模具行業(yè)與其他制造行業(yè)的發(fā)展唇齒相依,其整體水平的提升與中國(guó)智造2025的戰(zhàn)略目標(biāo)息息相關(guān)。自2002年以來(lái),我國(guó)模具工業(yè)已連續(xù)多年實(shí)現(xiàn)20%以上的增長(zhǎng),國(guó)內(nèi)模具工業(yè)產(chǎn)品不斷向著世界最高水平發(fā)起沖擊。模具尺寸和外觀形狀缺陷檢測(cè)是提升產(chǎn)品質(zhì)量與企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要突破口,所以開(kāi)發(fā)一種高精度、高效率、低成本的三維測(cè)量系統(tǒng)具有十分重要的意義和價(jià)值。本文對(duì)各種非接觸式的三維視覺(jué)測(cè)量方法做了深入的研究,綜合分析所有方法的優(yōu)缺點(diǎn)后,提出采用基于面結(jié)構(gòu)光的銅板工件三維視覺(jué)測(cè)量的方法,該方法使用的是基于面掃描的方式,單次測(cè)量獲取的數(shù)據(jù)量更大,測(cè)量速度更快,而且具有測(cè)量精度高,成本低等優(yōu)點(diǎn),能夠有效的實(shí)現(xiàn)銅板工件三維尺寸的非接觸全自動(dòng)化測(cè)量。本文主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新有以下幾個(gè)方面:首先提出采用面結(jié)構(gòu)光相位輪廓術(shù)(PMP)的方法來(lái)完成銅板工件三維尺寸測(cè)量的方案,測(cè)量系統(tǒng)主要由工業(yè)相機(jī)和投影儀等組成。介紹了該方法中的相移算法和相位展開(kāi)算法的原理,實(shí)現(xiàn)了三步相移法和基于圖切割的相位展開(kāi)算法來(lái)進(jìn)行相位求解,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本文選擇的算法能精準(zhǔn)計(jì)算出復(fù)雜不連續(xù)物體表面相位信息。深入研究了經(jīng)典的三維重建系統(tǒng)模型,對(duì)其不足之處進(jìn)行了分析,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)實(shí)現(xiàn)了一種新的三維系統(tǒng)模型并推導(dǎo)出該系統(tǒng)模型下相位與三維坐標(biāo)之間的映射關(guān)系。完成了基于該系統(tǒng)模型的高精度的標(biāo)定算法,通過(guò)實(shí)驗(yàn)標(biāo)定出了測(cè)量系統(tǒng)的系統(tǒng)參數(shù)。系統(tǒng)的分析了系統(tǒng)的主要誤差來(lái)源。通過(guò)理論分析、模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)量,分析了相位誤差產(chǎn)生的過(guò)程,并在此基礎(chǔ)上,提出了一種對(duì)系統(tǒng)非線性的灰度值響應(yīng)進(jìn)行校正的方法和基于三次樣條插值的絕對(duì)相位誤差補(bǔ)償算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的兩種算法均能夠有效減小相位誤差、提高系統(tǒng)的測(cè)量精度。提出一種通過(guò)先驗(yàn)知識(shí)和二維圖像算法來(lái)減小測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)運(yùn)算量的方法,提高了系統(tǒng)的測(cè)量效率。然后圍繞上述測(cè)量方案選擇合適的硬件,完成測(cè)量系統(tǒng)的硬件搭建,最后使用本文搭建的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn),得到了不同規(guī)格銅板工件的三維點(diǎn)云和三維尺寸數(shù)據(jù)。
【學(xué)位單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TP391.41;TG806
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
    1.3 主要研究?jī)?nèi)容
    1.4 本文章節(jié)安排
第2章 光柵投影測(cè)量系統(tǒng)的原理研究
    2.1 引言
    2.2 相位輪廓術(shù)的基本原理
        2.2.1 測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
        2.2.2 測(cè)量系統(tǒng)的相位高度映射模型
    2.3 相移原理的研究
    2.4 基于圖切割的相位展開(kāi)算法
        2.4.1 圖切割理論介紹
        2.4.2 基于圖切割能量最小化的相位展開(kāi)算法
        2.4.3 相位展開(kāi)實(shí)驗(yàn)
    2.5 本章小結(jié)
第3章 測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定
    3.1 引言
    3.2 相機(jī)的數(shù)學(xué)模型與標(biāo)定
        3.2.1 相機(jī)的成像幾何模型
        3.2.2 標(biāo)定中坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換關(guān)系和標(biāo)定原理
        3.2.3 透鏡畸變模型
        3.2.4 相機(jī)標(biāo)定實(shí)驗(yàn)
    3.3 改進(jìn)的測(cè)量系統(tǒng)模型
        3.3.1 經(jīng)典光柵投影系統(tǒng)的缺點(diǎn)分析
        3.3.2 改進(jìn)后的系統(tǒng)模型的幾何原理
    3.4 系統(tǒng)參數(shù)的標(biāo)定
        3.4.1 系統(tǒng)參數(shù)標(biāo)定的原理
        3.4.2 標(biāo)定步驟與實(shí)驗(yàn)
        3.4.3 實(shí)例測(cè)量驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
第4章 系統(tǒng)的優(yōu)化與誤差補(bǔ)償
    4.1 引言
    4.2 系統(tǒng)誤差來(lái)源分析
    4.3 基于多項(xiàng)式擬合的系統(tǒng)灰度值非線性響應(yīng)校正
        4.3.1 系統(tǒng)灰度響應(yīng)函數(shù)的多項(xiàng)式擬合
        4.3.2 系統(tǒng)非線性響應(yīng)的校正原理
        4.3.3 系統(tǒng)非線性響應(yīng)校正實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    4.4 基于絕對(duì)相位的相位誤差補(bǔ)償法
        4.4.1 現(xiàn)有誤差補(bǔ)償算法分析
        4.4.2 改進(jìn)的相位誤差補(bǔ)償算法的原理
        4.4.3 相位誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)驗(yàn)結(jié)果
    4.5 本章小結(jié)
第5章 測(cè)量系統(tǒng)的搭建與實(shí)驗(yàn)
    5.1 引言
    5.2 系統(tǒng)硬件選型與搭建
        5.2.1 投影儀的選型
        5.2.2 相機(jī)選型
        5.2.3 鏡頭選型
    5.3 銅板測(cè)量方案
        5.3.1 測(cè)量系統(tǒng)的初始化
        5.3.2 測(cè)量系統(tǒng)的速度優(yōu)化方法
    5.4 測(cè)量結(jié)果
        5.4.1 銅板工件表面輪廓三維點(diǎn)云展示
        5.4.2 銅板工件表面孔槽深度的測(cè)量結(jié)果
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 結(jié)論
    6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2846782