学 2014
[4]基于自有协议的固定式视觉检测站控制网络技术研究[D]. 杨超.天津大学 2014
[5]三维点云配准方法的研究[D]. 宋林霞.济南大学 2013
[6]基于MATLAB与OpenCV相结合的双目立体视觉测距系统[D]. 汪珍珍.天津理工大学 2013
[7]面向飞机装配的机器人运动轨迹和姿态离线规划与在线调整方法研究[D]. 周卫雪.南京航空航天大学 2012
[8]三维激光扫描仪与数码相机联合标定方法研究[D]. 赵松.解放军信息工程大学 2012
[9]纳米三坐标测量机的精度设计与误差修正[D]. 王琦.合肥工业大学 2006
[10]逆向工程中的点云处理[D]. 钱锦锋.浙江大学 2005
本文编号：3457810
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
复合式光学三坐标测量机
图 1.1 复合式光学三坐标测量机 图 1.2 C-Track780 立体视觉测量仪（3）激光跟踪仪测量系统（Laser Tracker）由于激光跟踪仪可以进行坐标系的建立和转换、外形拟合、转站测量，在飞机制造领域应用广泛。激光跟踪仪是球坐标测量系统，具有水平轴、垂直轴和光轴三根轴线，当三根轴线相交于一点时，才与理想的球坐标相吻合[10]。其主要工作原理为通过内部的激光干涉仪进行斜距测量，通过圆光栅或者角编码器进行俯仰角和水平角的测量，由斜距、水平角、俯仰角和靶球的半径补偿来解算空间点的三维坐标。除此之外，先进的激光跟踪仪系统还可以与其他辅助测量工具相结合进行测量。例如图 1.3 所示的 API 便携式激光跟踪仪，除了可以与传统的靶球相组合测量外，还可以与 I-360 智能测量头相结合对狭小空间的表面和孔进行激光扫描；与 vProbe 探针测头结合使用可以对狭小空间的特征进行坐标采集；与活动靶标相结合使用，可以实现 360 度自动接光，在机器人测量和机床标定等领域应用广泛。激光跟踪仪作为典型的大尺寸测量装置，具有测量范围大、测量精度高、测量速度较快，操作方便等特点，但是在大尺寸测量时需要频繁转站，转站测量的
（a）激光跟踪仪主机 （b）I-360 （c）vProbe （d）活动靶标图 1.3 激光跟踪仪及其附件（4）激光雷达测量系统（Laser Radar）激光雷达是一种工作在从红外到紫外光谱段的雷达系统[11]，其工作原理与激光跟踪仪很类似，但是激光雷达采用特殊的激光反射技术，允许它可以直接在被测物表面进行测量，同时对黑暗弥漫性和高度反光材料也具有较好的测量效果除此之外，激光雷达可通过数据编程进行完全自动化的无人值守测量，配合可移动式升降台可对机身上表面进行全局测量。激光雷达在对飞机、火箭等较高的被测物进行测量时尤为方便，因为它不需要使用其他测量系统配置的摄影测量点球装入反光境或手持探测器进行搭配测量，但是它的测量方式是逐点式测量，测量速率较慢。图 1.4 为 Metris 激光雷达。（5）经纬仪测量系统（Theodolite）经纬仪测量系统是由两台及以上的经纬仪进行组网构成的前方交会测量系统[12]。常见的经纬仪主要分为光学经纬仪和电子经纬仪，其中以高准确度的电子经纬仪作为角度测量装置的空间姿态测量系统，是解决大型工件装配及校准的有
【参考文献】：
期刊论文
[1]飞机数字化装配中IGPS导航的AGV路径规划方法[J]. 蒋倩,张云志,张少擎,潘青. 航空制造技术. 2016(22)
[2]柔性测量方法及其发展趋势[J]. 杨树明,张国锋. 航空制造技术. 2016(08)
[3]激光跟踪仪三维坐标转换综合优化方法[J]. 黄鹏,王青,李江雄,俞慈君,柯映林. 计算机集成制造系统. 2015(11)
[4]基于机器人与激光传感器的点云快速拼接[J]. 刘亮,戴曙光. 信息技术. 2015(10)
[5]机器人柔性视觉测量系统标定方法的改进[J]. 杨守瑞,尹仕斌,任永杰,邾继贵,叶声华. 光学精密工程. 2014(12)
[6]工业4.0和智能制造[J]. 张曙. 机械设计与制造工程. 2014(08)
[7]多品种小批量制造企业的生产管理问题探讨——以M公司为例[J]. 张印超,高义,王国英. 科技创业家. 2013(18)
[8]面向测量的工业机器人定位误差补偿[J]. 邾继贵,邹剑,林嘉睿,郭磊,郭寅. 光电子.激光. 2013(04)
[9]基于激光雷达、iGPS的飞机水平测量技术研究[J]. 李丽娟,林雪竹,周娜,刘琦. 航空制造技术. 2012(22)
[10]工业机器人的绝对定位误差模型及其补偿算法[J]. 龚星如,沈建新,田威,廖文和,万世明,刘勇. 南京航空航天大学学报. 2012(S1)
博士论文
[1]脉冲激光雷达回波处理方法与系统研究[D]. 陈向成.中国科学技术大学 2015
[2]点云数据几何处理方法研究[D]. 张帆.西北大学 2013
[3]基于计算机视觉的大型复杂曲面三维光学测量关键技术研究[D]. 刘桂华.西南交通大学 2012
硕士论文
[1]大尺寸空间坐标测量系统精度标定技术研究[D]. 赵延辉.长春理工大学 2015
[2]航空发动机叶片三维测量的点云增强迭代最近点拼接及处理研究[D]. 向振.河北工业大学 2014
[3]工业机器人重复定位精度与不确定度研究[D]. 邓永刚.天津大学 2014
[4]基于自有协议的固定式视觉检测站控制网络技术研究[D]. 杨超.天津大学 2014
[5]三维点云配准方法的研究[D]. 宋林霞.济南大学 2013
[6]基于MATLAB与OpenCV相结合的双目立体视觉测距系统[D]. 汪珍珍.天津理工大学 2013
[7]面向飞机装配的机器人运动轨迹和姿态离线规划与在线调整方法研究[D]. 周卫雪.南京航空航天大学 2012
[8]三维激光扫描仪与数码相机联合标定方法研究[D]. 赵松.解放军信息工程大学 2012
[9]纳米三坐标测量机的精度设计与误差修正[D]. 王琦.合肥工业大学 2006
[10]逆向工程中的点云处理[D]. 钱锦锋.浙江大学 2005
本文编号：3457810
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