結構光三維測量系統(tǒng)集成的兩軸轉臺標定及視點規(guī)劃.pdf

1、光學測量以其高效率、高精度、非接觸、大視場、可視化、智能化等傳統(tǒng)測量技術無法比擬的優(yōu)勢被廣泛應用于逆向工程、產(chǎn)品質(zhì)量控制和檢測、生物,醫(yī)學工程、文物修復等領域。在光學測量中,由于光線遮擋、視場范圍限制等原因,要獲得物體表面完整的三維點云信息,必須進行多視角測量和多視角點云拼合。本文針對目前多視點云拼合效率低的問題,從硬件角度出發(fā),開發(fā)出一套兩軸轉臺結構光三維掃描儀,實現(xiàn)了多視點云的自動拼合,同時采用視點規(guī)劃策略對測量過程進行了優(yōu)化,提高

2、了測量效率。介紹了三維光學測量的應用和發(fā)展,以三角測量法為理論基礎,闡述了格雷碼和相移綜合的測量方法。從提高多視點云拼合效率和測量效率出發(fā),提出了本文的主要研究問題,兩軸轉臺標定和視點規(guī)劃,并闡述和分析了相應的研究現(xiàn)狀。根據(jù)測量原理,搭建出兩軸轉臺結構光三維測量實驗平臺,并對整個控制系統(tǒng)進行了開發(fā)。實驗平臺主要包括投影拍攝模塊和兩軸數(shù)控轉臺模塊?？刂葡到y(tǒng)開發(fā)包括,控制方案選擇、控制流程設計、PLC梯形圖編寫和控制系統(tǒng)通信的開發(fā)。選擇PL

3、C控制方案實現(xiàn)了對整個系統(tǒng)的精確穩(wěn)定控制。同時選擇用MSComm控件實現(xiàn)PLC和PC的串口通信。提出了一種兩軸轉臺自動標定的新方法。將兩個標定球按一定布局固定在轉臺上,在轉臺繞擺動軸轉動過程中選取不同的角度進行測量,通過圖像處理分割兩個標定球的測量數(shù)據(jù),計算兩個標定球在不同位置的球心,再通過數(shù)據(jù)擬合得到兩個標定球球心所在圓的圓心,兩個圓心坐標就精確標定了轉臺擺動軸軸線。同理,標定出轉動軸的初始軸線。根據(jù)轉動角度,通過計算得到轉動軸在任意

4、視角的軸線位姿,從而精確標定了兩軸轉臺的位姿,并以此為基準實現(xiàn)了光學測量中多視測量數(shù)據(jù)在線自動拼合。同時設計了相應的實驗系統(tǒng),對該標定方法的精度進行了評價。針對兩軸轉臺結構光三維測量系統(tǒng),從視點規(guī)劃的角度出發(fā),對任意零件的測量過程進行了規(guī)劃。提出了預掃描視點規(guī)劃算法,較好地實現(xiàn)了對任意零件的快速初步掃描,為后續(xù)測量提供了基礎數(shù)據(jù);在此基礎上提出了基于點云孔洞位置快速估計的后續(xù)測量視點規(guī)劃方案。最后,開發(fā)出兩軸轉臺結構光三維掃描儀樣機,并