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集成于三坐标测量机的激光三角法测量系统

出晓岚  
【摘要】: 随着科学技术的不断发展,物体三维轮廓的测量技术得到了飞速的发展,三维造型技术已被广泛应用于模具的设计、方案评审、自动化加工制造及管理维护等各方面。科学研究和工业生产有很多情况需要快速准确地将原有实物转化为计算机上的三维数字模型。目前国内外已经研究出了多种三维轮廓的测量方法,其中激光三角法测量是目前光学测量应用最广泛的方法之一。而运用最为广泛的接触式测量设备是三坐标测量机(Coordinates Measurement Machine,CMM)。 激光三角测量法具有非接触、不易损伤表面、材料适应性广、结构简单、抗干扰能力强、测量速度快等的优点;接触式坐标测量机不可避免地存在对被测物表面造成损伤,同时接触力造成的测量误差使得不能用于测量柔性物体,而且这种方法的测量速度慢、操作也比较繁琐。 本文的测量系统是集成于三坐标测量机的激光三角测量法测量系统。通过三坐标机的精确移动来对物体表面进行扫描,获取物体三维曲面信息,所采集的图像信息通过Matlab进行图像处理重构出各个方向的曲面。 本文主要研究特色及创新点如下: 1.在研究了激光三角测量法和三坐标测量机的基础上,设计了集成于三坐标测量机的激光三角测量法测量系统。该系统提高了测量的效率;扩展了原有的测量对象和范围;保留了二者原有的抗干扰、高精度、测量速度快等测量特性;实现对物体一次装夹多角度测量; 2.采用Visual Basic为开发工具设计软件测量界面,通过调用摄像机的函数和三坐标测量机的PC-DMIS软件来实现测头移动和图像采集的自动化,提高了测量的效率; 3.提出了与本系统相应的标定方法,采用一个三次数学模型表征图像坐标和世界坐标之间关系,无需推导物像之间的几何关系,并且考虑到镜头畸变的影响,能同时对X,Y,Z三个方向进行标定,弥补了先前很多仅对深度方向(Z方向)进行标定的方法的不足。 本文的主要内容如下: 1.阐述了课题的研究内容和意义,对接触式、非接触式测量尤其是激光三角测量法和三坐标测量机的国内外研究进展进行了解研究; 2.在研究了激光三角测量法和三坐标测量机的基础上,设计了将集成于三坐标测量机的激光三角测量法测量系统。 3.采用VB为开发工具进行本测量系统的软件测量系统界面的设计,并运用该界面进行标定实验和物体表面测量实验的图像采集; 4.以Matlab为图像分析工具,分析了各种激光线光心提取方法,比较了各种方法的优缺点,对实验图像进行图像处理; 5.提出了与本系统相应的标定方法,并对该系统进行标定; 6.运用本系统进行实验,对物体进行表面的测量和重构。通过设计的软件测量界面对物体进行三维数据的提取即图像的采集,经matlab进行图像处理得到物体表面的点云,最后拟合出物体的表面。


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