【摘要】：通過(guò)結(jié)構(gòu)光實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計(jì)的高精度測(cè)量系統(tǒng)旨在獲得某型號(hào)冰箱鉸鏈上多種特征的形狀大小、位置關(guān)系以及角度關(guān)系,在實(shí)驗(yàn)室原有技術(shù)積累的基礎(chǔ)上做了如下工作:系統(tǒng)通過(guò)沿固定方向掃描方式獲取待測(cè)工件的三維形貌信息,在掃描過(guò)程中通過(guò)自主設(shè)計(jì)的基于旋轉(zhuǎn)編碼器的閉環(huán)反饋觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)相機(jī)觸發(fā)拍照。該觸發(fā)系統(tǒng)打破了被測(cè)物、相機(jī)必須在固定位置獲取掃描絕對(duì)距離這一限制,在掃描過(guò)程中被測(cè)物持續(xù)運(yùn)動(dòng)直至掃描結(jié)束,提高了掃描速率并降低了抖動(dòng)。經(jīng)過(guò)攝像機(jī)標(biāo)定后,可求得線結(jié)構(gòu)光條上的點(diǎn)在攝像機(jī)歸一化坐標(biāo)系中的坐標(biāo),結(jié)合線結(jié)構(gòu)光平面方程可得到其在攝像機(jī)坐標(biāo)系下的坐標(biāo),光平面方程是完成上述轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。此前采用交比不變法,本文通過(guò)將標(biāo)定板平面、光平面、成像投影平面之間的位置關(guān)系完成光平面標(biāo)定,增加了參與平面擬合的數(shù)據(jù)量,經(jīng)驗(yàn)證該算法具有更高的精度和魯棒性。將掃描過(guò)程各個(gè)坐標(biāo)系融合到統(tǒng)一坐標(biāo)系下需求得各局部坐標(biāo)系的平移向量,平移向量是掃描步進(jìn)距離和方向余弦的數(shù)乘。此前采用虛擬雙目立體視覺(jué)標(biāo)定法獲取方向余弦,本系統(tǒng)通過(guò)連接多個(gè)標(biāo)定位置的內(nèi)角點(diǎn)形成多條與掃描方向平行的直線,據(jù)此求出掃描方向余弦,從而提高了標(biāo)定精度。在獲取待測(cè)工件整體三維形貌點(diǎn)云后,利用開源三維點(diǎn)云處理庫(kù)PCL(point cloud library)得到所需的特征點(diǎn)云(圓柱、平面、圓),通過(guò)軸線向量、表面法向量計(jì)算各角度關(guān)系、位置關(guān)系等。最終測(cè)量結(jié)果表明,閉環(huán)反饋觸發(fā)系統(tǒng)能夠在預(yù)期位置完成觸發(fā),光平面標(biāo)定和方向余弦標(biāo)定具有較高精度,PCL能夠較好地完成點(diǎn)云分割和特征擬合,整體測(cè)量精度有所提高。
[Abstract]:Machine vision technology for contactless measurement through structured light has been widely used. The purpose of the high precision measurement system designed in this paper is to obtain the shape, position and angle relations of various features on the hinge of a certain type of refrigerator. on the basis of the accumulation of the original technology in the laboratory, the system obtains the three-dimensional morphology information of the workpiece to be measured by scanning along the fixed direction, and realizes the camera trigger photography through the closed-loop feedback trigger circuit based on rotating encoder designed by ourselves in the scanning process. The trigger system breaks the limit of the measured object and the camera must obtain the absolute distance of the scan in a fixed position. During the scanning process, the measured object moves continuously until the end of the scan, which improves the scanning rate and reduces the jitter. After camera calibration, the coordinates of the points on the line structured light strip in the camera normalized coordinate system can be obtained, and the coordinates in the camera coordinate system can be obtained by combining the line structured light plane equation. The optical plane equation is the key to complete the above transformation. Before using the cross ratio invariant method, this paper completes the calibration of the optical plane by the position relationship between the calibration board plane, the optical plane and the imaging projection plane, and increases the amount of data involved in the plane fitting. It is proved that the algorithm has higher accuracy and robustness. The translation vector of each local coordinate system needs to be obtained by fusion of each coordinate system into the unified coordinate system. The translation vector is the number multiplication of the scanning step distance and direction cosine. Previously, the virtual binocular stereo vision calibration method was used to obtain the directional cosine. By connecting the inner corners of multiple calibration positions, the system formed several straight lines parallel to the scanning direction, according to which the scanning direction cosine was obtained, thus the calibration accuracy was improved. After obtaining the whole 3D morphology point cloud of the workpiece to be measured, the required feature point cloud (cylinder, plane, circle) is obtained by using the open source three-dimensional point cloud processing library PCL (point cloud library), and the angle relations and position relations are calculated by axis vector and surface normal vector. The final measurement results show that the closed-loop feedback trigger system can complete the trigger in the expected position, the optical plane calibration and directional cosine calibration have high accuracy, PCL can complete the point cloud segmentation and feature fitting, and the overall measurement accuracy has been improved.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP391.41

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