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移动视觉精密测量关键技术研究

郭磊  
【摘要】:面对现代先进制造工业对精密测量技术提出的迫切需求,研究移动视觉精密测量方法及其关键技术,旨在解决大型设备制造领域中大尺寸空间坐标静态精密测量问题。移动视觉测量利用单个手持相机在空间多个方位对被测物成像,基于空间光束交会约束建立平差优化模型,利用非线性数学方法进行求解,获得空间点的精确三维坐标。深入研究移动视觉测量的理论原理和实现方法,搭建硬件系统,在此基础上针对如何提高移动视觉测量精度、拓展移动视觉测量应用范围等关键技术问题进行重点研究,为发展移动视觉测量方法解决工业制造中存在的特定应用需求提供理论依据和技术基础。论文完成的主要工作有: 1、概括总结现代先进制造对精密测量技术的迫切需求及其特点,深入讨论移动视觉精密测量技术的产生及发展历程,分析存在大量应用需求的工业制造领域,综合应用需求、技术发展及研究基础三个方面因素阐述课题的来源及研究意义;概述移动视觉测量的实现方法和各项关键技术。 2、研究移动视觉精密测量的理论原理和实现方法,重点关注方法实现的关键技术。在讨论相机成像模型的基础上深入研究光束平差模型的建立和求解方法,研究有针对性的图像预处理方法和在此基础上实现的图像特征质心精确提取方法及编码标志准确识别算法、基于编码标志的测站自动定向方法和基于对极几何约束的单极线匹配及改进的双极线匹配方法。搭建移动视觉测量系统并对方法可行性及测量精度进行实验验证。 3、重点研究光束平差优化的精度问题。从光束交会的空间几何关系出发,分离光束平差优化的误差因素,通过仿真和实验的方法,深入讨论相机成型模型精度对优化精度的影响;研究光束平差模型的差异对优化精度的影响,包括两方面:一是相机内参数模型是否固定引起的模型差异影响,二是测站交会约束不同导致的模型差异影响,通过实验验证进行定性分析,总结结论,为进一步提高移动视觉测量系统的精度提供基础和指导。 4、研究一种不基于粘贴标志的移动视觉测量方法,拓展移动视觉测量满足特定应用需求。详细阐述方法整体实现流程,深入研究测站自动定向技术,分析定向方法的误差及可行性,通过实验验证测站自动定向的可行性及整体测量精度。 5、研究面向工业机器人的移动视觉测量方法,拓展移动视觉测量满足柔性制造中的应用需求。重点研究基于机器人运动学模型实现的测站自动定向技术,通过实验对方法可行性进行验证。针对机器人定位误差,研究基于5点透视定位算法的补偿方法;分析机器人定位误差的特点,改进5点透视定位姿态估计算法,使其能够有效补偿机器人定位误差,通过仿真实验验证方法可行性。


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