【摘要】：隨著我國先進制造技術的發(fā)展和三維掃描、逆向工程技術的廣泛應用,數(shù)字化制造與數(shù)字化測量之間的技術銜接更加密切。目前測量方式包括接觸式測量、非接觸式測量及多傳感器集成復合式測量。其中,接觸式測量精度高效率低;非接觸式測量效率高精度低;復合式測量多是以非接觸式測量數(shù)據(jù)重構曲面用以輔助定位或規(guī)劃接觸式測量路徑,且存在重復測量,未能真正實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的相互滲透與融合。針對以上問題,提出以五軸加工中心為載體進行線結構視覺測量與接觸式測量相結合的復合式在機測量,充分利用線結構光視覺測量的高效率和測頭接觸式測量的高精度特點,以線結構光視覺測量數(shù)據(jù)為初始曲面數(shù)據(jù),以在機接觸式測量的高精度點為曲面型值點約束,基于能量優(yōu)化法,通過初始曲面的變形實現(xiàn)自由曲面重構。論文主要內容包括:(1)提取線結構光光條圖像中心二維坐標。分析傳統(tǒng)圖像分割算法的特點,利用遺傳算法與二維最佳直方圖熵法光條圖像分割算法將光條圖像從背景和噪聲中分離出來以便于光條中心提取;基于形態(tài)學細化算法,通過不斷腐蝕光條圖像邊緣獲得光條中心;提出基于形態(tài)學細化算法及擬合重采樣的光條中心提取算法以解決光條中心提取過程中出現(xiàn)的斷線、分枝等問題,進行重采樣以獲得完整的光條中心二維坐標數(shù)據(jù)。(2)完成基于線結構光的初始曲面建模。根據(jù)實驗獲得的視覺測量系統(tǒng)數(shù)學模型參數(shù)將提取的光條圖像中心二維數(shù)據(jù)轉換到三維世界坐標系下;應用逆向工程軟件Imageware對轉換得到被測物體截面線三維坐標點云數(shù)據(jù)進行點云預處理以利于后續(xù)的曲面重構;采用雙三次B樣條曲面完成初始曲面建模。(3)實現(xiàn)基于能量優(yōu)化法的自由曲面重構。以薄板彈性變形的能量模型為目標函數(shù),以接觸式在機測量點為型值點約束條件完成能量函數(shù)數(shù)學模型的構造,并對B樣條曲面能量函數(shù)及型值點約束進行處理;提出基于網格法求解能量模型中的大型積分;基于遺傳算法和非線性規(guī)劃的能量函數(shù)尋優(yōu)算法求解能量模型,進而實現(xiàn)自由曲面重構。(4)在上述理論研究的基礎上,以五軸加工中心為實驗平臺,將線結構光視覺傳感器與測頭相結合搭建復合式在機測量系統(tǒng);并以自由曲面為實驗對象,進行在機接觸式測量、線結構光視覺測量、視覺測量系統(tǒng)標定實驗;在論文研究算法的基礎上對實驗數(shù)據(jù)進行處理,并對自由曲面變形前后的重構曲面進行擬合誤差分析對比,以驗證論文提出算法的有效性。
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG806
【圖文】：

第 1 章 緒 論第 1 章 緒 論1.1 研究背景隨著先進制造技術與計算機和信息技術相結合，數(shù)字化制造技術快速產生并飛速發(fā)展[1]。以航空發(fā)動機葉輪、螺旋槳、高鐵車頭等為代表的大型自由曲面類零部件如圖 1-1 所示，已廣泛應用于航空航天、航海、交通軌道運輸?shù)雀叨酥圃煅b備領域。隨著我國先進制造技術的發(fā)展和三維掃描、逆向工程技術的廣泛應用，數(shù)字化制造與數(shù)字化測量之間的技術銜接更加密切。數(shù)字化測量是應用相關測量儀器，基于某種測量方法獲取被測物體表面幾何形狀或加工質量信息的過程。而如何實現(xiàn)高效率、高精度、低成本的數(shù)字化測量一直是曲面測量的研究重點[2-5]。

圖 1-2 數(shù)字化測量分類針對單一測量方法存在測量精度與測量效率難以協(xié)調的矛盾，論文提出觸式線結構光視覺測量與接觸式在機測量相結合的復合式在機測量，既可有在機測量的實時性、避免離線檢測存在的重復定位和二次裝夾誤差等問題、自由曲面零件數(shù)字化設計-加工-測量一體化等優(yōu)點；又可綜合不同測量方式的充分利用線結構光視覺測量的高效率和接觸式測頭測量的高精度特點，既解的接觸測量數(shù)據(jù)無法完整表達曲面特征和測量效率低的問題，又解決高效獲數(shù)據(jù)的線結構光掃描測量精度低的問題，實現(xiàn)自由曲面五軸加工的高效率高機測量及曲面重構。1.2 在機測量系統(tǒng)組成及分類在機測量是以機床硬件為載體，附以相應的軟硬件測量工具，在機床上件表面特征測量。其中，在機測量系統(tǒng)的硬件部分可分為：數(shù)控加工系統(tǒng)（

在機接觸式測量系統(tǒng)組成框架圖

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