基于视觉与触觉集成传感的多坐标组合测量系统的研究

【摘要】：随着航空航天、造船、汽车和模具制造等现代工业的飞速发展,对产品性能、外形等方面的要求越来越高。快速地从复杂形状的工件中获得高精度的坐标数据具有广泛的应用,如检测过程中的工件定位和自动化标定,敏捷制造,以及逆向工程中的快速产品设计。这也对测量系统的精度、速度和自动化水平提出了更高的要求。使用单一传感器和传统的正交坐标系的测量系统在测量范围、测量精度和工作效率等方面总是存在着这样或那样的不足。近年来,多传感器集成和多坐标组合的测量系统逐渐成为国内外研究的热点并取得了一定的进展,但仍存在许多不足,特别是在多传感器标定、多坐标系统一和信息的智能化集成等方面。 本文对一种基于视觉与触觉集成传感的多坐标组合测量系统进行了研究,主要研究工作包括: 1.针对光源、物体表面散射特性等影响轮廓成像质量的关键因素,提出了使用远心镜头和平行光源的基于平行投影的图像采集系统。实验结果显示该图像采集系统能够有效提高轮廓图像的成像质量,因而有利于轮廓测量。 2.针对θFXZ结构形式的多坐标系统建立了其准刚体运动模型,提出了基于激光干涉仪的直线运动部件各单项几何误差的检定方法,并据此模型对系统的几何误差作补偿。提出了通过瞄准标记点的分度台综合性能的评定方法,实现了系统坐标系的统一。 3.分别建立了摄像机和触发式测头的数学理论模型,提出了快速高精度的摄像机主动视觉标定方法,基于预行程误差理论模型的触发式测头标定方法,和两种测头的联合标定方法。通过各自模型的参数辨识最终解决了多传感器集成的配准问题。 4.研究了测量图像处理中的多图像平均的图像滤波方法,基于IVFS的模糊指数最大原则的灰度阈值分割算法,基于数学形态学的边缘检测算子,并通过二次曲线拟合实现了测量图像的快速亚像素定位,定位精度为0.1pixel。 5.对视觉与触觉传感信息集成进行了研究。分析了传感器的选择方法。根据边界曲线法矢的变化规律,通过特征映射完成了曲线基元的自动分割。给出了具有约束条件的最小二乘原理的基元参数估计方法。分析了边界特征指导下的测量规划方法。以实例说明了多传感器集成在工件定位和联合测量上的应用。