結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng)集成的兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定及視點(diǎn)規(guī)劃.pdf

1、光學(xué)測量以其高效率、高精度、非接觸、大視場、可視化、智能化等傳統(tǒng)測量技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于逆向工程、產(chǎn)品質(zhì)量控制和檢測、生物,醫(yī)學(xué)工程、文物修復(fù)等領(lǐng)域。在光學(xué)測量中,由于光線遮擋、視場范圍限制等原因,要獲得物體表面完整的三維點(diǎn)云信息,必須進(jìn)行多視角測量和多視角點(diǎn)云拼合。本文針對目前多視點(diǎn)云拼合效率低的問題,從硬件角度出發(fā),開發(fā)出一套兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)光三維掃描儀,實(shí)現(xiàn)了多視點(diǎn)云的自動(dòng)拼合,同時(shí)采用視點(diǎn)規(guī)劃策略對測量過程進(jìn)行了優(yōu)化,提高

2、了測量效率。介紹了三維光學(xué)測量的應(yīng)用和發(fā)展,以三角測量法為理論基礎(chǔ),闡述了格雷碼和相移綜合的測量方法。從提高多視點(diǎn)云拼合效率和測量效率出發(fā),提出了本文的主要研究問題,兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)標(biāo)定和視點(diǎn)規(guī)劃,并闡述和分析了相應(yīng)的研究現(xiàn)狀。根據(jù)測量原理,搭建出兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)光三維測量實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并對整個(gè)控制系統(tǒng)進(jìn)行了開發(fā)。實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要包括投影拍攝模塊和兩軸數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)模塊。控制系統(tǒng)開發(fā)包括,控制方案選擇、控制流程設(shè)計(jì)、PLC梯形圖編寫和控制系統(tǒng)通信的開發(fā)。選擇PL

3、C控制方案實(shí)現(xiàn)了對整個(gè)系統(tǒng)的精確穩(wěn)定控制。同時(shí)選擇用MSComm控件實(shí)現(xiàn)PLC和PC的串口通信。提出了一種兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)自動(dòng)標(biāo)定的新方法。將兩個(gè)標(biāo)定球按一定布局固定在轉(zhuǎn)臺(tái)上,在轉(zhuǎn)臺(tái)繞擺動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)過程中選取不同的角度進(jìn)行測量,通過圖像處理分割兩個(gè)標(biāo)定球的測量數(shù)據(jù),計(jì)算兩個(gè)標(biāo)定球在不同位置的球心,再通過數(shù)據(jù)擬合得到兩個(gè)標(biāo)定球球心所在圓的圓心,兩個(gè)圓心坐標(biāo)就精確標(biāo)定了轉(zhuǎn)臺(tái)擺動(dòng)軸軸線。同理,標(biāo)定出轉(zhuǎn)動(dòng)軸的初始軸線。根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)角度,通過計(jì)算得到轉(zhuǎn)動(dòng)軸在任意

4、視角的軸線位姿,從而精確標(biāo)定了兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)的位姿,并以此為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)了光學(xué)測量中多視測量數(shù)據(jù)在線自動(dòng)拼合。同時(shí)設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),對該標(biāo)定方法的精度進(jìn)行了評價(jià)。針對兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)光三維測量系統(tǒng),從視點(diǎn)規(guī)劃的角度出發(fā),對任意零件的測量過程進(jìn)行了規(guī)劃。提出了預(yù)掃描視點(diǎn)規(guī)劃算法,較好地實(shí)現(xiàn)了對任意零件的快速初步掃描,為后續(xù)測量提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù);在此基礎(chǔ)上提出了基于點(diǎn)云孔洞位置快速估計(jì)的后續(xù)測量視點(diǎn)規(guī)劃方案。最后,開發(fā)出兩軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)光三維掃描儀樣機(jī),并