本文關(guān)鍵詞：基于視覺測量的沉頭孔垂直度檢測新技術(shù)研究

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【摘要】：機械連接是飛機結(jié)構(gòu)件的主要連接方式,機械強度下降是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件疲勞破壞的重要因素之一。連接孔的垂直度偏差是指孔的軸心線與結(jié)構(gòu)件表面法矢之間的夾角,如果孔的垂直度偏差過大,會使連接部位產(chǎn)生很大的附加彎曲應(yīng)力,從而降低結(jié)構(gòu)的連接強度。飛機裝配過程中絕大部分連接孔都是沉頭的,因此沉頭孔垂直度偏差檢測是檢驗孔質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。大多數(shù)沉頭孔分布在機身和機翼的蒙皮上,要使用類似三坐標測量儀等高精度儀器去檢測沉頭孔的垂直度是一件十分困難的事情。目前國內(nèi)仍然使用人工接觸式測量方法完成對沉頭孔垂直度的測量,通過鉚釘或窩量規(guī)加塞方式,憑經(jīng)驗判斷锪窩孔的垂直度。這種檢測方式的效率和精度都無法保證,且難以直接測量位于飛機某些特殊工位上的孔。機器視覺測量是一種新的檢測技術(shù),具有無接觸,低成本,高精度等特點,并已成為機器人自動化制孔技術(shù)中重要的輔助測量方法。沉頭孔的幾何外形受刀具輪廓約束,因此在刀具參數(shù)已知的情況下可以通過構(gòu)建射影幾何模型的方式間接計算出垂直度。但是由于透視投影的存在,沉頭孔圖像中內(nèi)孔輪廓和外孔輪廓的比例會存在一定程度失真,因此必須將透視投影誤差包含在計算模型中。為了提高沉頭孔垂直度檢測精度,實現(xiàn)檢測過程自動化,本文提出了一種基于視覺測量的沉頭孔垂直度檢測方法。該方法通過建立沉頭孔平行投影數(shù)學(xué)計算模型,將三維空間測量問題轉(zhuǎn)換為二維平面測量問題。為減小視覺測量過程中因透視投影產(chǎn)生的計算誤差,應(yīng)用透視幾何原理修正計算模型,并通過牛頓法求解該透視投影計算模型。為了驗證本文方法的有效性和準確性,利用OpenGL設(shè)計了沉頭孔視覺測量仿真。仿真結(jié)果表明透視投影模型的計算結(jié)果與真實的沉頭孔垂直度十分接近,且不受測量參數(shù)變化的影響。本文最后基于機器人自動化制孔實驗平臺,設(shè)計了沉頭孔垂直度視覺測量實驗。實驗結(jié)果表明本文的方法檢測精度達到0.03度,證明了本文的方法具有可行性。
【關(guān)鍵詞】：沉頭孔 垂直度 透視投影模型 視覺測量
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V262.4
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 自動化制孔技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外飛機數(shù)字化制孔技術(shù)發(fā)展12-14
• 1.2.2 國內(nèi)飛機數(shù)字化制孔技術(shù)發(fā)展14-15
• 1.3 沉頭孔視覺測量關(guān)鍵技術(shù)15-18
• 1.3.1 視覺測量技術(shù)15-17
• 1.3.2 沉頭孔圖像提取17
• 1.3.3 沉頭孔垂直度視覺測量原理17-18
• 1.4 課題研究背景和意義18-19
• 1.5 課題研究內(nèi)容和總體框架19-22
• 第二章 沉頭孔圖像提取技術(shù)22-34
• 2.1 引言22
• 2.2 普通邊緣檢測算法22-26
• 2.2.1 常見微分算子22-24
• 2.2.2 幾種檢測算法效果對比實驗24-26
• 2.3 亞像素邊緣檢測26-30
• 2.3.1 亞像素邊緣檢測概況26
• 2.3.2 基于Zernike矩的邊緣亞像素檢測26-30
• 2.4 沉頭孔圖像輪廓提取30-33
• 2.4.1 沉頭孔圖像提取分析30
• 2.4.2 基于霍夫變換的圓提取30-31
• 2.4.3 基于Snake模型的橢圓擬合31-33
• 2.4.4 沉頭孔圖像特征輪廓提取33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 沉頭孔垂直度數(shù)學(xué)建模34-47
• 3.1 引言34
• 3.2 沉頭孔視覺測量原理34-37
• 3.2.1 單目相機照相測量34-35
• 3.2.2 沉頭孔單目相機測量35-37
• 3.2.3 透視投影畸變37
• 3.3 沉頭孔垂直度計算37-43
• 3.3.1 孔垂直度計算建模37-39
• 3.3.2 孔垂直度計算模型修正39-42
• 3.3.3 孔垂直度偏差計算42
• 3.3.4 孔垂直度計算模型誤差分析42-43
• 3.4 沉頭孔透視畸變分析43-46
• 3.4.1 分析目的43-44
• 3.4.2 Matlab計算方案44-45
• 3.4.3 計算結(jié)果45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-47
• 第四章 沉頭孔垂直度視覺測量仿真47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 仿真原理47-50
• 4.2.1 OpenGL介紹47-48
• 4.2.2 OpenGL模擬視覺測量原理48-50
• 4.3 仿真流程50-53
• 4.3.1 仿真建模50-52
• 4.3.2 仿真過程52-53
• 4.4 仿真結(jié)果分析53-57
• 4.4.1 物距對仿真結(jié)果的影響53
• 4.4.2 孔垂直度偏差對仿真結(jié)果的影響53-54
• 4.4.3 內(nèi)孔半徑對仿真結(jié)果的影響54-55
• 4.4.4 窩深對仿真結(jié)果的影響55-56
• 4.4.5 锪窩角度對仿真結(jié)果的影響56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第五章 沉頭孔垂直度視覺測量實驗58-70
• 5.1 引言58
• 5.2 實驗條件58-62
• 5.2.1 機器人自動化制孔系統(tǒng)58-59
• 5.2.2 制孔末端執(zhí)行器59-60
• 5.2.3 視覺測量系統(tǒng)60-61
• 5.2.4 試驗材料、刀具61
• 5.2.5 三坐標測量儀61-62
• 5.3 實驗流程62-67
• 5.3.1 制孔系統(tǒng)坐標系及其變化關(guān)系62-64
• 5.3.2 相機標定和手眼關(guān)系建立64
• 5.3.3 自動化制孔與拍照測量流程64-66
• 5.3.4 精密測量沉頭孔的垂直度流程66
• 5.3.5 沉頭孔圖像特征提取66-67
• 5.4 實驗結(jié)果分析67-68
• 5.5 本章小結(jié)68-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 總結(jié)70-71
• 6.2 展望71-72
• 參考文獻72-74

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