本文關(guān)鍵詞：大型鍛件在線尺寸測量系統(tǒng)研究

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【摘要】：大型鍛件制造技術(shù)是重大裝備制造的關(guān)鍵技術(shù)之一，主要用于電力、冶金、石化、造船、重型機械、航空航天等領(lǐng)域。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，重型裝備行業(yè)對大型鍛件的需求日益增加，質(zhì)量要求越來越高。但是，當前的大型鍛件制造技術(shù)，特別是尺寸測量技術(shù)，存在精度比較差，效率低的問題。其尺寸測量仍然需要工人在高溫環(huán)境下手持大型機械量具完成，并且測量誤差較大。為了降低廢品率，不得不加大冷加工余量，而造成了資源浪費。因此，大型鍛件尺寸測量技術(shù)亟需得到改善與提高。 本課題針對大型鍛件尺寸測量技術(shù)展開研究，以研究測量精度高、適用性強、操作簡單、速度快的在線測量系統(tǒng)為目的。本文主要完成的工作如下： （1）設(shè)計了一種基于線結(jié)構(gòu)光與線陣CCD攝像機掃描的大型鍛件尺寸測量系統(tǒng)。基本思想是將垂直投射的線結(jié)構(gòu)光條與視野為水平的線陣CCD攝像機形成的交點作為特征點，通過高精度云臺帶動結(jié)構(gòu)光投射器與攝像機實現(xiàn)快速掃描測量�；诮Y(jié)構(gòu)光視覺解析幾何模型，通過圖像信息、位置與角度信息等獲取三維坐標數(shù)據(jù)點云。 （2）針對測量系統(tǒng)對實時性的要求，設(shè)計了基于FPGA開發(fā)圖像采集與處理系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，對云臺發(fā)射的脈沖信號進行檢測，實現(xiàn)云臺掃描與相機采集的同步；利用FPGA并行處理特點，，實現(xiàn)圖像采集與圖像處理的同步實時操作，極大地提高了測量系統(tǒng)效率。 （3）完成了數(shù)據(jù)點云的獲取與處理�；谙蛄糠ㄅc三點共線的攝像機標定方法，得到相機參數(shù)；然后根據(jù)解析幾何原理將像素和角度信息換算成三維坐標，從而獲得所需的數(shù)據(jù)點云。通過橢圓擬合得到橢圓中心，將多個中心進行直線擬合獲得鍛件軸線，最終得到鍛件直徑。為了驗證擬合效果，設(shè)計了仿真數(shù)據(jù)生成算法。 （4）進行了測量系統(tǒng)軟件設(shè)計。完成相機參數(shù)設(shè)置，圖像顯示，測量數(shù)據(jù)信息接收等功能。PC與云臺控制器通過以太網(wǎng)通信，利用云臺控制器提供的API函數(shù)，編程實現(xiàn)云臺的運動控制。 （5）進行了實驗驗證。單點各個坐標的測量精度均小于8mm；對245mm軸的直徑擬合精度小于10mm。
【關(guān)鍵詞】：大鍛件 尺寸測量 結(jié)構(gòu)光視覺測量 標定 橢圓擬合 最小二乘法
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG316;TP391.41
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-24
• 1.1 本論文研究的背景和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11-22
• 1.2.1 激光測距法12-16
• 1.2.2 視覺測量法16-22
• 1.3 論文內(nèi)容及章節(jié)安排22-24
• 第2章 基于線結(jié)構(gòu)光的視覺測量系統(tǒng)24-41
• 2.1 測量系統(tǒng)的總體設(shè)計24-29
• 2.2 子系統(tǒng)選型與設(shè)計29-38
• 2.2.1 相機和鏡頭的選型29-30
• 2.2.2 線結(jié)構(gòu)投射器與濾光片的選取30-32
• 2.2.3 云臺選型32-33
• 2.2.4 高速圖像采集與處理系統(tǒng)設(shè)計33-37
• 2.2.5 測量系統(tǒng)軟件設(shè)計方案37-38
• 2.3 測量系統(tǒng)的工作原理38-40
• 2.4 小結(jié)40-41
• 第3章 點云數(shù)據(jù)獲取與處理41-62
• 3.1 測量系統(tǒng)的標定與數(shù)據(jù)點云的獲取41-49
• 3.1.1 基于向量法與三點共線的測量系統(tǒng)標定方法41-45
• 3.1.2 數(shù)據(jù)點云的獲取45-49
• 3.2 橢圓擬合方法研究49-53
• 3.2.1 建立結(jié)構(gòu)光平面坐標系50-51
• 3.2.2 橢圓擬合51-53
• 3.2.3 直線擬合53
• 3.3 軸類鍛件的直徑獲取53-54
• 3.4 邊界點提取算法54-55
• 3.5 數(shù)據(jù)擬合算法仿真試驗55-61
• 3.5.1 立式掃描55-57
• 3.5.2 橫式掃描57-58
• 3.5.3 錐類零件的掃描58-59
• 3.5.4 仿真數(shù)據(jù)軟件59-61
• 3.6 小結(jié)61-62
• 第4章 測量系統(tǒng)軟件設(shè)計62-68
• 4.1 相機參數(shù)設(shè)置模塊62-63
• 4.2 輔助相機標定模塊63-66
• 4.3 云臺控制與數(shù)據(jù)處理66-67
• 4.4 小結(jié)67-68
• 第5章 實驗68-76
• 5.1 單點測量精度實驗68-73
• 5.1.1 實驗結(jié)果68-70
• 5.1.2 結(jié)構(gòu)光初始角度測量方法校正70-73
• 5.2 軸類鍛件數(shù)據(jù)點云擬合73-75
• 5.3 小結(jié)75-76
• 結(jié)論76
• 工作展望76-78
• 參考文獻78-81
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單81-82
• 致謝82

【參考文獻】

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本文編號：970537