本文關鍵詞：激光三角同步掃描輪廓測量關鍵技術研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著《中國制造2025》的提出和現(xiàn)代化工業(yè)裝備制造生產的飛速發(fā)展,智能制造對先進在線測量提出了新的需求。傳統(tǒng)的以線結構光傳感器為代表的激光三角非同步掃描輪廓測量系統(tǒng)有其本身局限性,其表現(xiàn)在傳感器深度方向的測量精度和橫向測量視場受傳感器本身幾何結構限制相互制約;測量易受環(huán)境光和多重反射干擾;測量視場內被測物體材質、顏色和粗糙度等發(fā)生變化時會引起傳感器測量信噪比下降。為滿足高速率、高精度、強魯棒性的先進測量要求,本文對激光三角橫向同步掃描輪廓測量系統(tǒng)關鍵技術進行了研究,主要研究內容如下:1、分析了傳統(tǒng)激光三角非同步掃描測量的優(yōu)缺點,提出一種基于高速掃描轉鏡的激光三角橫向同步掃描輪廓測量方法。精密設計的高穩(wěn)定性十二面轉鏡掃描子系統(tǒng)實現(xiàn)了激光三角法出射光束和散射成像光速的精準同步。針對實際測量需求從光學仿真、機械設計、電氣控制和軟件算法四個層面精確設計了系統(tǒng)原理樣機并進行了功能驗證;2、針對系統(tǒng)測量原理的非線性、機械制造、光學元件安裝等誤差,提出了一種基于精密直線導軌和激光干涉儀的高精度非參數化系統(tǒng)標定模型,結合實時激光能量追蹤和改進的高穩(wěn)定性傅里葉描述子亞像素激光光斑質心定位算法,實現(xiàn)了傳感器高速高精度穩(wěn)定測量;3、對傳感器測量信號處理鏈中的關鍵環(huán)節(jié)進行了詳細分析,為高精度的先進測量奠定了理論基礎。闡明了激光散斑效應是影響激光三角掃描測量系統(tǒng)測量性能的首要因素。利用散斑效應的一階統(tǒng)計特性詳細推導了系統(tǒng)成像光斑質心定位的極限誤差,并給出了激光轉鏡掃描測量減小散斑誤差的理論分析。通過傳感器對標準平面和標準針規(guī)的掃描測量實驗評定了系統(tǒng)的測量不確定度,驗證了同步掃描輪廓測量方法的可行性和系統(tǒng)測量精度。
【關鍵詞】：激光三角同步掃描 非參數化模型標定 激光散斑 誤差分析
【學位授予單位】：天津大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.41;TN249
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 課題研究背景及意義11-18
• 1.2.1 激光三角掃描測量11-15
• 1.2.2 激光三角同步掃描測量15-18
• 1.3 國內外研究現(xiàn)狀18-21
• 1.4 課題來源與內容安排21-24
• 第二章 測量系統(tǒng)建模及優(yōu)化24-46
• 2.1 激光三角測量研究現(xiàn)狀與進展24-27
• 2.1.1 單點三角法測量原理24-26
• 2.1.2 單點三角法研究現(xiàn)狀與進展26-27
• 2.2 系統(tǒng)測量原理27-28
• 2.3 光學成像系統(tǒng)仿真28-32
• 2.4 激光轉鏡掃描子系統(tǒng)32-39
• 2.4.1 轉鏡掃描系統(tǒng)參數32-35
• 2.4.2 掃描轉鏡加工制造35-36
• 2.4.3 轉鏡掃描驅動裝置36-37
• 2.4.4 轉鏡掃描誤差及校正37-39
• 2.5 電氣控制系統(tǒng)總體架構39-45
• 2.5.1 總體設計方案39-40
• 2.5.2 CCD及激光器驅動原理40-42
• 2.5.3 模擬信號處理42-44
• 2.5.4 圖像處理控制中心44-45
• 2.6 本章小結45-46
• 第三章 實時激光能量追蹤及系統(tǒng)標定46-60
• 3.1 實時信號處理框架46-47
• 3.1.1 實時激光能量追蹤46-47
• 3.1.2 實時測量位置坐標解算47
• 3.2 線陣CCD非均勻性校正47-51
• 3.2.1 暫態(tài)噪聲48-50
• 3.2.2 空間噪聲50
• 3.2.3 兩點平場校正50-51
• 3.3 亞像素光斑質心定位51-54
• 3.3.1 傳統(tǒng)質心定位算法51-53
• 3.3.2 傅里葉描述子質心定位算法53-54
• 3.4 系統(tǒng)非參數模型標定54-56
• 3.4.1 高精度Z軸標定54-55
• 3.4.2 確定傳感器掃描光束方程55-56
• 3.5 標定實驗56-59
• 3.5.1 實驗平臺簡介56-57
• 3.5.2 質心定位穩(wěn)定性實驗57
• 3.5.3 Z軸標定實驗57-58
• 3.5.4 掃描光束方程實驗58-59
• 3.6 本章小結59-60
• 第四章 系統(tǒng)測量性能優(yōu)化方法60-82
• 4.1 傳感器測量信號處理鏈60-62
• 4.2 點激光束光斑大小62-63
• 4.3 光電響應模型63-67
• 4.4 激光散斑67-72
• 4.4.1 散斑產生機理67-71
• 4.4.2 轉鏡掃描與散斑誤差71-72
• 4.5 目標表面微觀結構特性72-78
• 4.5.1 物面傾斜73-77
• 4.5.2 表面粗糙度77-78
• 4.6 系統(tǒng)其它測量性能優(yōu)化方法78-80
• 4.7 本章小結80-82
• 第五章 系統(tǒng)測量不確定度評定82-92
• 5.1 傳感器性能參數82-83
• 5.2 誤差源概述83-84
• 5.3 標準平面測量實驗84-88
• 5.3.1 單點測量標準差84-85
• 5.3.2 單點測量均值誤差85-86
• 5.3.3 測量不確定度合成86-88
• 5.4 標準針規(guī)掃描測量實驗88-90
• 5.4.1 擬合針規(guī)半徑誤差89
• 5.4.2 擬合針規(guī)柱面誤差89-90
• 5.5 本章小結90-92
• 第六章 全文總結及展望92-96
• 6.1 全文總結92-93
• 6.2 論文創(chuàng)新點93
• 6.3 工作展望93-96
• 參考文獻96-103
• 發(fā)表論文和科研情況說明103-104
• 致謝104-105

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3 張月英;;淺談物理學中陰影莫爾測試方法的原理[J];中國校外教育;2011年05期

4 屠大維;基于偏振位相調制的位相輪廓測量[J];光學技術;1997年06期

5 ;[J];;年期

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1 ;型鋼輪廓測量技術發(fā)展[N];世界金屬導報;2011年

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1 張翰林;激光三角同步掃描輪廓測量關鍵技術研究[D];天津大學;2015年

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  本文關鍵詞：激光三角同步掃描輪廓測量關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：320666