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基于双目结构光的风电叶片测量技术研究

王亚萍  
【摘要】:风电叶片是风力发电机组的重要组成部分,其制造质量的可靠度直接决定风电机组的运行状况。目前工厂仅依靠成型时使用的模具精度和人工经验评判风电叶片的质量,缺乏一种有效的测量手段。同时为了解决风电叶片人工打磨过程中的作业环境恶劣、加工效率低、质量不稳定等多种问题,采用机器人自动化生产线打磨,这更需要获取风电叶片的实际三维信息以指导叶片的加工生产。风电叶片的测量难点在于型面复杂且尺寸较大,基于这些现状和问题,本文提出一种针对于风电叶片等大型工件的测量方法,以实现高速度、高精度、低成本为目标,搭建基于面结构光的双目视觉测量平台,利用机器人信息进行多角度测量,主要工作为:首先,分析相机的几何成像模型和标定数学原理,基于平面靶标进行相机内外部参数的标定实验,分析实验结果。其次,介绍现有的结构光编解码方法并对比其优缺点,在此基础上采用四步相移法和多频层级展开法计算相位主值和绝对相位值,通过实验说明多频层级法中的频率选择问题,同时验证了算法的准确度。然后,提出一种采用极限斜率和绝对相位结合的方法进行快速双目立体匹配,结合三角测量原理求出物体的三维坐标。再者,针对于风电叶片的测量问题及加工现状,采用机器人带动测量设备进行多次扫描,并基于机器人坐标和手眼标定实现粗拼接,再结合ICP精拼接方法修正误差,提高精度,以此实现大型风电叶片完整的三维型面测量。最后,使用本文搭建的双目结构光三维测量平台,在单视角下进行平板及标准球的三维测量实验,验证了双目结构光测量设备的精度;在多视角下进行标准球的三维测量实验,验证了与机器人结合的整个三维测量系统的精度;进行风电叶片测量实验,证明了本文提出的测量方法的可行性。


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