【摘要】：在先進工業(yè)制造領(lǐng)域(例如航空航天、船舶、高鐵、汽車等)中等或大尺寸目標(biāo)的三維幾何測量必須具備簡單并快速完成的特點。至今,基于不斷革新的測量技術(shù)(例如光學(xué)、機械、電磁方面等),新的測量方法和系統(tǒng)設(shè)計理念不斷地被研究與創(chuàng)新以實現(xiàn)上述要求。盡管如此,大多數(shù)測量系統(tǒng)不得不面對測量場景條件、操作人員的技術(shù)經(jīng)驗、測量時間和空間、測量精度、可攜帶性等約束問題。而解決或優(yōu)化這些問題關(guān)鍵在于設(shè)計出具有快速測量、高自動化、高精度、測量范圍可擴展和抗環(huán)境干擾的測量系統(tǒng)。基于上述設(shè)計理念,本論文針對中等或大尺寸規(guī)則工件,提出基于集成分布式移動激光掃描技術(shù)的大空間動態(tài)坐標(biāo)測量方法,從而實現(xiàn)工件多個大尺寸關(guān)鍵特征表面輪廓的自動快速同步采樣,對分布在不同空間位置的大尺寸特征間幾何關(guān)系的動態(tài)描述。整個系統(tǒng)設(shè)計融入了虛擬基準(zhǔn)的思想,使得系統(tǒng)測量具有柔性,測量范圍更易擴展延拓,更適應(yīng)于集成多個規(guī)則特征的大尺寸工件在線測量。本論文所取得的創(chuàng)新性成果主要體現(xiàn)在:(1)將大空間動態(tài)坐標(biāo)測量方法與大尺寸虛擬測量環(huán)境相結(jié)合,建立既保持基準(zhǔn)特征又能夠體現(xiàn)激光掃描路徑軌跡變化的虛擬測量基準(zhǔn)面,從而使得系統(tǒng)測量范圍具有主動并柔性擴展的能力。同時,大尺寸虛擬測量基準(zhǔn)面的建立實現(xiàn)了在大空間內(nèi)不同關(guān)鍵特征點間動態(tài)幾何關(guān)系的實時表達、不同大尺寸特征間三維幾何關(guān)系的精確描述。(2)針對大尺寸規(guī)則特征,建立具有一般線性特點的激光掃描路徑自動規(guī)劃的模型。該模型以虛擬測量基準(zhǔn)面為參考,將相鄰路徑關(guān)鍵點的幾何關(guān)系以立體空間分解方法正交分解,并計算出其相對于基準(zhǔn)面的偏移量,以此估計出下一處激光掃描儀的空間位置,從而逐步自動生成體現(xiàn)被測特征幾何變化的路徑軌跡。在標(biāo)識的激光掃描視角前提下,該路徑規(guī)劃模型實現(xiàn)了大尺寸關(guān)鍵區(qū)域輪廓的快速采樣,并使得激光掃描儀相對于被測區(qū)域的空間位置接近最佳距離,從而保證了獲取點云的質(zhì)量。最后,該模型以整體優(yōu)化掃描策略完成了局部缺失區(qū)域的填補。(3)在三維幾何特征檢測的初期,建立描述總檢測成本與采樣樣本量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,以輔助完成測量策略規(guī)劃。該數(shù)學(xué)模型是在采樣模型確立之后,通過分析總檢測成本與采樣樣本量的理論關(guān)系,來優(yōu)化并確定對被測特征檢測的最佳采樣樣本量,從而權(quán)衡出測量成本與檢測誤差成本之間的臨界區(qū)域,近似實現(xiàn)對被測特征的最低成本檢測。(4)通過設(shè)計加工的工件制品,建立評價激光掃描系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)對獲取的點云質(zhì)量影響的實驗?zāi)Ｐ�。該實驗�(zāi)Ｐ头謩e測試了激光掃描系統(tǒng)相對于被測區(qū)域的掃描深度、掃描視角、移動速度、掃描路徑以及自身溫度對工件交叉邊緣的拐點、角點等關(guān)鍵特征定位精度的影響。本論文將分布式移動激光掃描技術(shù)分別集成到大尺寸規(guī)則工件動態(tài)長度快速測量系統(tǒng)、大尺寸工件多規(guī)則特征目標(biāo)三維幾何測量系統(tǒng)中,開發(fā)并部署相應(yīng)的輔助測量軟件,構(gòu)建了大尺寸三維虛擬測量場,實現(xiàn)了工件多特征的同步分散測量和集中處理的策略,測量信息與設(shè)計信息能夠自由流動并具有互操作性。在工業(yè)制造現(xiàn)場,以不同類型典型的中等和大尺寸工件對測量系統(tǒng)進行驗證。實驗結(jié)果表明,系統(tǒng)的測量節(jié)拍、測量精度和測量可靠性均滿足在線測量要求,能夠有效地形成中等或大尺寸工件數(shù)字化設(shè)計-制造-檢測一體化模式。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG806;TN249

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 張福民;曲興華;葉聲華;;分段制造中大尺寸測量的關(guān)鍵算法研究[J];光電子.激光;2008年10期

2 劉建偉;梁晉;梁新合;曹巨明;張德海;;大尺寸工業(yè)視覺測量系統(tǒng)[J];光學(xué)精密工程;2010年01期

3 邾繼貴;郭磊;林佳睿;鄒劍;葉聲華;;大型空間復(fù)雜曲面無干擾精密測量方法[J];光學(xué)學(xué)報;2010年12期

4 李文輝;楊勝強;劉桂蓮;任恒;;大尺寸異形軸類零件的滾磨光整加工理論分析與試驗研究[J];車用發(fā)動機;2013年05期

5 Dave Maxham;;空間誤差補償技術(shù)在大型多軸機床標(biāo)定中的實用方法[J];航空制造技術(shù);2010年13期

6 周娜;安志勇;李詠豪;;采用激光雷達的大尺寸三維形貌測量技術(shù)[J];紅外與激光工程;2011年12期

7 林嘉睿;邾繼貴;郭寅;郭庭航;葉聲華;;現(xiàn)場大空間測量中精密三維坐標(biāo)控制網(wǎng)的建立[J];機械工程學(xué)報;2012年04期

8 張福民;曲興華;吳宏巖;葉聲華;;提高大型圓截面形狀測量精度的方法[J];納米技術(shù)與精密工程;2009年04期

9 趙士磊;曲興華;邢書劍;劉柏靈;;激光非接觸式大尺寸內(nèi)徑自動測量系統(tǒng)[J];紅外與激光工程;2012年08期

10 郭寅;劉常杰;邾繼貴;劉剛;高福來;葉聲華;;高速列車動態(tài)包絡(luò)線測量系統(tǒng)[J];中國激光;2013年02期

相關(guān)重要報紙文章 前1條

1 群智咨詢(Σintell)研究總監(jiān) 李亞琴;[N];中國電子報;2014年

本文編號：2765152