基于点云重建技术的工件曲面轮廓度测量方法研究
发布时间：2021-11-11 01:03
随着德国工业4.0与中国制造2025的提出,对中国制造业的各个领域都提出了新的挑战。高精度检测作为精密电子产品加工质量的保证,也向着更快,更准,更真的方向发展。在一些精密智能电子产品中,曲面设计的应用越来越广泛,例如智能手机、手表的屏幕,摄像头边缘等等,但是曲面轮廓的加工质量检测却不如长度,宽度等尺寸的测量那样方便。因此,如何快速、准确地实现曲面轮廓度的测量是精密电子产品生产线上亟待解决的问题。当前,非标自动化生产领域中曲面轮廓度的自动测量方法主要是基于点激光的单点测量方法,但是用点激光的方式测量效率较低,要获得一条轮廓的数据需要从起点到终点一直进行触发采样。因此,虽然点激光可以进行轮廓度的测量,但是当需要进行多个位置的测量时,点激光测量的方式难以满足工业应用上高效性的要求。而线激光则克服了点激光的弊端,一次触发可获得上千个点的数据,对扫描到的点云数据进行三维重建之后便可进行任意位置的测量。而且线激光的扫描精度与效率随着近年来三维测量技术的迅速发展得到了极大提高。虽然线激光在扫描效率与精度方面具有较大优势,但是也存在以下几个问题:一是高精度激光扫描设备采集到的原始点云数据密度过于庞大,...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－３系统硬件架构图??
山东大学硕士学位论文??用非常广泛测量平台的点云处理人机交互软件基于Ｖｉｓｕａｌ?Ｓｔｕｄｉｏ?２０１５平台??下的ＭＦＣ框架进行开发。基于三维点云的曲面轮廓度测量系统各软件模块平台??如图２－４所示。??运动控制模块?点云采集与处理模块??ＣｏＤｅＳｙｓ?Ｖｉｓｕａｌ?Ｓｔｕｄｉｏ??运动?ｉ??控制?结构！?＾?可视化?＾?Ｎ?，ｉａｌｃ〇１１?＊?〇＋?，?Ｎ?Ｍｌ；ｃ??功能?＋?化文?Ｃ＝＝＝；＞?界面?〈?＞?＋ＰＣＬ?十?Ｌ?［＝＝Ｖ?Ｍ，ｔ??＾?ｌ）?Ｖ?＿＿?１７?丨■?！７??＼?＼??多轴运动控制?人机交：１！：?点云采災、预处理、拼接、虚建测Ｍ：?人机交互??图２－４系统软件架构图??２．４本章小结??本章通过分析产品的测量需求，制定了整体的测量方案，并对整个系统的软??件和硬件架构进行设计，为后续的点云采集以及点云处理算法的实现等提供了基??矗??１４??
山东大学硕士学位论文??之间的距离，激光控制器的内部处理器可计算出被测物体表面与激光器之间的距??离。该距离就是三维点云数据的Ｚ坐标，可以反映出物体表面的高度信息，该坐??标可直接从激光控制器中读龋???１??信??ＣＣＤ?屯压或电流输出??ｒ??？处?？??，‘■彡ｆ＜：方?理??Ｂ?厂Ｊ一＿??，二计算机??ｘ?＾?ｙ????被测物体?’?Ｚ?，ｙ??近端位Ｓ?／／，？??／：ｙ??被测物体??远端位Ｓ??图３－１激光测距原理示意图??点云数据的ｘ坐标和ｙ坐标则需要根据激光的扫描精度以及编码器的触发??距离进行计算。计算方法如下：??同一条激光线上的采样点之间的间距是一定的，该间距由线激光精度决定，??假设轮廓线方向为ｘ方向，该轮廓线第一个点的ｘ坐标为０，同一条轮廓线之间??的间距为ｄｘ，该间距由线激光精度决定，则该轮廓线上第ｋ个点的ｘ坐标为??（０＋ｋ＊ｄｘ），依此类推，根据间距叠加可以推算出一条轮廓线上所有点云数据的??ｘ坐标。激光器的采样是通过增量式编码器输出的Ａ相脉冲信号上升沿进行触发??的，如图３－２所示，每进行一次触发脉冲计数加１，编码器脉冲信号的频率是一??定的，因此每条激光线之间的间距也是一定的，根据编码器脉冲信号的频率可以??推算出每条激光线之间的间距，从而推算出点云数据的ｙ坐标。例如假如第一条??轮廓线的ｙ坐标为０，编码器每两个脉冲信号代表的实际距离为ｄｙ，则第ｋ条轮??廓线的ｙ坐标为（〇＋ｋ＊ｄｙ）。坐标计算方法如图３－３所示，这样便能获得每一个点??的ｘ，ｙ，ｚ坐标值。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进法线方向的泊松曲面重构算法[J]. 黄矿裕,唐昀超,邹湘军,陈明猷,方雅媚,雷子毅. 激光与光电子学进展. 2019(14)
[2]先进制造业发展的新时代——智能化制造[J]. 曹秀丽,申兵,郭彩云,王莉. 北方经济. 2018(08)
[3]线结构光点云粗拼接方法研究[J]. 史艳侠,娄小平,李伟仙. 电子测量与仪器学报. 2018(06)
[4]3D激光轮廓扫描仪在木制部件表面粗糙度测定中的应用[J]. 王莹莹,王珊珊,唐朝发. 林产工业. 2018(06)
[5]基于数字全息的密封平面表面形貌测量及其模型重建[J]. 张小兵,刘海江. 光学学报. 2018(09)
[6]基于PCA算法的机载LiDAR点云平面分割算法研究[J]. 叶玲洁,颜远青. 城市勘测. 2018(01)
[7]表面粗糙度非接触式测量系统的实现与应用[J]. 张倩,翁之钥,应霞,王德琪,陈建钧. 计量与测试技术. 2018(01)
[8]三维激光扫描点云边界提取研究[J]. 杜秋,郭广礼. 金属矿山. 2017(10)
[9]基于ISS特征点结合改进ICP的点云配准算法[J]. 李仁忠,杨曼,田瑜,刘阳阳,张缓缓. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[10]焊缝轮廓线激光检测系统开发及算法实现[J]. 刘航,李志勇,任杰亮,宋承胜. 焊接. 2017(01)
硕士论文
[1]基于超体素区域增长的点云分割算法研究[D]. 姜媛媛.西安电子科技大学 2017
[2]基于结构光的双目立体测量[D]. 马俊.黑龙江大学 2016
[3]基于自组织神经网络点云重建技术的研究[D]. 张月.南京航空航天大学 2016
[4]基于线结构光视觉测量的逆向工程技术研究[D]. 林晟杰.广东工业大学 2015
[5]基于遥感分类图的矢量化算法研究及应用[D]. 王亚可.河南大学 2010
本文编号：3488298
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－３系统硬件架构图??
山东大学硕士学位论文??用非常广泛测量平台的点云处理人机交互软件基于Ｖｉｓｕａｌ?Ｓｔｕｄｉｏ?２０１５平台??下的ＭＦＣ框架进行开发。基于三维点云的曲面轮廓度测量系统各软件模块平台??如图２－４所示。??运动控制模块?点云采集与处理模块??ＣｏＤｅＳｙｓ?Ｖｉｓｕａｌ?Ｓｔｕｄｉｏ??运动?ｉ??控制?结构！?＾?可视化?＾?Ｎ?，ｉａｌｃ〇１１?＊?〇＋?，?Ｎ?Ｍｌ；ｃ??功能?＋?化文?Ｃ＝＝＝；＞?界面?〈?＞?＋ＰＣＬ?十?Ｌ?［＝＝Ｖ?Ｍ，ｔ??＾?ｌ）?Ｖ?＿＿?１７?丨■?！７??＼?＼??多轴运动控制?人机交：１！：?点云采災、预处理、拼接、虚建测Ｍ：?人机交互??图２－４系统软件架构图??２．４本章小结??本章通过分析产品的测量需求，制定了整体的测量方案，并对整个系统的软??件和硬件架构进行设计，为后续的点云采集以及点云处理算法的实现等提供了基??矗??１４??
山东大学硕士学位论文??之间的距离，激光控制器的内部处理器可计算出被测物体表面与激光器之间的距??离。该距离就是三维点云数据的Ｚ坐标，可以反映出物体表面的高度信息，该坐??标可直接从激光控制器中读龋???１??信??ＣＣＤ?屯压或电流输出??ｒ??？处?？??，‘■彡ｆ＜：方?理??Ｂ?厂Ｊ一＿??，二计算机??ｘ?＾?ｙ????被测物体?’?Ｚ?，ｙ??近端位Ｓ?／／，？??／：ｙ??被测物体??远端位Ｓ??图３－１激光测距原理示意图??点云数据的ｘ坐标和ｙ坐标则需要根据激光的扫描精度以及编码器的触发??距离进行计算。计算方法如下：??同一条激光线上的采样点之间的间距是一定的，该间距由线激光精度决定，??假设轮廓线方向为ｘ方向，该轮廓线第一个点的ｘ坐标为０，同一条轮廓线之间??的间距为ｄｘ，该间距由线激光精度决定，则该轮廓线上第ｋ个点的ｘ坐标为??（０＋ｋ＊ｄｘ），依此类推，根据间距叠加可以推算出一条轮廓线上所有点云数据的??ｘ坐标。激光器的采样是通过增量式编码器输出的Ａ相脉冲信号上升沿进行触发??的，如图３－２所示，每进行一次触发脉冲计数加１，编码器脉冲信号的频率是一??定的，因此每条激光线之间的间距也是一定的，根据编码器脉冲信号的频率可以??推算出每条激光线之间的间距，从而推算出点云数据的ｙ坐标。例如假如第一条??轮廓线的ｙ坐标为０，编码器每两个脉冲信号代表的实际距离为ｄｙ，则第ｋ条轮??廓线的ｙ坐标为（〇＋ｋ＊ｄｙ）。坐标计算方法如图３－３所示，这样便能获得每一个点??的ｘ，ｙ，ｚ坐标值。??１６??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进法线方向的泊松曲面重构算法[J]. 黄矿裕,唐昀超,邹湘军,陈明猷,方雅媚,雷子毅. 激光与光电子学进展. 2019(14)
[2]先进制造业发展的新时代——智能化制造[J]. 曹秀丽,申兵,郭彩云,王莉. 北方经济. 2018(08)
[3]线结构光点云粗拼接方法研究[J]. 史艳侠,娄小平,李伟仙. 电子测量与仪器学报. 2018(06)
[4]3D激光轮廓扫描仪在木制部件表面粗糙度测定中的应用[J]. 王莹莹,王珊珊,唐朝发. 林产工业. 2018(06)
[5]基于数字全息的密封平面表面形貌测量及其模型重建[J]. 张小兵,刘海江. 光学学报. 2018(09)
[6]基于PCA算法的机载LiDAR点云平面分割算法研究[J]. 叶玲洁,颜远青. 城市勘测. 2018(01)
[7]表面粗糙度非接触式测量系统的实现与应用[J]. 张倩,翁之钥,应霞,王德琪,陈建钧. 计量与测试技术. 2018(01)
[8]三维激光扫描点云边界提取研究[J]. 杜秋,郭广礼. 金属矿山. 2017(10)
[9]基于ISS特征点结合改进ICP的点云配准算法[J]. 李仁忠,杨曼,田瑜,刘阳阳,张缓缓. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[10]焊缝轮廓线激光检测系统开发及算法实现[J]. 刘航,李志勇,任杰亮,宋承胜. 焊接. 2017(01)
硕士论文
[1]基于超体素区域增长的点云分割算法研究[D]. 姜媛媛.西安电子科技大学 2017
[2]基于结构光的双目立体测量[D]. 马俊.黑龙江大学 2016
[3]基于自组织神经网络点云重建技术的研究[D]. 张月.南京航空航天大学 2016
[4]基于线结构光视觉测量的逆向工程技术研究[D]. 林晟杰.广东工业大学 2015
[5]基于遥感分类图的矢量化算法研究及应用[D]. 王亚可.河南大学 2010
本文编号：3488298
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